(遼寧省錦州水文局，遼寧 錦州 121000)

隨著我國城市化進(jìn)程不斷加速，城市規(guī)模在逐漸擴(kuò)大，城市人口的數(shù)量在不斷在增長[1]。但是與之相匹配的供水設(shè)施卻受到多方面的限制，造成了城市生活用水質(zhì)量下降的情況。例如工農(nóng)業(yè)廢水隨意排放、水土流失現(xiàn)象頻發(fā)、城市污水系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理等，這些都會城市的供水源造成了極大的影響，嚴(yán)重的對居住在城市的居民們造成了生活上的困擾。對此，如何使用現(xiàn)代化的科學(xué)手段和方法進(jìn)行城市供水的水質(zhì)檢測就成為了相關(guān)部門需要注重的環(huán)節(jié)。雖然目前錦州市的政府部門已經(jīng)注意到了這些問題，但是這些問題只靠政府部門進(jìn)行經(jīng)濟(jì)投資顯然是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還需要用科學(xué)的檢測方式來進(jìn)行水質(zhì)的實(shí)時監(jiān)控，這樣才能夠做好水質(zhì)異常的處理工作[2]。

1 城市供水水質(zhì)異常狀況分析

對于城市供水而言，出現(xiàn)水質(zhì)出現(xiàn)異常的主要判斷標(biāo)準(zhǔn)就是供水的水質(zhì)參數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)值產(chǎn)生了差異。以目前聯(lián)合國對于水質(zhì)的狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，正常的供水必須要滿足以下幾個方面的條件，分別是符合某種典型或者常規(guī)模型，水質(zhì)預(yù)警系統(tǒng)主要是通過傳感器采集的監(jiān)測數(shù)據(jù)，如pH值、氧化還原電位、電導(dǎo)率、總有機(jī)碳、余氯等參數(shù)，以常規(guī)的數(shù)量、程度、狀態(tài)、形式或者方式發(fā)生，其強(qiáng)調(diào)符合某種標(biāo)準(zhǔn)模式或者達(dá)到某種水準(zhǔn)，基于某種趨勢保持良好狀態(tài)，而異常是指偏離了這種標(biāo)準(zhǔn)模式，和期望模型產(chǎn)生偏差，在水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，水質(zhì)參數(shù)會受到噪音、外界環(huán)境等因素的影響，隨著水質(zhì)環(huán)境的變化，水質(zhì)正常標(biāo)準(zhǔn)也發(fā)生變化?？偟膩碚f，水質(zhì)發(fā)生異常的情況有以下三個方面的原因(見表1)。

1.1 檢測出現(xiàn)異

異常事件的發(fā)生，在水質(zhì)檢測的過程中，如果水質(zhì)的期望值與實(shí)際進(jìn)行檢測的參數(shù)存在偏差較大的情況，那么就可以認(rèn)定為水質(zhì)出現(xiàn)了異常。這里的偏差值取決于時間的長短以及水質(zhì)受到污染的程度。一般來說，水質(zhì)檢測出現(xiàn)了異常情況主要是城市供水的水源受到了污染，這種污染除了工農(nóng)業(yè)廢水等生產(chǎn)造成的污染之外，還有水土流失、藍(lán)藻爆發(fā)等其他因素造成的污染。所以說，檢測水質(zhì)中出現(xiàn)的異常情況，是水質(zhì)檢測最為重要的環(huán)節(jié)之一[3]。

1.2 基線變化

所謂的基線指的是，供水質(zhì)量在一段時間內(nèi)的水質(zhì)參數(shù)平均值，這種取值的時間一般是在12個小時左右，但是沒有固定的標(biāo)準(zhǔn)。而基線變化指的就是，在一定的時間內(nèi)，供水水質(zhì)的參數(shù)出現(xiàn)了低于或者高于平均值的變化情況。對于城市的供水而言，出現(xiàn)水質(zhì)的參數(shù)在基線變化的情況只有大規(guī)模的洪澇現(xiàn)象引發(fā)的水質(zhì)出現(xiàn)變化?；蛘呤谴蜷_泵或者閥門等都可能造成基線變化，使得水流通過監(jiān)控站表現(xiàn)為不同特性。

1.3 離群點(diǎn)異常

與基線變化不同，離群點(diǎn)雖然是基于基線的基礎(chǔ)上的數(shù)據(jù)，但是它指的是在某個時間點(diǎn)上，水質(zhì)的參數(shù)與城市供水的檢測出現(xiàn)異常的情況。一般來說，在標(biāo)準(zhǔn)的時間間隔點(diǎn)里，出現(xiàn)了多個離群點(diǎn)，并且基線變化也出現(xiàn)了異常，那么就可以判定水質(zhì)出現(xiàn)了異?，F(xiàn)象。但是由于造成離群點(diǎn)異常的情況較多，在整個基線上也較為頻繁，因此，離群點(diǎn)并不能成為單獨(dú)判斷水質(zhì)出現(xiàn)異常的因素。

表1 三種判定水質(zhì)異常的方式

綜上所述，檢測異常現(xiàn)象和基線變化都會造成在一定的時間段內(nèi)出現(xiàn)離群點(diǎn)的情況。離群點(diǎn)是指在某個時間點(diǎn)預(yù)期水質(zhì)和實(shí)際測量水質(zhì)之間產(chǎn)生明顯差異。異常事件和基線變化的區(qū)別表現(xiàn)為基線變化造成的水質(zhì)異常時間比較長，兩者的離群點(diǎn)時間段長短不同?；€變化造成的水質(zhì)異常主要發(fā)生在初期，和異常事件基本相同，因此在分析城市供水水質(zhì)異常時，應(yīng)采取有效的檢測方法，優(yōu)化水質(zhì)異常檢測算法，考慮到不同工藝的操作要求和信息，正確區(qū)分異常事件和基線變化。

2 城市供水水質(zhì)異常檢測設(shè)計(jì)目標(biāo)

以錦州市供水的情況而言，其主要的檢測方法采用的是國家標(biāo)準(zhǔn)的異常決策法。即通過對上文中所述的檢測異常情況，然后對基線和離群點(diǎn)進(jìn)行分析，最終對水質(zhì)是否出現(xiàn)異常進(jìn)行評定。根據(jù)《中國城市飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》以及國際標(biāo)準(zhǔn)CB-56812規(guī)定，城市供水的pH值≤6或者pH值≥8的情況，就可以判定供水的水質(zhì)出現(xiàn)了異常。在出現(xiàn)異常的情況時，首先要做的就是尋找污染源，以此來判斷出水質(zhì)異常的原因，找到解決處理的對策和方法。在水質(zhì)異常的檢測時，最為重要的一個環(huán)節(jié)就是設(shè)計(jì)檢測的目標(biāo)，只有設(shè)定了檢測目標(biāo)，才能夠進(jìn)行后續(xù)的檢測環(huán)節(jié)。在進(jìn)行目標(biāo)設(shè)計(jì)的時候，需要遵循以下幾個方面的原則：(1)實(shí)時性，由于水質(zhì)是在不斷變化的，因此在供水水質(zhì)檢測的時候，必須要注重實(shí)時性。(2)經(jīng)濟(jì)性，由于水質(zhì)檢測的程序較為繁瑣，流程較多，并且一直需要進(jìn)行。因此，進(jìn)行供水水質(zhì)檢測的時候要盡可能的降低經(jīng)濟(jì)成本的投入。(3)準(zhǔn)確性，如果水質(zhì)出現(xiàn)了問題，那么政府部門就需要出臺相應(yīng)的政策和手段，來保證供水的質(zhì)量，所以，水質(zhì)檢測的準(zhǔn)確性是必須要保證的。(4)抗干擾性，供水水質(zhì)異常檢測方法必須能夠適應(yīng)動態(tài)的環(huán)境變化，滿足水質(zhì)參數(shù)變化要求，具有較強(qiáng)的抗干擾性。

3 城市供水水質(zhì)異常的檢測方法

3.1 在線水質(zhì)參數(shù)檢測

對于城市供水的方法而言，在線水質(zhì)參數(shù)的檢測方法是最為常見的。這種方法需要通過對該城市水質(zhì)檢測的歷史情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并且根據(jù)統(tǒng)計(jì)的結(jié)果建立起數(shù)據(jù)模型庫。在檢測的時候，通過實(shí)際檢測結(jié)果與數(shù)據(jù)庫中的結(jié)果進(jìn)行對比，以此來對水質(zhì)的參數(shù)進(jìn)行具體的分析。在線水質(zhì)參數(shù)的檢測的方法需要結(jié)合計(jì)算機(jī)、統(tǒng)計(jì)算法以及聚類算法等多種形式來進(jìn)行。首先通過計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行大量分析，包含單類別異常檢測和多類別異常檢測；之后通過統(tǒng)計(jì)算法和聚類算法的形式，把多種數(shù)據(jù)分析的結(jié)果劃分在一起，同時與實(shí)際檢測情況相互對比。需要注意的是，在進(jìn)行數(shù)據(jù)模型的對比時，需要對多個樣本的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算樣本數(shù)的方差、平均值以及回歸值，之后再綜合比較分析。

3.2 RBF自由化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測

RBF自由化神經(jīng)的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測包括了輸出層面、輸入層面以及隱藏層面，輸出層面的信息通過數(shù)學(xué)函數(shù)模型映射到隱藏層面中，而檢測數(shù)據(jù)的變化根據(jù)輸出層面進(jìn)行變動。RBF的網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型主要有動態(tài)預(yù)測和非線性兩種，因此在準(zhǔn)確性上有著較強(qiáng)的保證。通過專業(yè)的查詢方法，結(jié)合實(shí)數(shù)的編碼手段，進(jìn)行選擇和交叉兩種方式的操作來對適應(yīng)度進(jìn)行驗(yàn)證。例如在錦州市的供水水質(zhì)檢測的過程中，通過這種RBF的網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行預(yù)測，結(jié)合設(shè)置最大進(jìn)化代數(shù)、交叉概率因子、縮放因子、種群規(guī)模這四種參數(shù)的設(shè)計(jì)，可以有效的得到水質(zhì)異常的準(zhǔn)確結(jié)果。在分析水質(zhì)參數(shù)是否達(dá)到異常的程度時，要判斷代數(shù)方程計(jì)算是否正確，借由變異操作轉(zhuǎn)換為變異向量，最后形成一種集群式的操作。在實(shí)際的RBF預(yù)測模型檢測水質(zhì)的過程中，首先需要確定的就是供水的溫度、溶解性能、含油性程度、導(dǎo)電性能、pH值等各項(xiàng)參數(shù)，之后選擇眾多參數(shù)中對于當(dāng)?shù)厮醋顬橹匾绊懙膮?shù)。由于錦州地區(qū)屬于沿海地區(qū)，工業(yè)化程度也較高，因此對當(dāng)?shù)氐乃礄z測參數(shù)需要以pH值為主要參數(shù)，之后對所有的參數(shù)的平均值進(jìn)行計(jì)算，最后得出相應(yīng)的檢測結(jié)果。

3.3 目標(biāo)函數(shù)模糊聚類算法

一般而言，進(jìn)行目標(biāo)函數(shù)模糊算法主要是為了將大量的數(shù)據(jù)通過模糊函數(shù)的形式，在計(jì)算機(jī)中以最為簡單明了的方式反映出來，因此，這種檢測方法也被稱為X均值算法。將數(shù)據(jù)聚類成一個完成的集合，根據(jù)城市供水正常的水質(zhì)歷史數(shù)據(jù)，探究重復(fù)發(fā)生水質(zhì)異常模式，若檢測出來的城市供水水質(zhì)異常數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)庫中的異常數(shù)據(jù)相互匹配，可判斷為供水水質(zhì)異常事件。在使用這種模糊算法的時候，需要根據(jù)所記錄的時間序列集合來共同設(shè)定，構(gòu)建水質(zhì)異常集合判定的流程為統(tǒng)計(jì)聚類量、提取聚類模式、統(tǒng)計(jì)水質(zhì)異常事件序列模式和檢測供水水質(zhì)異常。標(biāo)函數(shù)模糊聚類法在提取供水水質(zhì)異常模式時，需要經(jīng)過以下步驟：供水水質(zhì)數(shù)據(jù)檢測、結(jié)合陣列更顯劃分檢測矩陣、更新聚類中心矩陣、得到供水水質(zhì)檢測聚類中心和劃分矩陣。

4 結(jié)語

綜上所述，解決城市供水異常所帶來的經(jīng)濟(jì)效益不僅僅體現(xiàn)在錦州市，它作為民生工程中最為重要的一個部分，已經(jīng)成為了我國各個省份經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的重要環(huán)節(jié)。但是，受到我國部分城市地區(qū)的經(jīng)濟(jì)條件和基礎(chǔ)設(shè)施等方面的限制，我國的城市供水的發(fā)展比較緩慢。因此，城市要根據(jù)自身的優(yōu)勢條件，例如優(yōu)秀的地理區(qū)位條件等，同時合理的運(yùn)用現(xiàn)代化的水質(zhì)檢測方法來保證供水的質(zhì)量，及時解決供水出現(xiàn)異常的情況，為我國城市的發(fā)展提供良好的內(nèi)部環(huán)境。

[1]許衛(wèi)娟.離子色譜法測定地表水中氟化物的方法探討[J].環(huán)境科學(xué)導(dǎo)刊.2014.33(4):86～87.

[2]王志民，于福蘭，劉志芬，等.阜新市地表水資源質(zhì)量評價[J].東北水利水電.2003(09)：38-39.

[3]張久龍, 季營, 羅瑩瑩,等. 鉬酸銨分光光度法測定水中總磷不確定度[J]. 硅谷.2012(21):183-184.