水质模拟软件EPANET：用于水管网管理和污染事件模拟的工具

EPANET 可跟踪和模拟整个管网中化学物质的浓度，是一款有助于水管网管理和分析的软件[5]。污染源定位问题求解时，所需信息是供水管网在供水过程中，传感器所在的各个节点、管段污染物的浓度变化和污染物浓度的具体值。

水力模拟是水质模拟的前提，先有水力模拟之后才有水质模拟。水力模拟包括以下内容：利用公式计算摩擦水头损失（包括弯头、附件等处的局部水头损失）；模拟恒速和变速水泵；进行水泵提升能量和成本分析；模拟管网中不同的阀门（包含遮蔽阀门、止回阀门、调压阀门和流量控制阀门）；考虑节点不同类型的需水模式（每个节点都能拥有自己的时间模式）；模拟依赖于压力的流量，如扩散器（喷头水头）。对于具有连续时间的水库水位、水池水位和需水量，水力模拟模型用于计算节点水头和管段流量。水库水位和需水量根据已设置水流时间模式从一个时间步长更新到另一个时间步长，同时根据当前流量数值，更新水池水位。当前特定节点的水头和流量，都满足每个节点的流量守恒方程，以及管网每条管段的水头损失方程。以上过程称为管网的“水力平差”，可利用迭代技术求解非线性方程组。EPANET 采用“梯度算法”，细节参见《EPANET 用户手册》。

EPANET 提供的水质模拟能力有：模拟供水管网中非反应的示踪剂随时间的变化而变化；模拟供水管网中反应物质的变化情况，如消毒副产物可以随时间而浓度增长，而余氯随时间浓度降低；模拟整个管网的水龄；跟踪从已知节点输送来的水流百分比；模拟主流水体和管壁处的反应；在管网中任意节点，允许随时间变化浓度的质量输入；模拟蓄水池中不同的混合模型。利用上述的水质模拟特性，EPANET 可以实现以下水质现象：使来源不同的水源进行混合，模拟整个系统的水龄和余氯的损失、消毒副产物的增长，跟踪污染事件。供水管网水质模拟共有4种模型：基本迁移、蓄水池中混合、水质反应、水龄和源头跟踪。供水管网在不同的情况下，采用不同的模型。(www.xing528.com)

污染物可能从管网的任何节点进入，模拟污染事件入侵，向管网节点注射进某一质量或者某一浓度的污染物，然后调用EPANET 进行水力、水质模拟获取污染事件对应的水质传感器检测的污染物浓度。EPANET 能为每个节点都设置源头水质，通过设置源头水质可以模拟供水管网污染源入侵的场景。源头水质编辑器有4种污染物入侵模拟方式，分别是质量注入源头、浓度源头、流量步进注入源头、设置点注入源头。质量注入源头指将固定质量的污染物注入到管网节点；浓度源头指将管网节点的浓度直接改变到所需浓度；流量步进注入源头指将固定浓度的污染物注入到节点；设置点注入源头指使离开节点时水流中污染物浓度达到某一值。这4种方式适合模拟直接注入到管网的示踪剂、消毒剂，或其他污染物质，也适合进行污染物入侵模拟。

EPANET 2.0可以执行有压管网水力和水质特性延时模拟。管网是一个非常复杂的系统，它包括管道、节点、水泵、阀门和蓄水池（即水库）等组件，EPANET 2.0可以跟踪延时阶段管道水流、节点压力、水池水位高度及整个管网中化学物质的浓度。除了模拟延时阶段的化学成分，也可以模拟水龄和进行源头跟踪。EPANET 2.0开发的目的是为了改善对水管网系统中物质迁移转化规律的理解，它可以实现许多不同类型的给水管网系统水力和水质分析。EPANET 2.0还可以实现对管网水源的改变与配置、对水泵的提升、对水池注水/放水时间的调度安排、对水处理的补充措施（例如蓄水池中重新加氯）等。在Windows环境下，EPANET 2.0软件提供了管网输入数据编辑、水力和水质模拟及显示各种计算结果的集成环境（结果的表达形式包括管网地图颜色表示、数据表格、时间序列图和等值线图等）。