CN112580969B - 一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法 - Google Patents

一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，包括：一、根据水箱在工作日或休息日的用水情况将工作日或休息日的一天划分成若干时间段；二、计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段的平均流出水量和最大流出水量；三、计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段开始时刻的理论存留水量；四、在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻根据理论存留水量、实时存留水量和水箱最大储水量计算出水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量。本发明能在满足用水要求的前提下准确地控制自来水在水箱中的停留时间，有效地降低因自来水在水箱中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险。

Description

一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法
技术领域
本发明涉及城市供水管网系统二次供水领域，尤其涉及一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法。
背景技术
二次供水是指将城市公共供水经储存、加压，通过管道再供用户使用的供水形式。二次供水储水设备(以下简称水箱)中的生活饮用水(以下简称自来水)是通过水泵抽取的或从城市供水管网系统自动流入的。水箱进口流量指某一时刻水箱进口处自来水的流量；水箱出口流量指某一时刻水箱出口处自来水的流量；水箱流入水量指在一段时间内流入水箱的自来水的体积；水箱流出水量指在一段时间内流出水箱的自来水的体积；水箱存留水量指某一时刻水箱中自来水的总体积；水箱液位指某一时刻水箱中自来水水面到水箱底面的垂直距离。
我国城市自来水的消毒绝大多数都是采用氯消毒法。氯消毒法的突出优点是余氯具有持续的消毒作用，余氯系指用氯消毒时，加氯接触一定时间后，水中所剩余的氯量。余氯浓度在城市供水管网系统中随时间的推移会逐步衰减。二次供水最常见的问题是自来水在水箱中停留时间过长，导致水箱自来水中的余氯浓度衰减到很低的水平，起不到有效杀灭水中微生物的作用，造成水箱中自来水的微生物快速生长而出现微生物指标超标。因此减少自来水在水箱中的停留时间对于保护水箱中自来水的水质安全有着重要的意义。
为了解决上述技术问题，中国专利公告号为CN110264067A的现有技术在2019年9月20日公开了一种二次供水储水设备进口流量的计算方法，该方法包括以下步骤：步骤一、根据最近若干天出口流量的历史数据计算在一天不同时间段的理论出口流量；步骤二、根据步骤一的结果，计算在给定停留时间情况下水箱在一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；步骤三、根据步骤一和步骤二的结果，结合实时检测得到的存留水量，计算水箱在一天不同时间段的进口流量。该方法根据大数据统计得到水箱的用水特征，再以此为依据控制给水箱供水，从而实现按需供水，有效地减少了自来水在水箱中的停留时间。但是在实际使用中，该技术仍然存在如下技术问题：
1)该技术在统计分析用水特征时没有区分工作日和休息日，而实际中工作日和休息日的用水特征是完全不一样的，对于一些场所，如学校、办公楼等，在工作日的用水量远高于在休息日的用水量，特别是在6:00-20:00时间段，工作日平均用水量是休息日平均用水量的数倍(3-5倍)，如果不区分休息日和工作日进行统计分析，将由此得到的平均用水量用于休息日的供水控制则明显偏大，会导致储水过多，完全失去控制供水的作用，将由此得到的平均用水量用于工作日的供水控制则又偏小，容易导致储水不足。
2)该技术最终的计算结果为进口流量，意图通过控制进口流量来实现对自来水在水箱中停留时间的控制，但是在实际中准确控制进口流量很难实现，这导致该技术的实际应用受到限制。
3)该技术没有考虑水箱存在无效体积的问题，由于水箱底部会逐渐存留一些存积物，为了防止这些存积物随水箱出水管流出到用户处，在安装水箱出水管时都刻意将出水管抬高至距离水箱底面一定高度安装，通常出水管的下缘距离水箱底面的垂直距离有10-20cm，由此水箱出水管下缘以下部分的存水将无法随出水管流出使用，这部分不能使用的水箱体积称为无效体积。另外对于使用水泵控制出水的水箱，出水管如果空管将导致水泵出现干抽而被损坏，为了防止出水管空管，不能让液位低于出水管的上缘，这种情况下无效体积更大，而该技术在计算理论存留水量时并未考虑水箱的无效体积，按此控制供水将出现储水不足以致不能满足实际用水需要的技术问题。
4)每一个水箱都设计有一根溢流管，溢流管与水箱接口的下缘距离水箱底面的高度就是水箱的最高液位，当水箱液位达到最高液位时，如果继续加水，自来水就会从溢流管流出，该技术没有考虑在给水箱供水时，水箱液位达到最高液位时的处理方法，因此一旦出现这种情况就会出现自来水的浪费。
5)该技术对时间段的划分采取的是平均划分，这失去了供水管理的灵活性，在实际中在用水高峰期需要将时间段划分得短一些才能保证储水充足，在用水低谷期如果也参照用水高峰期一样对时间段的划分规则，会经常出现启动供水后很短时间就需要关闭供水，而频繁启动关闭水泵会减少水泵使用的寿命。
6)该技术在统计计算用水特征时没有考虑出现数据缺失时的处理方法，在实际中偶尔会出现数据缺失的情况，比如突然停电、清洗水箱、设备检修或设备故障等，如果出现数据缺失仍然使用该日的数据计算用水特征，则计算结果就会不准确甚至严重失真。
7)该技术使用平均出口流量表示用水特征，表征不贴切。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中存在的上述问题，提供一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，本发明能够准确计算出水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量，并以此进行供水。从而能在满足用水要求的前提下更方便更准确地控制自来水在水箱中的停留时间，最大限度地降低因自来水在水箱中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，包括以下步骤：
步骤一、根据水箱在工作日或休息日的用水情况将工作日或休息日的一天划分成若干时间段；
步骤二、根据水箱在工作日或休息日最近若干天不同时刻的出口流量数据，计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段的平均流出水量和最大流出水量；
步骤三、根据步骤二的计算结果，计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段开始时刻的理论存留水量；
步骤四、根据实时检测得到的水箱液位计算出水箱的实时存留水量，再在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻根据理论存留水量、实时存留水量和水箱最大储水量计算出水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量。
所述步骤一划分时间段的方法为：根据工作日一天用水高峰低谷情况将工作日一天分成N1个时间段，不同时间段的时长可以不同，用i表示工作日一天内不同时间段的顺序数；根据休息日一天用水高峰低谷情况将休息日一天分成N2个时间段，不同时间段的时长可以不同，用j表示休息日一天内不同时间段的顺序数。
所述步骤二中计算平均流出水量和最大流出水量的方法为：
S1：获得实时的出口流量数据；
S2：剔除无效的出口流量数据；
S3：根据得到的有效出口流量数据计算各个时间段的流出水量；
S4：计算若干天各个时间段的平均流出水量和最大流出水量。
所述S1中，实时的出口流量数据通过实时监测出口流量得到或通过实时监测得到的进口流量数据和水箱液位数据计算得到，当通过实时监测得到的进口流量数据和水箱液位数据计算得到时，监测得到进口流量数据和水箱液位数据的间隔时间和数据总个数为出口流量数据的间隔时间和数据总个数，其计算方法为：
Figure BDA0002836868960000041
Figure BDA0002836868960000042
式(1)中a表示选用工作日的顺序数，i表示在工作日一天中时间段的顺序数，b表示在i时间段内相应数据的顺序数；
Figure BDA0002836868960000043
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量，
Figure BDA0002836868960000044
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的进口流量，Ha/i/b表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的液位，Ha/i/(b-1)表示Ha/i/b的前一个液位数据，S表示水箱的纵截面面积，t表示相邻两个数据的间隔时间；
式(2)中c表示选用休息日的顺序数，j表示在休息日一天中时间段的顺序数，d表示在j时间段内相应数据的顺序数；
Figure BDA0002836868960000045
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量，
Figure BDA0002836868960000046
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的进口流量，Hc/j/d表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的液位，Hc/j/(d-1)表示Hc/j/d的前一个液位数据，S表示水箱的纵截面面积，t表示两个数据的间隔时间。
所述S2中，如果出口流量数据在一天中是连续完整的就视为有效数据，反之如果出口流量数据在一天中有缺失则该日全部出口流量数据都视为无效，被视为无效的出口流量数据不能用于后期计算；在正常情况下两个相邻出口流量数据的间隔时间都是相等的，且各个时间段内出口流量数据的总个数也是能够事先确定的，因此通过判断在不同时间段内出口流量数据的总个数是否达到事先确定的出口流量数据总个数就能确定该时间段的出口流量数据是否有缺失；用t表示两个相邻出口流量数据的间隔时间，用ni表示在工作日i时间段内出口流量数据的总个数，用nj表示在休息日j时间段内出口流量数据的总个数。
所述S3中，计算各个时间段流出水量的方法为：
Figure BDA0002836868960000051
Figure BDA0002836868960000052
式(3)中
Figure BDA0002836868960000053
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，ni表示在工作日i时间段的出口流量数据总个数，
Figure BDA0002836868960000054
和t的含义同前；
式(4)中
Figure BDA0002836868960000055
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，nj表示在休息日j时间段的出口流量数据总个数，
Figure BDA0002836868960000056
和t的含义同前。
所述S4中，计算若干天各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure BDA0002836868960000057
Figure BDA0002836868960000058
Figure BDA0002836868960000059
Figure BDA00028368689600000510
式(5)和式(6)中n表示用于统计计算的工作日或休息日的天数，
Figure BDA00028368689600000511
表示统计最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，
Figure BDA00028368689600000512
表示统计最近n个休息日在j时间段的平均流出水量；
式(7)和式(8)中
Figure BDA00028368689600000513
表示统计最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，
Figure BDA00028368689600000514
表示统计最近n个休息日在j时间段流出水量的最大值，max{}为求最大值的运算符。
所述步骤三中计算水箱在一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
Wi＝max{Wi/p，Wi/q} (9)
Figure BDA00028368689600000515
Figure BDA00028368689600000516
Wj＝max{Wj/p，Wj/q} (12)
Figure BDA0002836868960000061
Figure BDA0002836868960000062
式(9)中Wi表示在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，Wi/p和Wi/q是为方便计算而设置的中间变量，max{}为求最大值的运算符；
式(10)和式(11)中N1表示工作日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(imod N1+1)表示i时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数N1的要求，k1和k2是人为设定的两个参数，k1的范围为0.4-1.0，k2的范围为0.05-0.6，H0是水箱储水允许的最低液位；
式(12)中Wj表示在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，Wj/p和Wj/q是为方便计算而设置的中间变量；
式(13)和式(14)中N2表示休息日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(jmod N2+1)表示j时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(j+1)不能超过时间段总数N2的要求，k3和k4是人为设定的两个参数，k3的范围为0.4-1.0，k4的范围为0.05-0.6。
所述步骤四中计算得到水箱实时存留水量的方法为：
Figure BDA0002836868960000063
Figure BDA0002836868960000064
式(15)中
Figure BDA0002836868960000065
表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，S表示水箱的纵截面面积，
Figure BDA0002836868960000066
表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的实时存留水量；
式(16)中
Figure BDA0002836868960000067
表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，
Figure BDA0002836868960000068
表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的实时存留水量。
所述步骤四中在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻计算水箱在一天不同时间段理论流入水量的方法为：
Wm＝Hm·S (17)
Figure BDA0002836868960000071
Figure BDA0002836868960000072
式(17)中Wm表示水箱的最大储水量，Hm表示水箱允许的最高液位；
式(18)中
Figure BDA0002836868960000073
表示在日期为x的工作日的i时间段的理论流入水量；
式(19)中
Figure BDA0002836868960000074
表示在日期为y的休息日的j时间段的理论流入水量；S、Wi、
Figure BDA0002836868960000075
Wj和
Figure BDA0002836868960000076
的含义同前。
采用本发明的优点在于：
1、本发明通过大数据统计分析得到水箱在工作日或休息日不同时间段的用水特征(平均流出水量和最大流出水量)，根据用水特征及水箱最低液位计算出在工作日或休息日不同时间段开始时刻的理论存留水量，再结合水箱的实际存留水量和最高液位在工作日或休息日不同时间段的开始时刻计算出该时间段的理论流入水量，按照计算出的理论流入水量给水箱供水就能实现用定量的方式按需存水，从而有效地减少自来水在水箱中的停留时间，最大限度地降低因自来水在水箱中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险。
2、本发明针对工作日和休息日用水特征完全不同的实际情况，将工作日和休息日分开来进行统计分析，将统计分析工作日得到的用水特征用于工作日的供水控制，将统计分析休息日得到的用水特征用于休息日的供水控制，既避免了在休息日储水过多的问题又避免了在工作日储水不够的问题，从而实现更精确有效地控制供水。
3、本发明最终的计算结果为理论流入水量，根据理论流入水量来实现对自来水在水箱中停留时间的控制，在实际中控制流入水量比较容易实现，本发明通过比较累计流入水量和理论流入水量的大小就非常方便地实现了对流入水量的控制，从而大大方便了将该技术应用于实际中。
4、本发明在计算理论存留水量时考虑了水箱存在无效体积的实际情况，根据实际中水箱储水允许的最低液位计算得到水箱的无效体积，将正常的理论存留水量计算结果与水箱无效体积之和作为最终的水箱理论存留水量，从而确保以此进行的供水控制不会出现储水不足的情况，且能够防止出水管空管的发生。
5、本发明在计算理论流入水量时考虑了水箱允许的最高液位，根据最高液位计算得到水箱的最大储水量，并特别限定水箱实时的存留水量与理论流入水量的合计不能超过水箱的最大储水量，从而避免了因供水超过水箱最大储水量时导致的自来水浪费。
6、本发明对时间段的划分采取了灵活的划分方法，不要求均分，强调根据用水的高峰期和低谷期实际的用水特征进行划分，从而既保证了用水高峰期的用水充足，又避免了用水低谷期对水泵的频繁启动和关闭，增加了水泵使用的寿命。
7、本发明在统计计算用水特征时，有数据缺失日期的数据不纳入计算用水特征，这样能够保证统计计算的结果更准确。
8、本发明使用平均流出水量和最大流出水量来体现用水特征，比单纯使用平均出口流量来体现用水特征更准确更贴切，一方面用水特征更应该是水量，而不是流量，另一方面引入最大流出水量的概念能够反映出用水量的范围，从而保证在极端情况下储水也够使用。
附图说明
图1为本发明的工作流程图。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，其包括以下步骤：
步骤一、根据水箱在工作日或休息日的用水情况将工作日或休息日的一天划分成若干时间段。
本步骤具体划分时间段的方法为：根据工作日一天用水高峰低谷情况将工作日一天分成N1个时间段，不同时间段的时长可以相同，也可以不同，用i表示工作日一天内不同时间段的顺序数；根据休息日一天用水高峰低谷情况将休息日一天分成N2个时间段，不同时间段的时长可以相同，也可以不同，用j表示休息日一天内不同时间段的顺序数。
步骤二、根据水箱在工作日或休息日最近若干天不同时间段的出口流量数据，计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段的平均流出水量和最大流出水量。
本步骤具体的计算方法包括以下步骤：
S1：获得实时的出口流量数据；
S2：剔除无效的出口流量数据；
S3：根据得到的有效出口流量数据计算各个时间段的流出水量；
S4：计算若干天各个时间段的平均流出水量和最大流出水量。
步骤S1中，实时的出口流量数据可以通过流量计实时监测出口流量得到，也可以通过实时监测得到的进口流量数据和水箱液位数据计算得到。当通过流量计实时监测出口流量得到时，可设定监测获得的工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量为
Figure BDA0002836868960000091
以及设定监测获得的休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量为
Figure BDA0002836868960000092
当通过实时监测得到的进口流量数据和水箱液位数据计算得到时，此时监测得到进口流量数据和水箱液位数据的间隔时间和数据总个数就是出口流量数据的间隔时间和数据总个数，计算方法为：
Figure BDA0002836868960000093
Figure BDA0002836868960000094
式(1)中a表示选用工作日的顺序数，i表示在工作日一天中时间段的顺序数，b表示在i时间段内相应数据的顺序数；
Figure BDA0002836868960000095
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量，
Figure BDA0002836868960000096
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的进口流量，Ha/i/b表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的液位，Ha/i/(b-1)表示Ha/i/b的前一个液位数据，S表示水箱的纵截面面积，t表示相邻两个数据的间隔时间。
式(2)中c表示选用休息日的顺序数，j表示在休息日一天中时间段的顺序数，d表示在j时间段内相应数据的顺序数；
Figure BDA0002836868960000097
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量，
Figure BDA0002836868960000098
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的进口流量，Hc/j/d表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的液位，Hc/j/(d-1)表示Hc/j/d的前一个液位数据，S表示水箱的纵截面面积，t表示两个数据的间隔时间。
步骤S2中，如果出口流量数据在一天中是连续完整的就视为有效数据，反之如果出口流量数据在一天中有缺失则该日全部出口流量数据都视为无效，被视为无效的出口流量数据不能用于后期计算；在正常情况下两个相邻出口流量数据的间隔时间都是相等的，且各个时间段内出口流量数据的总个数也是能够事先确定的，因此通过判断在不同时间段内出口流量数据的总个数是否达到事先确定的出口流量数据总个数就能确定该时间段的出口流量数据是否有缺失；用t表示两个相邻出口流量数据的间隔时间，用ni表示在工作日i时间段内出口流量数据的总个数，用nj表示在休息日j时间段内出口流量数据的总个数。
步骤S3中，计算各个时间段流出水量的方法为：
Figure BDA0002836868960000101
Figure BDA0002836868960000102
式(3)中
Figure BDA0002836868960000103
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，ni表示在工作日i时间段的出口流量数据总个数，
Figure BDA0002836868960000104
和t的含义同前。
式(4)中
Figure BDA0002836868960000105
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，nj表示在休息日j时间段的出口流量数据总个数，
Figure BDA0002836868960000106
和t的含义同前。
步骤S4中，计算若干天各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure BDA0002836868960000107
Figure BDA0002836868960000108
Figure BDA0002836868960000109
Figure BDA00028368689600001010
式(5)和式(6)中n表示用于统计计算的工作日或休息日的天数，
Figure BDA00028368689600001011
表示统计最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，
Figure BDA00028368689600001012
表示统计最近n个休息日在j时间段的平均流出水量。
式(7)和式(8)中
Figure BDA0002836868960000111
表示统计最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，
Figure BDA0002836868960000112
表示统计最近n个休息日在j时间段流出水量的最大值，max{}为求最大值的运算符。
步骤三、根据步骤二的计算结果，计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段开始时刻的理论存留水量；
本步骤计算水箱在一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
Wi＝max{Wi/p，Wi/q} (9)
Figure BDA0002836868960000113
Figure BDA0002836868960000114
Wj＝max{Wj/p，Wj/q} (12)
Figure BDA0002836868960000115
Figure BDA0002836868960000116
式(9)中Wi表示在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，Wi/p和Wi/q是为方便计算而设置的中间变量，max{}为求最大值的运算符。
式(10)和式(11)中N1表示工作日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(imod N1+1)表示i时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数N1的要求，k1和k2是人为设定的两个参数，k1的范围为0.4-1.0，k2的范围为0.05-0.6，H0是水箱储水允许的最低液位。
式(12)中Wj表示在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，Wj/p和Wj/q是为方便计算而设置的中间变量。
式(13)和(14)式中N2表示休息日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(jmod N2+1)表示j时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(j+1)不能超过时间段总数N2的要求，k3和k4是人为设定的两个参数，k3的范围为0.4-1.0，k4的范围为0.05-0.6。
步骤四、根据实时检测得到的水箱液位计算出水箱的实时存留水量，再在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻根据理论存留水量、实时存留水量和水箱最大储水量计算出水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量。最后根据得到的理论注入水量进行供水即能够有效地减少自来水在水箱中的停留时间，最大限度地降低因自来水在水箱中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险。
本步骤计算得到水箱实时存留水量的方法为：
Figure BDA0002836868960000121
Figure BDA0002836868960000122
式(15)中
Figure BDA0002836868960000123
表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，S表示水箱的纵截面面积，
Figure BDA0002836868960000124
表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的实时存留水量。
式(16)中
Figure BDA0002836868960000125
表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，
Figure BDA0002836868960000126
表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的实时存留水量；
本步骤在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻计算水箱在一天不同时间段理论流入水量的方法为：
Wm＝Hm·S (17)
Figure BDA0002836868960000127
Figure BDA0002836868960000128
式(17)中Wm表示水箱的最大储水量，Hm表示水箱允许的最高液位。
式(18)中
Figure BDA0002836868960000129
表示在日期为x的工作日的i时间段的理论流入水量。
式(19)中
Figure BDA00028368689600001210
表示在日期为y的休息日的j时间段的理论流入水量；S、Wi、
Figure BDA00028368689600001211
Wj和
Figure BDA00028368689600001212
的含义同前。
实施例2
为了进一步证实实施例1所述方法的准确性、有效性和实用性，现申请人结合具体的实际数据对实施例1的方案作进一步描述，具体如下：
步骤一、根据水箱在工作日或休息日的用水情况将工作日或休息日的一天划分成若干时间段。
本步骤中，设定将工作日一天分成以下5个时间段，0:00-7:59、8:00-11:59、12:00-15:59、16:00-19:59、20:00-23:59，用i表示工作日一天内不同时间段的顺序数；将休息日一天分成以下3个时间段，0:00-9:59、10:00-16:59、17:00-23:59，用j表示休息日一天内不同时间段的顺序数。
步骤二、根据水箱在工作日或休息日最近若干天不同时间段的出口流量数据，计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段的平均流出水量和最大流出水量。
本步骤具体的计算方法为：
S1：获得实时的出口流量数据；
S2：剔除无效的出口流量数据；
S3：根据得到的有效出口流量数据计算各个时间段的流出水量；
S4：计算若干天各个时间段的平均流出水量和最大流出水量。
所述S1中，由于水箱出水管较短，不方便安装流量计，因此优选通过实时监测得到的进口流量数据和水箱液位数据计算得到实时的出口流量数量。具体的，在水箱进水管上安装一个流量计，在水箱内安装一个液位计，通过实时监测得到的进口流量和水箱液位计算得到实时的出口流量，相邻两个进口流量和相邻两个水箱液位的间隔时间为1min，由此计算得到相邻两个出口流量的间隔时间也为1min，由此在工作日不同时间段出口流量数据的总个数分别为480、240、240、240、240，在休息日不同时间段出口流量数据的总个数分别为600、420、420；根据进口流量和水箱液位计算出口流量的方法为：
Figure BDA0002836868960000131
Figure BDA0002836868960000132
式(1)中a表示选用工作日的顺序数，i表示在工作日一天中时间段的顺序数，b表示在i时间段内相应数据的顺序数；
Figure BDA0002836868960000133
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量，单位为L/min，
Figure BDA0002836868960000134
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的进口流量，单位为L/min，Ha/i/b表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的液位,单位为dm，Ha/i/(b-1)表示Ha/i/b的前一个液位数据，单位为dm，水箱的纵截面面积为700dm2，相邻两个数据的间隔时间为1min。
式(2)中c表示选用休息日的顺序数，j表示在休息日一天中时间段的顺序数，d表示在j时间段内相应数据的顺序数；
Figure BDA0002836868960000141
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量，单位为L/min，
Figure BDA0002836868960000142
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的进口流量，单位为L/min，Hc/j/d表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的液位,单位为dm，Hc/j/(d-1)表示Hc/j/d的前一个液位数据,单位为dm。
所述S2中，如果出口流量数据在一天中是连续完整的就视为有效数据，反之如果出口流量数据在一天中有缺失则该日全部出口流量数据都视为无效，被视为无效的出口流量数据不能用于后期计算；在正常情况下两个相邻出口流量数据的间隔时间都是相等的，且各个时间段内出口流量数据的总个数也是能够事先确定的，因此通过判断在不同时间段内出口流量数据的总个数是否达到事先确定的出口流量数据总个数就能确定该时间段的出口流量数据是否有缺失。
本实施例统计了2020年8月1日至9月28日的出口流量数据，其中8月5日、9月8日、9月9日和9月18日的出口流量数据由于数据不完整而未纳入统计计算，纳入统计计算的工作日有38天，休息日有17天。
所述S3中，计算各个时间段流出水量的方法为：
Figure BDA0002836868960000143
Figure BDA0002836868960000144
式(3)中
Figure BDA0002836868960000145
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，单位为L，ni表示在工作日i时间段的出口流量数据总个数，相邻两个出口流量数据的间隔时间为1min，
Figure BDA0002836868960000146
的含义同前。
式(4)中
Figure BDA0002836868960000147
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，单位为L，nj表示在休息日j时间段的出口流量数据总个数，相邻两个出口流量数据的间隔时间为1min，
Figure BDA0002836868960000151
的含义同前。
本步骤中，统计计算得到的工作日流出水量数据见下表1，统计计算得到的休息日流出水量数据见下表2，如下：
表1
Figure BDA0002836868960000152
Figure BDA0002836868960000161
表2
Figure BDA0002836868960000162
所述S4中，计算若干天各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure BDA0002836868960000163
Figure BDA0002836868960000164
Figure BDA0002836868960000171
Figure BDA0002836868960000172
式(5)和式(6)中用于统计计算的工作日为38天，用于统计计算的休息日为17天，
Figure BDA0002836868960000173
表示统计最近38个工作日在i时间段的平均流出水量，单位为L，
Figure BDA0002836868960000174
表示统计最近17个休息日在j时间段的平均流出水量，单位为L。
式(7)和式(8)中
Figure BDA0002836868960000175
表示统计最近38个工作日在i时间段流出水量的最大值，单位为L，
Figure BDA0002836868960000176
表示统计最近17个休息日在j时间段流出水量的最大值，单位为L，max{}为求最大值的运算符。
本步骤中，统计计算得到的工作日不同时间段平均流出水量和最大流出水量结果见下表3，统计计算得到的休息日不同时间段平均流出水量和最大流出水量结果见下表4，如下：
表3
时间段 00-08 08-12 12-16 16-20 20-24
平均流出水量 1008 5694 6092 4010 868
最大流出水量 3556 8093 9711 7498 3118
表4
时间段 00-10 10-17 17-24
平均流出水量 1152 2649 1404
最大流出水量 2769 5710 2215
步骤三、根据步骤二的计算结果，计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段开始时刻的理论存留水量。
本步骤计算水箱在一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
Wi＝max{Wi/p，Wi/q} (9)
Figure BDA0002836868960000177
Figure BDA0002836868960000178
Wj＝max{Wj/p，Wj/q} (12)
Figure BDA0002836868960000181
Figure BDA0002836868960000182
式(9)中Wi表示在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，单位为L，Wi/p和Wi/q是为方便计算而设置的中间变量，max{}为求最大值的运算符。
式(10)和式(11)中工作日一天内时间段的总个数为5，mod是求余运算符，(i mod5+1)表示i时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(i+1)不能超过时间段总数5的要求，0.6和0.2是人为设定的两个参数，水箱储水允许的最低液位为2dm，水箱纵截面积为700dm2。
式(12)中Wj表示在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，单位为L，Wj/p和Wj/q是为方便计算而设置的中间变量。
式(13)和(14)中休息日一天内时间段的总个数为3，(j mod 3+1)表示j时间段的下一个时间段，用这种方式表示是为了满足时间段表达式(j+1)不能超过时间段总数3的要求，0.6和0.2是人为设定的两个参数。
本步骤中，水箱在工作日不同时间段开始时刻的理论存留水量的计算结果见下表5，水箱在休息日不同时间段开始时刻的理论存留水量的计算结果见下表6，如下：
表5
时间段 00-08 08-12 12-16 16-20 20-24
W<sub>i/p</sub> 5824 10749 9898 5931 2873
W<sub>i/q</sub> 6095 10711 11913 9072 4720
理论存留水量 6095 10749 11913 9072 4720
表6
Figure BDA0002836868960000183
Figure BDA0002836868960000191
步骤四、根据实时检测得到的水箱液位计算出水箱的实时存留水量，再在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻根据理论存留水量、实时存留水量和水箱最大储水量计算出水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量。
本步骤计算得到水箱实时存留水量的方法为：
Figure BDA0002836868960000192
Figure BDA0002836868960000193
式(15)中
Figure BDA0002836868960000194
表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，单位为dm，水箱的纵截面面积为700dm2，
Figure BDA0002836868960000195
表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量，单位为L。
式(16)中
Figure BDA0002836868960000196
表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，单位为dm，
Figure BDA0002836868960000197
表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量，单位为L。
本步骤在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻计算水箱在一天不同时间段理论流入水量的方法为：
Wm＝17.4×700＝12180 (17)
Figure BDA0002836868960000198
Figure BDA0002836868960000199
式(17)中Wm表示水箱的最大储水量，单位为L，水箱允许的最高液位为17.4dm，水箱的纵截面面积为700dm2。
式(18)中
Figure BDA00028368689600001910
表示在日期为x的工作日的i时间段的理论流入水量，单位为L。
式(19)中
Figure BDA0002836868960000201
表示在日期为y的休息日的j时间段的理论流入水量，单位为L；Wi、
Figure BDA0002836868960000202
Wj和
Figure BDA0002836868960000203
的含义同前。
本实施例中，9月29日为工作日，在该日各个时间段开始时刻计算的各个时间段的理论流入水量见下表7，10月1日为休息日，在该日各个时间段开始时刻计算的各个时间段的理论流入水量见下表8，如下：
表7
时间段 00-08 08-12 12-16 16-20 20-24
理论存留水量 6095 10749 11913 9072 4720
开始时刻存留水量 4878 7078 6109 6228 7252
最高液位水量 12180 12180 12180 12180 12180
理论流入水量 1217 3671 5804 2844 0
表8
时间段 00-10 10-17 17-24
理论存留水量 4699 7391 3845
开始时刻存留水量 8344 6363 1859
最高液位水量 12180 12180 12180
理论流入水量 0 1028 1986
由上述具体实际数据可知，本发明能够根据用水特征及水箱最低液位计算出在工作日或休息日不同时间段开始时刻的理论存留水量，再结合水箱的实际存留水量和最高液位在工作日或休息日不同时间段的开始时刻计算出该时间段的理论流入水量，并按照计算出的理论流入水量给水箱供水就能实现用定量的方式按需存水，能够有效地减少自来水在水箱中的停留时间，最大限度地降低因自来水在水箱中停留时间过长而导致的微生物指标超标的风险。

Claims (6)

1.一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、根据水箱在工作日或休息日的用水情况将工作日或休息日的一天划分成若干时间段；
步骤二、根据水箱在工作日或休息日最近若干天不同时刻的出口流量数据，计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段的平均流出水量和最大流出水量；
步骤三、根据步骤二的计算结果，计算水箱在工作日或休息日一天内不同时间段开始时刻的理论存留水量；
步骤四、根据实时检测得到的水箱液位计算出水箱的实时存留水量，再在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻根据理论存留水量、实时存留水量和水箱最大储水量计算出水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量；
所述步骤一划分时间段的方法为：根据工作日一天用水高峰低谷情况将工作日一天分成N1个时间段，用i表示工作日一天内不同时间段的顺序数；根据休息日一天用水高峰低谷情况将休息日一天分成N2个时间段，用j表示休息日一天内不同时间段的顺序数；
所述步骤二中计算平均流出水量和最大流出水量的方法为：
S1：获得实时的出口流量数据；
S2：剔除无效的出口流量数据；
S3：根据得到的有效出口流量数据计算各个时间段的流出水量；
S4：计算若干天各个时间段的平均流出水量和最大流出水量；
所述S1中，实时的出口流量数据通过实时监测出口流量得到或通过实时监测得到的进口流量数据和水箱液位数据计算得到，当通过实时监测得到的进口流量数据和水箱液位数据计算得到时，监测得到进口流量数据和水箱液位数据的间隔时间和数据总个数为出口流量数据的间隔时间和数据总个数，其计算方法为：
Figure FDA0003078227680000011
Figure FDA0003078227680000012
式(1)中a表示选用工作日的顺序数，i表示在工作日一天中时间段的顺序数，b表示在i时间段内相应数据的顺序数；
Figure FDA0003078227680000013
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量，
Figure FDA0003078227680000021
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的进口流量，Ha/i/b表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的液位，Ha/i/(b-1)表示Ha/i/b的前一个液位数据，S表示水箱的纵截面面积，t表示相邻两个数据的间隔时间；
式(2)中c表示选用休息日的顺序数，j表示在休息日一天中时间段的顺序数，d表示在j时间段内相应数据的顺序数；
Figure FDA0003078227680000022
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量，
Figure FDA0003078227680000023
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的进口流量，Hc/j/d表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的液位，Hc/j/(d-1)表示Hc/j/d的前一个液位数据，S表示水箱的纵截面面积，t表示两个数据的间隔时间。
2.根据权利要求1所述的一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，其特征在于：所述S3中，计算各个时间段流出水量的方法为：
Figure FDA0003078227680000024
Figure FDA0003078227680000025
式(3)中
Figure FDA0003078227680000026
表示在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，ni表示在工作日i时间段的出口流量数据总个数；
式(4)中
Figure FDA0003078227680000027
表示在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，nj表示在休息日j时间段的出口流量数据总个数。
3.根据权利要求2所述的一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，其特征在于：所述S4中，计算若干天各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure FDA0003078227680000028
Figure FDA0003078227680000029
Figure FDA00030782276800000210
Figure FDA00030782276800000211
式(5)和式(6)中n表示用于统计计算的工作日或休息日的天数，
Figure FDA0003078227680000031
表示最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，
Figure FDA0003078227680000032
表示最近n个休息日在j时间段的平均流出水量；
式(7)和式(8)中
Figure FDA0003078227680000033
表示最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，
Figure FDA0003078227680000034
表示最近n个休息日在j时间段流出水量的最大值，max{}为求最大值的运算符。
4.根据权利要求3所述的一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，其特征在于：所述步骤三中计算水箱在一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
Wi＝max{Wi/p，Wi/q} (9)
Figure FDA0003078227680000035
Figure FDA0003078227680000036
Wj＝max{Wj/p，Wj/q} (12)
Figure FDA0003078227680000037
Figure FDA0003078227680000038
式(9)中Wi表示在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，Wi/p和Wi/q为中间变量，max{}为求最大值的运算符；
式(10)和式(11)中N1表示工作日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(i mod N1+1)表示i时间段的下一个时间段，k1和k2是人为设定的两个参数，k1的范围为0.4-1.0，k2的范围为0.05-0.6，H0是水箱储水允许的最低液位；
式(12)中Wj表示在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，Wj/p和Wj/q为中间变量；
式(13)和式(14)中N2表示休息日一天内时间段的总个数，mod是求余运算符，(j mod N2+1)表示j时间段的下一个时间段，k3和k4是人为设定的两个参数，k3的范围为0.4-1.0，k4的范围为0.05-0.6。
5.根据权利要求4所述的一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，其特征在于：所述步骤四中计算得到水箱实时存留水量的方法为：
Figure FDA0003078227680000041
Figure FDA0003078227680000042
式(15)中
Figure FDA0003078227680000043
表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，S表示水箱的纵截面面积，
Figure FDA0003078227680000044
表示在日期为x的工作日的i时间段开始时刻的实时存留水量；
式(16)中
Figure FDA0003078227680000045
表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，
Figure FDA0003078227680000046
表示在日期为y的休息日的j时间段开始时刻的实时存留水量。
6.根据权利要求5所述的一种二次供水水箱理论流入水量的计算方法，其特征在于：所述步骤四中在工作日或休息日一天各个时间段的开始时刻计算水箱在一天不同时间段理论流入水量的方法为：
Wn＝Hm·S (17)
Figure FDA0003078227680000047
Figure FDA0003078227680000048
式(17)中Wm表示水箱的最大储水量，Hm表示水箱允许的最高液位；
式(18)中
Figure FDA0003078227680000049
表示在日期为x的工作日的i时间段的理论流入水量；
式(19)中
Figure FDA00030782276800000410
表示在日期为y的休息日的j时间段的理论流入水量。
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