综述：氯和紫外线在热带饮用水系统中随时间变化的衰减模型：系数关系的发展与验证

《Results in Engineering》：Shear Strengthening of Two-Way Reinforced Concrete Slabs with Openings: A Review of Strengthening Techniques and Code Perspectives

本综述系统阐述了饮用水处理中氯和紫外线（UV）衰减的动态模型，创新性地引入温度、初始氯浓度（Cl0）和初始紫外吸收值（UV0）的非线性系数关系，通过FO（一级动力学）、VPRC（变抛物线反应系数）和SO（二级动力学）模型的对比验证，为热带地区供水系统的水质管理提供了精准预测工具和优化策略。

　　

在饮用水处理领域，维持管网中稳定的余氯浓度是确保微生物安全的关键挑战。氯在输配过程中会与水中天然有机物（NOM）发生复杂反应而衰减，传统的一级衰减模型（FO）虽广泛应用，但难以准确描述衰减速率随时间变化的非线性特征。热带地区高温环境更会加速氯的消耗，使预测和控制变得尤为复杂。

研究团队在曼谷的Bangkhen水厂开展了系统实验，分别在旱季和雨季采集处理后水样，于20°C和30°C下进行48小时动态监测，同步追踪氯浓度（采用DPD分光光度法）和紫外线吸光度（UV₂₅₄，以cm^-1为单位）的变化。基于大量实验数据，研究对四种衰减模型进行了深度校准与验证：

首先是传统的一级动力学模型（FO），其核心方程表述为 Cl = Cl₀ exp(-K_FO t)。该模型简单，但将衰减系数K_FO视为常数，忽略了反应物消耗带来的速率变化。

其次是变抛物线反应系数模型（VPRC），它通过引入一个与氯消耗量相关的抛物线函数来动态调整反应速率，其方程形式为 dCl/dt = - [K_V / (1 + u(Cl₀ - Cl))² ] Cl。该模型能更好地拟合衰减速率逐渐减慢的过程。

第三种是二级动力学模型只考虑氯衰减（SO1），其基本形式为 dCl/dt = -K_SO,Cl Cl UV。该模型明确引入了紫外线吸光度（UV）作为氯反应物浓度的替代参数，理论更为严谨。

第四种是完整的二级动力学模型（SO2），它同时描述了氯和紫外线吸光度的衰减：dCl/dt = -K_SO2,Cl Cl UV 与 dUV/dt = -K_SO2,UV Cl UV。这是最复杂的模型，但也最能反映实际的并行反应过程。

本研究的核心创新在于突破了将模型系数视为常数的传统，为每个模型的衰减系数（K_FO, K_V, K_SO,Cl, K_SO,UV）建立了与温度（T）、初始氯（Cl₀）、初始紫外（UV₀）相关的系数关系式，通用形式为： K* = a Cl₀^b UV_{0^c exp[ -E/R(T+273) ]。 通过优化拟合，研究获得了各模型系数关系中的关键参数（a, b, c, E/R）。}

模型性能评估表明，在预测氯衰减方面，VPRC和SO2模型表现最佳，其校准期和验证期的均方根误差（RMSE）最低（约0.075 mg/L），决定系数（R²）最高（>0.97），且平均偏差（MBE）较小。FO模型及其系数关系形式（P-FO）表现次之。而SO1模型因未充分利用UV的时间序列数据，预测误差较大。在预测UV衰减方面，SO2模型显著优于SO1模型，证明了同时校准氯和UV数据的必要性。

研究成果表明，引入Cl₀、UV₀和温度的系数关系能极大提升模型在不同季节和水质条件下的预测精度和鲁棒性。其中，VPRC和SO2模型是模拟热带地区饮用水氯衰减的最有效工具。该研究为水厂优化加氯策略、维持管网水质提供了强大的理论模型和实用工具，未来可进一步与EPANET-MSX等水力水质模型耦合，实现供水系统的数字化智能管理。