20、污水管网腐蚀预测助力可持续发展

污水管网腐蚀预测助力可持续发展

1. 研究背景与目标

污水管网的腐蚀问题一直是影响其可持续发展的关键因素。研究旨在构建一个基于硫化氢（H₂S）和温度这两个影响因素的污水管网腐蚀预测模型。数据来源包括H₂S和温度观测点数据，以及2007 - 2010年和2011 - 2016年两批巡查报告，报告中记录了污水管道的腐蚀风险等级（1 - 5级）。然而，面临的数据稀疏问题是一大挑战，即污水管网的数据采样点非常稀少，因此需要合适的技术来开发稳健的预测模型。

2. 相关知识基础

2.1 污水腐蚀相关研究

过去几十年，众多研究聚焦于理解和管理污水腐蚀问题。研究证实，硫化氢（H₂S）的产生和排放是污水系统腐蚀的主要原因。污水系统中的硫酸盐还原菌在厌氧条件下会将废水中的硫酸盐转化为硫化物，过程中H₂S会释放到污水大气中。随后，污水系统中的H₂S会被细菌消耗，在生物氧化过程中产生硫酸，硫酸会导致污水管道内部开裂和点蚀，进而引发大规模腐蚀。同时，硫酸的转化率与污水中H₂S的浓度成正比。

除了H₂S，温度也是影响污水腐蚀速率的重要因素。温度在H₂S从液相到气相的排放过程中起着关键作用，并且会影响与腐蚀相关的各种非生物和生物反应速率，温度升高会使硫化物的生成速率增加。

基于这些发现，研究先对整个污水管网的H₂S和温度进行估计，再基于估计结果预测整个污水管网的腐蚀风险等级。原因有二：一是H₂S和温度在文献中已被充分验证为影响污水腐蚀的重要因素；二是相较于检查污水管网的腐蚀状况，使用电子传感器和电信技术可以更方便地监测和收集H₂S浓度和温度数据。

2.2 高斯过程简介

高斯过程（GP）是一种通用的监