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供水管网余氯衰减变化规律及模型研究
随着城市化进程的不断推进，城市供水管网已成为城市生活中不可或缺的组成部分。余氯是指管道中的自由残余氯，在水中起着杀菌消毒的作用。由于供水管网的复杂性和特殊性，管道中的余氯是不停地进行消耗和补充的过程，余氯浓度随着时间的变化呈现不同的衰减规律。本文旨在探究供水管网余氯的衰减变化规律，并建立相应模型对其进行预测和控制。
一、供水管网余氯的衰减规律
供水管网余氯衰减变化规律是指管道中自由余氯浓度随时间的变化规律。由于进入管道前，供水厂进行了一定的处理和消毒，进入管道后，水质往往呈现较稳定的状态。但随着时间的推移，管道中的余氯浓度开始降低，直至达到稳定状态。该过程可以表示为以下的一阶反应式：
dC/dt=-kC
其中，C代表管道中的自由余氯浓度，k为反应速率常数，t为时间。该式表明，管道中自由余氯浓度的衰减速率是与当前浓度成正比的，且反应速率常数k涉及到管道的材质、影响水量、通过管道的水温等因素。
二、供水管网余氯衰减模型的建立
基于以上衰减规律，可以建立相应模型，对管道中自由余氯浓度进行预测和控制。一般借助计算机软件进行建模。
1.模型建立
以MATLAB为例进行说明，建立模型计划如下：
（1）模型输入：管道材质、长度、直径、水温等参数。
（2）模型输出：余氯浓度随时间的变化规律。
（3）模型参数：反应速率常数k。
（4）模型构建：利用ODE45求解反应速率常数k，模拟管道中自由余氯浓度随时间的变化，并绘制出相应的余氯变化曲线。
2.模型求解
利用ODE45函数进行求解，ODE45是一种高阶解微分方程的数值算法，能够准确地求解非线性方程。该函数默认采用龙格-库塔法进行数值计算，求库塔方程时给出4个不同阶次的计算结果以及误差估计，最后进行自适应修正。具体程序如下：
functiondCdt=chlo_react(t,C)
k=0.1;%自由余氯消耗速率常数
dCdt=-k*C;
end
[t,C]=ode45(@chlo_react,[060],1);
plot(t,C);
xlabel('Time(min)');
ylabel('FreeChlorine(mg/L)');
title('VariationofFreeChlorineoverTime');
3.模型验证
验证模型的正确性是非常重要的。可以通过改变管道参数、水温、水流量等因素，检验模型的准确性。
三、总结
供水管网余氯的衰减变化规律及模型研究对于保障城市供水水质安全具有重要意义。通过建立衰减模型，可以预测管道中自由余氯浓度的变化，并根据相关参数进行管道设计、改造和控制，确保城市供水的质量和可靠性。