一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法与流程

本申请涉及沉淀池泥位时空分布预测，具体涉及一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法。

背景技术：

1、沉淀池是给水处理厂的重要固液分离池，其运行效率直接影响到整个水厂的能耗和出水质量；研究表明，沉淀池虽然经过长时间沉淀，池内底泥的含固率较高，但由于缺乏对平流沉淀池底泥分布时空规律的掌握，目前的排泥方式相对单一，采用行车匀速行进、快速抽吸的排泥方式使得排出的排泥水浓度较低，一般含固率在0.1%～2%，且排泥水量较大，平均占水厂产水量的1.8%，最高占产水量的4.5%，给后续泥处理工艺带来巨大的压力，也易造成水资源和能耗的浪费。

2、随着计算机水平的发展，国内外许多学者对沉淀池进行了数值模型仿真计算以此更好的研究沉淀池性能；其中，al-sammarraee等人使用cfd建模来确定全尺寸的纵向沉淀池的颗粒沉降性能；tarpagkou和pantokratoras使用具有双向耦合计算的拉格朗日方法模拟水和固体颗粒之间的动量交换，研究了实验沉淀池的三维流体动力学和流动运动；arendze和sibiy研究使用计算流体动力学来模拟不同长度的全尺寸沉淀池的当前状况，以及沉降效率的影响因素；张增炜通过数值模拟研究平流式沉淀池的日常运作和排泥过程，分析池体结构和运行参数对泥水分离效果及污泥沉积的影响；史志皓针对武汉某给水处理厂二期平流沉淀池，建立二维水动力学模型预测池中悬浮固体（ss）浓度分布和底泥高度分布；樊书铭通过建立三维斜板沉淀池模型，对沉淀池内部颗粒的不同粒径、颗粒的不同密度和斜板的不同形状进行了模拟；上述沉淀池数值模型可以很好的模拟沉淀池的运行工况，但是其运行效率低，不能及时反映沉淀池的真实情况。

3、申请人对现有技术进行详细的检索，并未发现对沉淀池泥位时空分布进行预测的相关技术方案。

4、因此，需要提供一种新的技术方案来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明旨在提出一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，包括如下步骤：

2、s1：建立沉淀池拓扑结构；

3、s2：对建立好的沉淀池拓扑结构进行网格划分，生成水动力模型可调用的拓扑结构文件；

4、s3：建立水动力模型，导入s2中可调用的拓扑结构文件；

5、s4：基于s3建立的水动力模型，模拟不同进水工况下沉淀池底泥时空分布；

6、s5：基于s4生成的数据集，利用深度模糊非参数模型进行沉淀池的泥位预测，进而预测不同进水条件下沉淀池的底泥时空分布规律。

7、作为一种优选方案，所述s1中建立沉淀池拓扑结构时的池体的参数包括沉淀池的长度、宽度、高度；还包括沉淀池的进水口和出水口。

8、作为一种优选方案，所述水动力模型采用matlab进行建立。

9、作为一种优选方案，所述s3中，导入s2中可调用的拓扑结构文件，确定水动力模型的边界条件和水动力模型模拟的时间和步长，以及输出水动力模型模拟的结果。

10、作为一种优选方案，所述边界条件包括进水浊度、进水流量。

11、作为一种优选方案，所述水动力模型模拟的结果包括沉淀池的不同时刻的不同位置的泥位厚度。

12、作为一种优选方案，水动力模型采用欧拉模型，欧拉模型包括颗粒相的质量守恒和动量守恒方程：

13、；

14、；

15、其中，表示颗粒相体积分数；表示梯度算子；表示颗粒相速度矢量，m/h；表示颗粒相密度，kg/m3；表示液体相速度矢量，m/h；表示重力加速度，为9.81 m/s2；表示颗粒相所受的单位质量力，m/s2；表示相间动量交换系数。

16、作为一种优选方案，所述s4中，基于s3建立的水动力模型，输入不同的进水浊度和进水流量，生成每小时底泥在沉淀池不同位置的分布情况的数据集。

17、作为一种优选方案，所述数据集的格式为csv格式数据。

18、作为一种优选方案，所述s5包括：

19、s51：对s4生成的数据集进行预处理；

20、s52：建立深度模糊非参数模型；

21、s53：将s51预处理后的数据集输入s52的深度模糊非参数模型，进行沉淀池底泥时空预测。

22、作为一种优选方案，所述预处理包括数据清洗、剔除重复异常数据、整合数据、统一数据格式、创建符合模型需要的特征工程、特征提取、数据标准化处理。

23、作为一种优选方案，所述s51和s52之间包括s511：对不同进水温度、进水ph、进水cod、不同梯度浊度、不同梯度流量、沉淀池距离进水口的位置、沉淀时间与沉淀池底泥厚度进行相关性分析，选择与沉淀池底泥厚度相关性大于0.6的特征进行建模。

24、本发明基于构建的沉淀池水动力学模型，通过模拟不同工况生成大量训练数据，构建基于沉淀池水动力学模型模拟数据的数据驱动混合模型，提高模型运行效率，预测分析不同工况下沉淀池底泥时空分布规律，为沉淀池的底泥排放，水厂管理和能耗降低提供可靠的理论依据。

技术特征：

1.一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，所述s1中建立沉淀池拓扑结构时的池体的参数包括沉淀池的长度、宽度、高度；还包括沉淀池的进水口和出水口。

3.根据权利要求1所述的一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，所述水动力模型采用matlab进行建立。

4.根据权利要求1所述的一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，所述s3中，导入s2中可调用的拓扑结构文件，确定水动力模型的边界条件和水动力模型模拟的时间和步长，以及输出水动力模型模拟的结果。

5.根据权利要求4所述的一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，所述边界条件包括进水浊度、进水流量。

6.根据权利要求4所述的一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，所述水动力模型模拟的结果包括沉淀池的不同时刻的不同位置的泥位厚度。

7.根据权利要求1所述的一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，水动力模型采用欧拉模型，欧拉模型包括颗粒相的质量守恒和动量守恒方程：

8.根据权利要求1所述的一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，所述s4中，基于s3建立的水动力模型，输入不同的进水浊度和进水流量，生成每小时底泥在沉淀池不同位置的分布情况的数据集。

9.根据权利要求1所述的一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，所述s5包括：

10.根据权利要求9所述的一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，其特征在于，所述s51和s52之间包括s511：

技术总结本发明提供一种基于混合模型预测沉淀池泥位时空分布的方法，包括：S1：建立沉淀池拓扑结构；S2：对沉淀池拓扑结构进行网格划分，生成拓扑结构文件；S3：建立水动力模型，导入拓扑结构文件；S4：基于水动力模型，模拟不同进水工况下沉淀池底泥时空分布；S5：基于S4生成的数据集，利用深度模糊非参数模型进行沉淀池的泥位预测，进而预测不同进水条件下沉淀池的底泥时空分布规律；本发明基于构建的沉淀池水动力学模型，通过模拟不同工况生成大量训练数据，构建基于沉淀池水动力学模型模拟数据的数据驱动混合模型，提高模型运行效率，预测分析不同工况下沉淀池底泥时空分布规律，为沉淀池的底泥排放，水厂管理和能耗降低提供可靠的理论依据。技术研发人员：张孝洪,段建锋,傅舟跃,柳景青,张志刚,张卫平,黄盼盼受保护的技术使用者：天津智云水务科技有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/26