CN112667953B - 一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法 - Google Patents

一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，包括：一、计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；二、在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量，并根据理论流入水量控制给各个高位水箱供水；三、计算低位水箱的流出水量和低位水箱在工作日或休息日一天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不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量，并根据理论流入水量控制给低位水箱供水。本发明能有效地降低自来水因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

一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法
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高位水箱和低位水箱的组合供水方法。
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。
水箱被使用的方式有以下三种。第一种：水箱安装在高层建筑的楼顶或中间楼层，城市供水管网系统中的自来水通过泵房内的水泵送至楼顶或中间楼层的水箱，然后再自然流到用户家中；第二种：水箱安装在泵房内，城市供水管网系统中的自来水首先流至泵房内的水箱中，然后通过变频水泵直接加压送到高层用户家中；第三种：水箱安装在两处，一处安装在泵房内，一处安装在高层建筑的楼顶或中间楼层，城市供水管网系统中的自来水首先流至泵房内的水箱中，再通过泵房内的水泵送至楼顶或中间楼层的水箱，然后再自然流到用户家中。安装在高层建筑楼顶或中间楼层的这种水箱又称高位水箱，安装在泵房内的这种水箱又称低位水箱。
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过低水平，水箱自来水中的微生物因而能够快速生长，造成水箱中自来水的微生物指标超标。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。
上述第三种二次供水模式，自来水是靠城市供水管网系统的压力流进低位水箱，靠水泵送至高位水箱的。这种二次供水模式，由于自来水要在高低两个储水设备中停留，更容易出现自来水在储水设备中停留时间过长的情况，从而导致出现微生物指标超标，因此需要同时对自来水在高低两个储水设备中的停留时间进行控制。
为了解决上述技术问题，中国专利公告号为CN110258721B的现有技术在2019年9月20日公开了一种组合式二次供水储水设备的供水方法，该方法根据用户用水的历史数据统计分析得到高位水箱的用水特征，再结合一些实时监测数据计算得到高位水箱在一天不同时间段的进口流量，再据此控制给高位水箱供水；该方法将计算得到的高位水箱在一天不同时间段的进口流量作为低位水箱的出口流量，并以此统计分析得到低位水箱的用水特征，再结合一些实时监测数据计算得到低位水箱在一天不同时间段的进口流量，再据此控制给低位水箱供水。该方法实现了按需供水，有效地减少了自来水在高位水箱和低位水箱中的停留时间。但是在实际使用中，该方法仍然存在如下一些技术问题：
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水箱出水的水箱，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，在计算理论存留水量时如果不考虑水箱的无效体积，则计算得到的理论存留水量将不能满足实际用水的需要，按此控制供水将出现储水不足的问题。
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，不是很贴切。
8)该技术明确出口流量通过出口流量计得到，但是在一些情况下难以在水箱出水管上安装出口流量计，比如超声波流量计都要求被测水管在一定长度范围内无任何接头和弯头，许多出水管都不能满足这个条件，另外对于使用变频水泵控制供水的水箱，出水管通常有多根，这时水箱的出水流量是所有出水管流量的合计，因此需要安装多个出口流量计，既费工又费钱。
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，提供一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，本发明所要解决的技术问题是在满足用水要求的前提下能够更方便更准确地同时控制自来水在低位水箱和多个高位水箱中的停留时间，最大限度地降低自来水因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：
一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，具有一个低位水箱和至少一个高位水箱，在低位水箱的进水管上安装有自动阀门，在每一个高位水箱的进水管上都安装有一个独立的进水水泵；所述的组合供水方法包括以下步骤：
步骤一、控制系统根据实时得到的各个高位水箱的出口流量数据计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的流出水量，再由此计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；
步骤二、在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，控制系统根据各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的实时存留水量、理论存留水量和最大水量计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量，并根据计算得到的理论流入水量控制给各个高位水箱供水；
步骤三、控制系统根据各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量计算低位水箱的流出水量，再由此计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；
步骤四、在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，控制系统根据低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的实时存留水量、理论存留水量和最大水量计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量，并根据计算得到的理论流入水量控制给低位水箱供水。
所述步骤一具体包括以下步骤：
S1：根据高位水箱在工作日或休息日的用水情况统一将工作日或休息日的一天划分成若干时间段；
S2：控制系统通过监测设备获得各个高位水箱实时的出口流量数据，并剔除其中无效的出口流量数据；
S3：控制系统根据得到的各个高位水箱的有效出口流量数据计算各个高位水箱在不同日期各个时间段的流出水量；
S4：控制系统根据S3的计算结果计算各个高位水箱在若干工作日或休息日内不同时间段的平均流出水量和最大流出水量；
S5：控制系统根据S4的计算结果计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量。
所述S1中划分时间段的方法为：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；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S2中获得各个高位水箱实时出口流量数据的方法有两种，第一种方法是通过安装在高位水箱出水管上的出口流量计直接获得高位水箱实时的出口流量数据，第二种方法是通过安装在高位水箱进水管上的进口流量计获得高位水箱实时的进口流量数据以及通过安装在高位水箱内的液位计获得高位水箱实时的液位数据，再以此计算得到高位水箱实时的出口流量数据，得到进口流量数据和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，第二种方法的计算公式为：
Figure BDA0002836124330000051
Figure BDA0002836124330000052
式(1)中r表示高位水箱的顺序数，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 BDA0002836124330000053
表示第r个高位水箱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 BDA0002836124330000054
表示第r个高位水箱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，Hr/a/i/b表示第r个高位水箱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，Hr/a/i/(b-1)表示Hr/a/i/b的前一个液位数据，Sr表示第r个高位水箱的纵截面面积，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 BDA0002836124330000055
表示第r个高位水箱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 BDA0002836124330000056
表示第r个高位水箱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，Hr/c/j/d表示第r个高位水箱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，Hr/c/j/(d-1)表示Hr/c/j/D的前一个液位数据，r、Sr和t的含义同前。
所述S2中剔除无效出口流量数据的方法为：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；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而被剔除，被视为无效的出口流量数据不能用于后期计算。
所述S3中计算各个高位水箱在不同日期各个时间段流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000061
Figure BDA0002836124330000062
式(3)中
Figure BDA0002836124330000063
表示第r个高位水箱在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，ni表示高位水箱在工作日i时间段内出口流量数据的总个数，/>
Figure BDA0002836124330000064
和t的含义同前；
式(4)中
Figure BDA0002836124330000065
表示第r个高位水箱在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，ni表示高位水箱在休息日j时间段内出口流量数据的总个数，/>
Figure BDA0002836124330000066
和t的含义同前。
所述S4中计算各个高位水箱在若干工作日或休息日各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000067
Figure BDA0002836124330000068
Figure BDA0002836124330000069
Figure BDA00028361243300000610
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 BDA00028361243300000611
表示统计第r个高位水箱最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，/>
Figure BDA00028361243300000612
表示统计第r个高位水箱最近n个休息日在j时间段的平均流出水量；
式(7)和式(8)中
Figure BDA00028361243300000613
表示统计第r个高位水箱最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，/>
Figure BDA00028361243300000614
表示统计第r个高位水箱最近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；/>
Figure BDA0002836124330000071
和/>
Figure BDA0002836124330000072
的含义同前。
所述S5中计算各个高位水箱在一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
Wr/i＝max{Wr/i/p，Wr/i/q} (9)
Figure BDA0002836124330000073
Figure BDA0002836124330000074
Wr/j＝max{Wr/j/p，Wr/j/q} (12)
Figure BDA0002836124330000075
Figure BDA0002836124330000076
式(9)中Wr/i表示第r个高位水箱在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，Wr/i/p和Wr/i/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mod是求余运算符，(i mod 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，Hr/0是第r个高位水箱储水允许的最低液位，N1和Sr的含义同前；
式(12)中Wr/j表示第r个高位水箱在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，Wr/j/p和Wr/j/q是为方便计算而设置的中间变量；
式(13)和式(14)中(j mod 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，N2、mod、Hr/0和Sr的含义同前。
所述步骤二具体包括以下步骤：
S(1)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时刻的实时存留水量；
S(2)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时间段的理论流入水量；
S(3)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给高位水箱供水；
S(4)：如果启动给高位水箱供水，确定何时关闭进水水泵。
所述S(1)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时刻实时存留水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000081
Figure BDA0002836124330000082
式(15)中
Figure BDA0002836124330000083
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，/>
Figure BDA0002836124330000084
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量；
式(16)中
Figure BDA0002836124330000085
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，/>
Figure BDA0002836124330000086
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量；Sr的含义同前。
所述S(2)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时间段理论流入水量的方法为：
Wr/m＝Hr/m·Sr (17)
Figure BDA0002836124330000087
Figure BDA0002836124330000088
式(17)中Wr/m表示第r个高位水箱的最大水量，Hr/m表示第r个高位水箱允许的最高液位；
式(18)中
Figure BDA0002836124330000089
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量；
式(19)中
Figure BDA0002836124330000091
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量；Sr、Wr/i、/>
Figure BDA0002836124330000092
Wr/j和/>
Figure BDA0002836124330000093
的含义同前。
所述S(3)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给高位水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据
Figure BDA0002836124330000094
或/>
Figure BDA0002836124330000095
是否等于零来确定该时间段是否给高位水箱供水，如果/>
Figure BDA0002836124330000096
或/>
Figure BDA0002836124330000097
等于0，控制系统向安装在第r个高位水箱进水管上的进水水泵发出关闭的控制信号指令，如果/>
Figure BDA0002836124330000098
或/>
Figure BDA0002836124330000099
不等于0，控制系统向安装在第r个高位水箱进水管上的进水水泵发出开启的控制信号指令。
所述S(4)中确定何时关闭进水水泵的方法为：一个进水水泵开启后，由相应进口流量计实时检测该高位水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该高位水箱在该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与该高位水箱在该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于相应的理论流入水量时控制系统向该进水水泵发出关闭的控制信号指令，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
Figure BDA00028361243300000910
Figure BDA00028361243300000911
Figure BDA00028361243300000912
Figure BDA00028361243300000913
式(20)中
Figure BDA00028361243300000914
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，/>
Figure BDA00028361243300000915
表示实时检测得到的第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量；
式(21)中
Figure BDA00028361243300000916
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，/>
Figure BDA00028361243300000917
表示实时检测得到的第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量；t的含义同前。
所述步骤三具体包括以下步骤：
Step1：按照高位水箱划分时间段的规则同样划分低位水箱在工作日或休息日一天的时间段；
Step2：根据各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量计算低位水箱的流出水量；
Step3：根据Step2的计算结果计算低位水箱在若干工作日或休息日内各个时间段的平均流出水量和最大流出水量；
Step4：根据Step 3的计算结果计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量。
所述Step1中划分低位水箱时间段的方法为：将低位水箱工作日一天分成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；将低位水箱休息日一天分成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Step2中计算低位水箱的流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000101
Figure BDA0002836124330000102
式(24)中
Figure BDA0002836124330000103
表示低位水箱在工作日日期顺序为x时间段顺序为i的流出水量，N表示高位水箱的总个数，/>
Figure BDA0002836124330000104
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量；
式(25)中
Figure BDA0002836124330000105
表示低位水箱在休息日日期顺序为y时间段顺序为j的流出水量，
Figure BDA0002836124330000106
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量。
所述Step3中计算低位水箱在若干工作日或休息日内各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000107
Figure BDA0002836124330000108
Figure BDA0002836124330000109
Figure BDA0002836124330000111
式(26)和式(27)中n表示用于统计计算的工作日或休息日的天数，
Figure BDA0002836124330000112
表示统计低位水箱最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，/>
Figure BDA0002836124330000113
表示统计低位水箱最近n个休息日在j时间段的平均流出水量；
式(28)和式(29)中
Figure BDA0002836124330000114
表示统计低位水箱最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，/>
Figure BDA0002836124330000115
表示统计低位水箱最近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；/>
Figure BDA0002836124330000116
和/>
Figure BDA0002836124330000117
的含义同前。
所述Step4中计算低位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} (30)
Figure BDA0002836124330000118
Figure BDA0002836124330000119
Wj＝max{Wj/p，Wj/q} (33)
Figure BDA00028361243300001110
Figure BDA00028361243300001111
式(30)中Wi表示低位水箱在工作日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(31)和式(32)中N1表示低位水箱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，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是低位水箱储水允许的最低液位，S表示低位水箱的纵截面面积；
式(33)中Wj表示低位水箱在休息日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(34)和式(35)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，kA的范围为0.05-0.6。
所述步骤四具体包括以下步骤：
Step(1)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时刻的实时存留水量；
Step(2)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时间段的理论流入水量；
Step(3)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给低位水箱供水；
Step(4)：如果启动给低位水箱供水，确定何时关闭自动阀门。
所述Step(1)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时刻实时存留水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000121
Figure BDA0002836124330000122
式(36)中
Figure BDA0002836124330000123
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，S表示低位水箱的纵截面面积，/>
Figure BDA0002836124330000124
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量；
式(37)中
Figure BDA0002836124330000125
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，
Figure BDA0002836124330000126
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量。
所述Step(2)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时间段理论流入水量的方法为：
Wm＝Hm·S (38)
Figure BDA0002836124330000127
Figure BDA0002836124330000131
式(38)中Wm表示低位水箱的最大水量，Hm表示低位水箱允许的最高液位；
式(39)中
Figure BDA0002836124330000132
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量；
式(40)中
Figure BDA0002836124330000133
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量；S、Wi、/>
Figure BDA0002836124330000134
Wj和/>
Figure BDA0002836124330000135
的含义同前。
所述Step(3)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给低位水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据
Figure BDA0002836124330000136
或/>
Figure BDA0002836124330000137
是否等于零来确定是否给低位水箱供水，如果/>
Figure BDA0002836124330000138
或/>
Figure BDA0002836124330000139
等于0，控制系统向低位水箱的自动阀门发出关闭的控制信号指令，如果/>
Figure BDA00028361243300001310
或/>
Figure BDA00028361243300001311
不等于0，控制系统向低位水箱的自动阀门发出开启的控制信号指令。
所述Step(4)中确定何时关闭自动阀门的方法为：自动阀门开启后，由进口流量计实时检测低位水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次低位水箱在该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与低位水箱在该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于理论流入水量时控制系统向低位水箱的自动阀门发出关闭的控制信号指令，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
Figure BDA00028361243300001312
Figure BDA00028361243300001313
Figure BDA00028361243300001314
Figure BDA00028361243300001315
式(41)中
Figure BDA00028361243300001316
表示在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，/>
Figure BDA00028361243300001317
表示实时检测得到的在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量，t表示两个相邻进口流量数据的间隔时间；
式(42)中
Figure BDA0002836124330000141
表示在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000142
表示实时检测得到的在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量。
采用本发明的优点在于：
1、本发明适用于高位水箱和低位水箱联合供水模式下用定量的方式控制按需供水，能够有效地减少自来水在高位水箱和低位水箱中的停留时间，最大限度地降低因自来水在高位水箱和低位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。
9、本发明对于出口流量给出了两种获取方法，其中通过进口流量数据和液位数据计算出口流量的方法对于不方便监测水箱出口流量的情况具有重要的意义。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明的功能示意图。
图中标记为：1、智能控制器，2、自动阀门，3、流量计C，4、低位水箱，5、液位计C，6、进水水泵A，7、进水水泵B，8、流量计A，9、流量计B，10、高位水箱A，11、高位水箱B，12、液位计A，13、液位计B，14、远程控制器，15、数据采集模块，16、数据存储模块，17、数据处理模块，18、通讯模块，19、控制模块。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，如图1、2所示，所述的装置或设备包括控制系统、一低位水箱4和至少一高位水箱，在低位水箱4的进水端设有自动阀门2和流量计，在每一高位水箱的进水端设有进水水泵和流量计，在低位水箱4内和每一高位水箱内均设置有液位计；所述控制系统包括智能控制器1和远程控制器14，智能控制器1包括数据采集模块15、数据存储模块16、数据处理模块17、通讯模块18和控制模块19，数据采集模块15分别与数据处理模块17、所有的液位计和所有的流量计连接，数据处理模块17分别与数据采集模块15、数据存储模块16、通讯模块18和控制模块19连接，通讯模块18分别与远程控制器14和数据处理模块17连接，控制模块19分别与数据处理模块17、所有进水水泵和自动阀门2连接。流量计、液位计、进水水泵和自动阀门2均为现有市售常规产品，智能控制器1为自制的控制电路板，远程控制器14为一台研华科技生产的IPC-610L工控机。
为了便于说明，本实施例优选包括两个高位水箱，如图1所示，且为了便于区分，将两个高位水箱分别设为高位水箱A10和高位水箱B11，将流量计分别设为流量计A8、流量计B9和流量计C3，将液位计分别设为液位计A12、液位计B13和液位计C5，将进水水泵分别设为进水水泵A6和进水水泵B7。具体的，流量计A8和流量计B9分别安装于高位水箱A10和高位水箱B11的进水管上，流量计C3安装于低位水箱4的进水管上，每个流量计每分钟获得一个流量数据，单位为L/min，并将数据实时传输到智能控制器1；液位计A12和液位计B13分别安装于高位水箱A10和高位水箱B11的内部，液位计C5安装于低位水箱4的内部，每个液位计每分钟获得一个液位数据，单位为dm，并将数据实时传输到智能控制器1；进水水泵A6和进水水泵B7分别安装于高位水箱A10和高位水箱B11的进水管上，能接受智能控制器1发送的开启或关闭的控制信号指令并按控制信号指令开关相应进水水泵；自动阀门2安装于低位水箱4进水管上，能接受智能控制器1发送的开启或关闭的控制信号指令并按控制信号指令开关自动阀门2；智能控制器1安装在二次供水设施旁，智能控制器1具有数据采集、数据存储、数据处理、接收数据及指令、发送数据及指令的功能，具体如图2所示；远程控制器14安装在二次供水管理中心，用于向智能控制器1发送软件升级版本数据及升级指令，向智能控制器1发送各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令，向智能控制器1发出强制性开启或关闭进水水泵或自动阀门2的控制信号指令，接收智能控制器1存储的所有数据及报警信号。
在本实施例中，智能控制器1的数据采集功能是通过智能控制器1中的数据采集模块15实现的，数据采集模块15实时采集各个水箱的流量数据和液位数据。
智能控制器1的数据存储功能是通过智能控制器1中的数据存储模块16实现的，数据存储模块16能够将数据采集模块15实时采集到的各个水箱的流量数据和存留水量数据存储下来，能够将数据处理模块17的计算结果存储下来，能够将通讯模块18接收到的软件升级版本数据及升级指令存储下来，能够将通讯模块18接收到的各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令存储下来，能够将控制模块19发出的控制信号指令存储下来。
智能控制器1的处理数据功能是通过智能控制器1中的数据处理模块17实现的，数据处理模块17与其它各个模块连接，起到管理中心的作用，同时能够进行各种计算并根据计算结果发出相应的命令。
智能控制器1的接收数据及指令功能是通过智能控制器1中的通讯模块18实现的，通讯模块18通过无线传输方式接收远程控制器14发送的软件升级版本数据及升级指令、各种需要人为设置的参数数据及其更改参数指令、开启或关闭进水水泵或自动阀门2的控制信号指令。
智能控制器1的发送控制信号指令功能是通过智能控制器1中的控制模块19实现的，控制模块19在接收到数据处理模块17的控制信号指令后能够向进水水泵或自动阀门2发送开启或关闭的控制信号指令。
具体的，所述的组合供水方法包括以下步骤：
步骤一、控制系统根据实时得到的各个高位水箱的出口流量数据计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的流出水量，再由此计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量。
步骤一的具体实施包括以下步骤：
S1：根据高位水箱在工作日或休息日的用水情况统一将工作日或休息日的一天划分成若干时间段。
S2：控制系统通过监测设备获得各个高位水箱实时的出口流量数据，并剔除其中无效的出口流量数据。
S3：控制系统根据得到的各个高位水箱的有效出口流量数据计算各个高位水箱在不同日期各个时间段的流出水量。
S4：控制系统根据S3的计算结果计算各个高位水箱在若干工作日或休息日内不同时间段的平均流出水量和最大流出水量。
S5：控制系统根据S4的计算结果计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量。
所述S1中划分时间段的方法为：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；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。
所述S2中获得各个高位水箱实时出口流量数据的方法有两种，第一种方法是通过安装在高位水箱出水管上的出口流量计直接获得高位水箱实时的出口流量数据，此时可设定获得的第r个高位水箱在工作日日期顺序为a时间段顺序为i数据顺序为b的出口流量为
Figure BDA0002836124330000181
以及设定获得的第r个高位水箱在休息日日期顺序为c时间段顺序为j数据顺序为d的出口流量为/>
Figure BDA0002836124330000182
第二种方法是通过安装在高位水箱进水管上的进口流量计获得高位水箱实时的进口流量数据以及通过安装在高位水箱内的液位计获得高位水箱实时的液位数据，再以此计算得到高位水箱实时的出口流量数据，得到进口流量数据和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，第二种方法的计算公式为：
Figure BDA0002836124330000183
Figure BDA0002836124330000184
式(1)中r表示高位水箱的顺序数，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 BDA0002836124330000185
表示第r个高位水箱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 BDA0002836124330000186
表示第r个高位水箱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，Hr/a/i/b表示第r个高位水箱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，Hr/a/i/(b-1)表示Hr/a/i/b的前一个液位数据，Sr表示第r个高位水箱的纵截面面积，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 BDA0002836124330000187
表示第r个高位水箱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 BDA0002836124330000188
表示第r个高位水箱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，Hr/c/j/d表示第r个高位水箱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，Hr/c/j/(d-1)表示Hr/c/j/d的前一个液位数据，r、Sr和t的含义同前。
所述S2中剔除无效出口流量数据的方法为：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；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而被剔除，被视为无效的出口流量数据不能用于后期计算。
所述S3中计算各个高位水箱在不同日期各个时间段流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000191
Figure BDA0002836124330000192
式(3)中
Figure BDA0002836124330000193
表示第r个高位水箱在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，ni表示高位水箱在工作日i时间段内出口流量数据的总个数，/>
Figure BDA0002836124330000194
和t的含义同前。
式(4)中
Figure BDA0002836124330000195
表示第r个高位水箱在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，nj表示高位水箱在休息日j时间段内出口流量数据的总个数，/>
Figure BDA0002836124330000196
和t的含义同前。
所述S4中计算各个高位水箱在若干工作日或休息日各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000197
Figure BDA0002836124330000198
Figure BDA0002836124330000199
Figure BDA00028361243300001910
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 BDA00028361243300001911
表示统计第r个高位水箱最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，/>
Figure BDA00028361243300001912
表示统计第r个高位水箱最近n个休息日在j时间段的平均流出水量。
式(7)和式(8)中
Figure BDA00028361243300001913
表示统计第r个高位水箱最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，/>
Figure BDA0002836124330000201
表示统计第r个高位水箱最近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；/>
Figure BDA0002836124330000202
和/>
Figure BDA0002836124330000203
的含义同前。/>
所述S5中计算各个高位水箱在一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
Wr/i＝max{Wr/i/p，Wr/i/q} (9)
Figure BDA0002836124330000204
Figure BDA0002836124330000205
Wr/j＝max{Wr/j/p，Wr/j/q} (12)
Figure BDA0002836124330000206
Figure BDA0002836124330000207
式(9)中Wr/i表示第r个高位水箱在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，Wr/i/p和Wr/i/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mod是求余运算符，(i mod 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，Hr/0是第r个高位水箱储水允许的最低液位，N1和Sr的含义同前。
式(12)中Wr/j表示第r个高位水箱在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，Wr/j/p和Wr/j/q是为方便计算而设置的中间变量。
式(13)和式(14)中(j mod 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kA是人为设定的两个参数，k3的范围为0.4-1.0，kA的范围为0.05-0.6，N2、mod、Hr/0和Sr的含义同前。
步骤二、在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，控制系统根据各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的实时存留水量、理论存留水量和高位水箱的最大水量计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量，并根据计算得到的理论流入水量控制给各个高位水箱供水。
步骤二的具体实施包括以下步骤：
S(1)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时刻的实时存留水量。
S(2)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时间段的理论流入水量。
S(3)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给高位水箱供水。
S(4)：如果启动给高位水箱供水，确定何时关闭进水水泵。
所述S(1)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时刻实时存留水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000211
Figure BDA0002836124330000212
式(15)中
Figure BDA0002836124330000213
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，/>
Figure BDA0002836124330000214
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量。
式(16)中
Figure BDA0002836124330000215
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，/>
Figure BDA0002836124330000216
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量；Sr的含义同前。
所述S(2)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时间段理论流入水量的方法为：
Wr/m＝Hr/m·Sr (17)
Figure BDA0002836124330000217
Figure BDA0002836124330000218
式(17)中Wr/m表示第r个高位水箱的最大水量，Hr/m表示第r个高位水箱允许的最高液位。
式(18)中
Figure BDA0002836124330000221
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量。
式(19)中
Figure BDA0002836124330000222
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量；Sr、Wr/i、/>
Figure BDA0002836124330000223
Wr/j和/>
Figure BDA0002836124330000224
的含义同前。
所述S(3)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给高位水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据
Figure BDA0002836124330000225
或/>
Figure BDA0002836124330000226
是否等于零来确定该时间段是否给高位水箱供水，如果/>
Figure BDA0002836124330000227
或/>
Figure BDA0002836124330000228
等于0，控制系统向安装在第r个高位水箱进水管上的进水水泵发出关闭的控制信号指令，如果/>
Figure BDA0002836124330000229
或/>
Figure BDA00028361243300002210
不等于0，控制系统向安装在第r个高位水箱进水管上的进水水泵发出开启的控制信号指令。
所述S(4)中确定何时关闭进水水泵的方法为：一个进水水泵开启后，由相应进口流量计实时检测该高位水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该高位水箱在该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与该高位水箱在该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于相应的理论流入水量时控制系统向该进水水泵发出关闭的控制信号指令，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
Figure BDA00028361243300002211
Figure BDA00028361243300002212
/>
Figure BDA00028361243300002213
Figure BDA00028361243300002214
式(20)中
Figure BDA00028361243300002215
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，/>
Figure BDA00028361243300002216
表示实时检测得到的第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量。
式(21)中
Figure BDA0002836124330000231
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000232
表示实时检测得到的第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量；t的含义同前。
步骤三、控制系统根据各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量计算低位水箱的流出水量，再由此计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量。
步骤二的具体实施包括以下步骤：
Step1：按照高位水箱划分时间段的规则同样划分低位水箱在工作日或休息日一天的时间段。
Step2：根据各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量计算低位水箱的流出水量。
Step3：根据Step2的计算结果计算低位水箱在若干工作日或休息日内各个时间段的平均流出水量和最大流出水量。
Step4：根据Step 3的计算结果计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量。
所述Step1中划分低位水箱时间段的方法为：将低位水箱工作日一天分成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；将低位水箱休息日一天分成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。
所述Step2中计算低位水箱的流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000233
Figure BDA0002836124330000234
式(24)中
Figure BDA0002836124330000235
表示低位水箱在工作日日期顺序为x时间段顺序为i的流出水量，N表示高位水箱的总个数，/>
Figure BDA0002836124330000236
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量。
式(25)中
Figure BDA0002836124330000237
表示低位水箱在休息日日期顺序为y时间段顺序为j的流出水量，/>
Figure BDA0002836124330000241
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量。
所述Step3中计算低位水箱在若干工作日或休息日内各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000242
Figure BDA0002836124330000243
Figure BDA0002836124330000244
Figure BDA0002836124330000245
式(26)和式(27)中n表示用于统计计算的工作日或休息日的天数，
Figure BDA0002836124330000246
表示统计低位水箱最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，/>
Figure BDA0002836124330000247
表示统计低位水箱最近n个休息日在j时间段的平均流出水量。
式(28)和式(29)中
Figure BDA0002836124330000248
表示统计低位水箱最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，/>
Figure BDA0002836124330000249
表示统计低位水箱最近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；/>
Figure BDA00028361243300002410
和/>
Figure BDA00028361243300002411
的含义同前。
所述Step4中计算低位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} (30)
Figure BDA00028361243300002412
Figure BDA00028361243300002413
Wj＝max{Wj/p，Wj/q} (33)
Figure BDA00028361243300002414
Figure BDA00028361243300002415
式(30)中Wi表示低位水箱在工作日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(31)和式(32)中N1表示低位水箱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，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是低位水箱储水允许的最低液位，S表示低位水箱的纵截面面积。
式(33)中Wj表示低位水箱在休息日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(34)和式(35)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kA是人为设定的两个参数，k3的范围为0.4-1.0，kA的范围为0.05-0.6。
步骤四、在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，控制系统根据低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的实时存留水量、理论存留水量和低位水箱的最大水量计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量，并根据计算得到的理论流入水量控制给低位水箱供水。
步骤四的具体实施包括以下步骤：
Step(1)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时刻的实时存留水量。
Step(2)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时间段的理论流入水量。
Step(3)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给低位水箱供水。
Step(4)：如果启动给低位水箱供水，确定何时关闭自动阀门。
所述Step(1)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时刻实时存留水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000251
Figure BDA0002836124330000252
式(36)中
Figure BDA0002836124330000253
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，S表示低位水箱的纵截面面积，/>
Figure BDA0002836124330000261
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量。
式(37)中
Figure BDA0002836124330000262
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，
Figure BDA0002836124330000263
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量。
所述Step(2)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时间段理论流入水量的方法为：
Wm＝Hm·S (38)
Figure BDA0002836124330000264
Figure BDA0002836124330000265
式(38)中Wm表示低位水箱的最大水量，Hm表示低位水箱允许的最高液位；
式(39)中
Figure BDA0002836124330000266
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量。
式(40)中
Figure BDA0002836124330000267
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量；S、Wi、/>
Figure BDA0002836124330000268
Wj和/>
Figure BDA0002836124330000269
的含义同前。
所述Step(3)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给低位水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据
Figure BDA00028361243300002610
或/>
Figure BDA00028361243300002611
是否等于零来确定是否给低位水箱供水，如果/>
Figure BDA00028361243300002612
或/>
Figure BDA00028361243300002613
等于0，控制系统向低位水箱的自动阀门发出关闭的控制信号指令，如果/>
Figure BDA00028361243300002614
或/>
Figure BDA00028361243300002615
不等于0，控制系统向低位水箱的自动阀门发出开启的控制信号指令。
所述Step(4)中确定何时关闭自动阀门的方法为：自动阀门开启后，由进口流量计实时检测低位水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次低位水箱在该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与低位水箱在该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于理论流入水量时控制系统向低位水箱的自动阀门发出关闭的控制信号指令，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
Figure BDA0002836124330000271
Figure BDA0002836124330000272
Figure BDA0002836124330000273
Figure BDA0002836124330000274
式(41)中
Figure BDA0002836124330000275
表示在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000276
表示实时检测得到的在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量，t表示两个相邻进口流量数据的间隔时间。
式(42)中
Figure BDA0002836124330000277
表示在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000278
表示实时检测得到的在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量。
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：
设定某高位水箱A的容积为35×20×20＝14000dm3，水箱纵截面积为700dm2，水箱储水允许的最低液位为2.0dm，水箱储水允许的最高液位为17.4dm；高位水箱B的容积为40×20×20＝16000dm3，水箱纵截面积为800dm2，水箱储水允许的最低液位为2.0dm，水箱储水允许的最高液位为18dm；低位水箱的容积为55×30×20＝33000dm3，水箱纵截面积为1650dm2，水箱储水允许的最低液位为2.5dm，水箱储水允许的最高液位为18dm。
具体的，所述步骤一S1中划分时间段的方法为：将工作日一天分成如下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。
所述步骤一S2中获得各个高位水箱实时出口流量数据的方法为：通过安装在两个高位水箱各自进水管上的流量计实时监测得到两个高位水箱的进口流量数据，通过安装在两个高位水箱内的液位计实时监测得到两个高位水箱的液位数据，由此计算得到两个高位水箱实时的出口流量数据，相邻两个出口流量数据的间隔时间为1min，在工作日一天不同时间段出口流量数据的总个数分别为480、240、240、240、240，在休息日一天不同时间段出口流量数据的总个数分别为600、420、420；根据进口流量数据和液位数据计算出口流量数据的具体方法为：
Figure BDA0002836124330000281
Figure BDA0002836124330000282
Figure BDA0002836124330000283
Figure BDA0002836124330000284
式(1)中
Figure BDA0002836124330000285
表示高位水箱A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 BDA0002836124330000286
表示高位水箱A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，H1/a/i/b表示高位水箱A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，H1/a/i/(b-1)表示H1/a/i/b的前一个液位数据，高位水箱A的纵截面积为700dm2，相邻两个数据的间隔时间为1min，/>
Figure BDA0002836124330000287
表示高位水箱B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 BDA0002836124330000288
表示高位水箱B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，H2/a/i/b表示高位水箱B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，H2/a/i/(b-1)表示H2/a/i/b的前一个液位数据，高位水箱B的纵截面积为800dm2。
式(2)中
Figure BDA0002836124330000289
表示高位水箱A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 BDA00028361243300002810
表示高位水箱A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，H1/c/j/d表示高位水箱A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，H1/c/j/(d-1)表示H1/c/j/d的前一个液位数据，/>
Figure BDA0002836124330000291
表示高位水箱B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 BDA0002836124330000292
表示高位水箱B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，H2/c/j/d表示高位水箱B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，H2/c/j/(d-1)表示H2/c/j/d的前一个液位数据；出口流量和进口流量的单位均为L/min，流出水量的单位均为L，液位的单位均为dm。
所述步骤一S2中剔除无效出口流量数据的方法为：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；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而被剔除，被视为无效的出口流量数据不能用于后期计算。
本实施例从2020年9月19日开始统计计算两个高位水箱的出口流量，没有出现数据不完整而被剔除的情况。
所述步骤一S3中计算各个高位水箱不同日期各个时间段流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000293
Figure BDA0002836124330000294
Figure BDA0002836124330000295
Figure BDA0002836124330000296
式(3)中
Figure BDA0002836124330000297
表示高位水箱A在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，
Figure BDA0002836124330000298
表示高位水箱B在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，ni表示高位水箱在工作日i时间段内出口流量数据的总个数。
式(4)中
Figure BDA0002836124330000301
表示高位水箱A在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，
Figure BDA0002836124330000302
表示高位水箱B在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，nj表示高位水箱在休息日j时间段内出口流量数据的总个数；流出水量单位均为L，/>
Figure BDA0002836124330000303
和/>
Figure BDA0002836124330000304
的含义同前。
所述步骤一S4中计算各个高位水箱若干工作日或休息日各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000305
Figure BDA0002836124330000306
Figure BDA0002836124330000307
Figure BDA0002836124330000308
Figure BDA0002836124330000309
Figure BDA00028361243300003010
Figure BDA00028361243300003011
Figure BDA00028361243300003012
式(5)中
Figure BDA00028361243300003013
表示统计高位水箱A最近10个工作日在i时间段的平均流出水量，
Figure BDA00028361243300003014
表示统计高位水箱B最近10个工作日在i时间段的平均流出水量。/>
式(6)中
Figure BDA00028361243300003015
表示统计高位水箱A最近11个休息日在j时间段的平均流出水量，
Figure BDA00028361243300003016
表示统计高位水箱B最近11个休息日在j时间段的平均流出水量。
式(7)中
Figure BDA00028361243300003017
表示统计高位水箱A最近10个工作日在i时间段流出水量的最大值，/>
Figure BDA00028361243300003018
表示统计高位水箱B最近10个工作日在i时间段流出水量的最大值，max{}为求最大值的运算符。
式(8)中
Figure BDA0002836124330000311
表示统计高位水箱A最近11个休息日在j时间段流出水量的最大值，/>
Figure BDA0002836124330000312
表示统计高位水箱B最近11个休息日在j时间段流出水量的最大值；平均流出水量和最大流出水量的单位为均为L；/>
Figure BDA0002836124330000313
Figure BDA0002836124330000314
的含义同前。
本实施例中，10月10日统计计算得到的高位水箱A在工作日不同时间段平均流出水量和最大流出水量的结果见表1，高位水箱B在工作日不同时间段平均流出水量和最大流出水量的结果见表2，10月11日统计计算得到的高位水箱A在休息日不同时间段平均流出水量和最大流出水量的结果见表3，高位水箱B在休息日不同时间段平均流出水量和最大流出水量的结果见表4。
表1
工作日时间段 00-08 08-12 12-16 16-20 20-24
平均流出水量 1314 5628 5375 3476 1113
最大流出水量 3220 8068 7556 4489 2601
理论存留水量 6654 10791 9304 6000 4132
实际存留水量 3672 6858 6006 5213 2866
理论流入水量 2982 3933 3298 787 1266
表2
工作日时间段 00-08 08-12 12-16 16-20 20-24
平均流出水量 3719 7234 7858 6008 2349
最大流出水量 6297 8711 10840 9137 3439
理论存留水量 10383 14335 13664 10972 6552
实际存留水量 6378 9346 8080 8388 7210
理论流入水量 4005 4989 5584 2584 0
表3
Figure BDA0002836124330000315
/>
Figure BDA0002836124330000321
表4
休息日时间段 00-10 10-17 17-24
平均流出水量 3872 4534 4151
最大流出水量 7122 7132 7004
理论存留水量 8975 8947 8791
实际存留水量 6943 7817 6593
理论流入水量 2032 1130 2198
所述步骤一S5中计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
W1/i＝max{W1/i/p，W1/i/q} (9)
W2/i＝max{W2/i/p，W2/i/q} (9)
Figure BDA0002836124330000322
Figure BDA0002836124330000323
Figure BDA0002836124330000324
Figure BDA0002836124330000325
W1/j＝max{W1/j/p，W1/j/q} (12)
W2/j＝max{W2/j/p，W2/j/q} (12)
Figure BDA0002836124330000326
Figure BDA0002836124330000327
Figure BDA0002836124330000328
Figure BDA0002836124330000329
式(9)中W1/i表示高位水箱A在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，W2/i表示高位水箱B在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，W1/i/p、W1/i/q、W2/i/p、W2/i/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mod是求余运算符，(i mod 5+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，0.7和0.1是人为设定的两个参数，高位水箱A和高位水箱B储水允许的最低液位均为2.0dm，高位水箱A的纵截面积为700dm2，高位水箱B的纵截面积为800dm2。
式(12)中W1/j表示高位水箱A在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，W2/j表示高位水箱B在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，W1/j/p、W1/j/q、W2/j/p、W2/j/q是为方便计算而设置的中间变量。
式(13)和式(14)中(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，0.7和0.1是人为设定的两个参数。
本实施例中，10月10日统计计算得到的高位水箱A在工作日一天不同时间段开始时刻理论存留水量的结果见表1，高位水箱B在工作日一天不同时间段开始时刻理论存留水量的结果见表2，10月11日统计计算得到的高位水箱A在休息日一天不同时间段开始时刻理论存留水量的结果见表3，高位水箱B在休息日一天不同时间段开始时刻理论存留水量的结果见表4。
所述步骤二S(1)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时刻实时存留水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000331
Figure BDA0002836124330000332
Figure BDA0002836124330000333
Figure BDA0002836124330000334
式(15)中
Figure BDA0002836124330000335
表示高位水箱A在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，/>
Figure BDA0002836124330000341
表示高位水箱B在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，/>
Figure BDA0002836124330000342
表示高位水箱A在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量，/>
Figure BDA0002836124330000343
表示高位水箱B在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量。
式(16)中
Figure BDA0002836124330000344
表示高位水箱A在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，/>
Figure BDA0002836124330000345
表示高位水箱B在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，/>
Figure BDA0002836124330000346
表示高位水箱A在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量，/>
Figure BDA0002836124330000347
表示高位水箱B在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量。
本实施例中，10月10日统计计算得到的高位水箱A在工作日一天不同时间段的开始时刻实际存留水量的结果见表1，高位水箱B在工作日一天不同时间段的开始时刻实际存留水量的结果见表2，10月11日统计计算得到的高位水箱A在休息日一天不同时间段的开始时刻实际存留水量的结果见表3，高位水箱B在休息日一天不同时间段的开始时刻实际存留水量的结果见表4。
所述步骤二S(2)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时间段理论流入水量的方法为：
W1/m＝17.4×700＝12180 (17)
W2/m＝18×800＝14400 (17)
Figure BDA0002836124330000348
Figure BDA0002836124330000349
Figure BDA00028361243300003410
Figure BDA0002836124330000351
式(17)中W1/m表示高位水箱A的最大水量，W2/m表示高位水箱B的最大水量，高位水箱A允许的最高液位为17.4dm，高位水箱B允许的最高液位为18dm。
式(18)中
Figure BDA0002836124330000352
表示高位水箱A在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000353
表示高位水箱B在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量。
式(19)中
Figure BDA0002836124330000354
表示高位水箱A在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000355
表示高位水箱B在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量。
本实施例中，10月10日统计计算得到的高位水箱A在工作日一天不同时间段的开始时刻理论流入水量的结果见表1，高位水箱B在工作日一天不同时间段的开始时刻理论流入水量的结果见表2，10月11日统计计算得到的高位水箱A在休息日一天不同时间段的开始时刻理论流入水量的结果见表3，高位水箱B在休息日一天不同时间段的开始时刻理论流入水量的结果见表4。
所述步骤二S(3)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给高位水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据该时间段的理论流入水量是否等于零来确定该时间段是否给高位水箱供水，如果该时间段的理论流入水量等于0，控制系统向安装在相应高位水箱进水管上的进水水泵发出关闭的控制信号指令，如果该时间段的理论流入水量不等于0，控制系统向安装在相应高位水箱进水管上的进水水泵发出开启的控制信号指令。
本实施例中，高位水箱B在10月10日最后一个时间段的理论流入水量为零，故控制系统在10月10日08:00向高位水箱B的进水水泵发出关闭的控制信号指令。在其它所有时间段的开始时刻，控制系统都发出开启进水水泵的控制信号指令。
所述步骤二S(4)中确定何时关闭进水水泵的方法为：一个进水水泵开启后，由相应进口流量计实时检测该高位水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该高位水箱在该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与该高位水箱在该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于相应的理论流入水量时控制系统向该进水水泵发出关闭的控制信号指令，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
Figure BDA0002836124330000361
Figure BDA0002836124330000362
Figure BDA0002836124330000363
Figure BDA0002836124330000364
Figure BDA0002836124330000365
Figure BDA0002836124330000366
Figure BDA0002836124330000367
Figure BDA0002836124330000368
式(20)中
Figure BDA0002836124330000369
表示高位水箱A在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，/>
Figure BDA00028361243300003610
表示高位水箱B在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，/>
Figure BDA00028361243300003611
表示实时检测得到的高位水箱A在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量，/>
Figure BDA00028361243300003612
表示实时检测得到的高位水箱B在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量。
式(21)中
Figure BDA00028361243300003613
表示高位水箱A在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，/>
Figure BDA00028361243300003614
表示高位水箱B在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，/>
Figure BDA00028361243300003615
表示实时检测得到的高位水箱A在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量，/>
Figure BDA00028361243300003616
表示实时检测得到的高位水箱B在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量。
所述步骤三Step1中划分低位水箱时间段的方法为：将工作日一天分成如下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。
所述步骤三Step2中计算低位水箱流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000371
Figure BDA0002836124330000372
式(24)中
Figure BDA0002836124330000373
表示低位水箱在工作日日期顺序为x时间段顺序为i的流出水量，高位水箱的总个数N为2，/>
Figure BDA0002836124330000374
表示高位水箱A在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000375
表示高位水箱B在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量。
式(25)中
Figure BDA0002836124330000376
表示低位水箱在休息日日期顺序为y时间段顺序为j的流出水量，
Figure BDA0002836124330000377
表示高位水箱A在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000378
表示高位水箱B在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量。
本实施例从10月10日开始计算低位水箱的流出水量。
所述步骤三Step3中计算低位水箱在若干工作日或休息日内各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000379
Figure BDA00028361243300003710
Figure BDA00028361243300003711
Figure BDA00028361243300003712
式(26)和式(27)中
Figure BDA00028361243300003713
表示统计低位水箱最近10个工作日在i时间段的平均流出水量，/>
Figure BDA0002836124330000381
表示统计低位水箱最近10个休息日在j时间段的平均流出水量。
式(28)和式(29)中
Figure BDA0002836124330000382
表示统计低位水箱最近10个工作日在i时间段流出水量的最大值，/>
Figure BDA0002836124330000383
表示统计低位水箱最近10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；/>
Figure BDA0002836124330000384
和/>
Figure BDA0002836124330000385
的含义同前。
所述步骤三Step4中计算低位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} (30)
Figure BDA0002836124330000386
Figure BDA0002836124330000387
Wj＝max{Wj/p，Wj/q} (33)
Figure BDA0002836124330000388
Figure BDA0002836124330000389
式(30)中Wi表示低位水箱在工作日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(31)和式(32)中低位水箱工作日一天内时间段的总个数为5，mod是求余运算符，(i mod 5+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，0.8和0.2是人为设定的两个参数，低位水箱储水允许的最低液位为2.5dm，低位水箱的纵截面积为1650dm2。
式(33)中Wj表示低位水箱在休息日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(34)和式(35)中休息日一天内时间段的总个数为3，mod是求余运算符，(j mod3+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，0.8和0.2是人为设定的两个参数。
所述步骤四Step(1)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时刻实时存留水量的方法为：
Figure BDA0002836124330000391
Figure BDA0002836124330000392
式(36)中
Figure BDA0002836124330000393
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，低位水箱的纵截面积为1650dm2，/>
Figure BDA0002836124330000394
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量。
式(37)中
Figure BDA0002836124330000395
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，
Figure BDA0002836124330000396
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量。
所述步骤四Step(2)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时间段理论流入水量的方法为：
Wm＝18×1650＝29700 (38)
Figure BDA0002836124330000397
Figure BDA0002836124330000398
式(38)中Wm表示低位水箱的最大水量，低位水箱允许的最高液位为18dm。
式(39)中
Figure BDA0002836124330000399
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量。
式(40)中
Figure BDA00028361243300003910
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量；S、Wi、/>
Figure BDA00028361243300003911
Wj和/>
Figure BDA00028361243300003912
的含义同前。
本实施例中，10月23日计算低位水箱在工作日一天不同时间段的平均流出水量、最大流出水量、理论存留水量、实际存留水量、理论流入水量的结果见表5；10月24日计算低位水箱在休息日一天不同时间段的平均流出水量、最大流出水量、理论存留水量、实际存留水量、理论流入水量的结果见表6。
表5
工作日时间段 00-08 08-12 12-16 16-20 20-24
平均流出水量 6263 10581 8975 5273 1399
最大流出水量 9003 15726 10756 7165 2031
理论存留水量 18853 21886 17318 11570 10534
实际存留水量 8974 12590 11305 8343 6297
理论流入水量 9879 9296 6013 3227 4237
表6
休息日时间段 00-10 10-17 17-24
平均流出水量 3814 4826 5372
最大流出水量 5076 8336 7672
理论存留水量 11800 13535 12560
实际存留水量 7465 7986 8709
理论流入水量 4335 5549 3851
所述Step(3)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给低位水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据
Figure BDA0002836124330000401
或/>
Figure BDA0002836124330000402
是否等于零来确定是否给低位水箱供水，如果/>
Figure BDA0002836124330000403
或/>
Figure BDA0002836124330000404
等于0，控制系统向低位水箱的自动阀门发出关闭的控制信号指令，如果/>
Figure BDA0002836124330000405
或/>
Figure BDA0002836124330000406
不等于0，控制系统向低位水箱的自动阀门发出开启的控制信号指令。
所述Step(4)中确定何时关闭自动阀门的方法为：自动阀门开启后，由进口流量计实时检测低位水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次低位水箱在该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与低位水箱在该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于理论流入水量时控制系统向低位水箱的自动阀门发出关闭的控制信号指令，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
Figure BDA0002836124330000407
Figure BDA0002836124330000411
Figure BDA0002836124330000412
Figure BDA0002836124330000413
式(41)中
Figure BDA0002836124330000414
表示在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000415
表示实时检测得到的在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量。/>
式(42)中
Figure BDA0002836124330000416
表示在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，/>
Figure BDA0002836124330000417
表示实时检测得到的在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量。/>

Claims (16)

1.一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，具有一个低位水箱和至少一个高位水箱，在低位水箱的进水管上安装有自动阀门，在每一个高位水箱的进水管上都安装有一个独立的进水水泵；其特征在于：所述的组合供水方法包括以下步骤：
步骤一、控制系统根据实时得到的各个高位水箱的出口流量数据计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的流出水量，再由此计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；
步骤二、在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，控制系统根据各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的实时存留水量、理论存留水量和最大水量计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量，并根据计算得到的理论流入水量控制给各个高位水箱供水；
步骤三、控制系统根据各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量计算低位水箱的流出水量，再由此计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量；
步骤四、在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，控制系统根据低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的实时存留水量、理论存留水量和最大水量计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量，并根据计算得到的理论流入水量控制给低位水箱供水，
所述步骤一具体包括以下步骤：
S1：根据高位水箱在工作日或休息日的用水情况统一将工作日或休息日的一天划分成若干时间段；
S2：控制系统通过监测设备获得各个高位水箱实时的出口流量数据，并剔除其中无效的出口流量数据；
S3：控制系统根据得到的各个高位水箱的有效出口流量数据计算各个高位水箱在不同日期各个时间段的流出水量；
S4：控制系统根据S3的计算结果计算各个高位水箱在若干工作日或休息日内不同时间段的平均流出水量和最大流出水量；
S5：控制系统根据S4的计算结果计算各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量，
所述S1中划分时间段的方法为：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；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S2中获得各个高位水箱实时出口流量数据的方法有两种，第一种方法是通过安装在高位水箱出水管上的出口流量计直接获得高位水箱实时的出口流量数据，第二种方法是通过安装在高位水箱进水管上的进口流量计获得高位水箱实时的进口流量数据以及通过安装在高位水箱内的液位计获得高位水箱实时的液位数据，再以此计算得到高位水箱实时的出口流量数据，得到进口流量数据和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，第二种方法的计算公式为：
Figure QLYQS_1
Figure QLYQS_2
式(1)中r表示高位水箱的顺序数，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 QLYQS_3
表示第r个高位水箱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 QLYQS_4
表示第r个高位水箱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，Hr/a/i/b表示第r个高位水箱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，Hr/a/i/(b-1)表示Hr/a/i/b的前一个液位数据，Sr表示第r个高位水箱的纵截面面积，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 QLYQS_5
表示第r个高位水箱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 QLYQS_6
表示第r个高位水箱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，Hr/c/j/d表示第r个高位水箱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，Hr/c/j/(d-1)表示Hr/c/j/d的前一个液位数据，
所述S3中计算各个高位水箱在不同日期各个时间段流出水量的方法为：
Figure QLYQS_7
Figure QLYQS_8
式(3)中
Figure QLYQS_9
表示第r个高位水箱在工作日日期顺序为a时间段顺序为i的流出水量，ni表示高位水箱在工作日i时间段内出口流量数据的总个数；
式(4)中
Figure QLYQS_10
表示第r个高位水箱在休息日日期顺序为c时间段顺序为j的流出水量，nj表示高位水箱在休息日j时间段内出口流量数据的总个数，
所述S4中计算各个高位水箱在若干工作日或休息日各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure QLYQS_11
Figure QLYQS_12
Figure QLYQS_13
Figure QLYQS_14
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 QLYQS_15
表示统计第r个高位水箱最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，/>
Figure QLYQS_16
表示统计第r个高位水箱最近n个休息日在j时间段的平均流出水量；
式(7)和式(8)中
Figure QLYQS_17
表示统计第r个高位水箱最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，/>
Figure QLYQS_18
表示统计第r个高位水箱最近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S5中计算各个高位水箱在一天不同时间段开始时刻理论存留水量的方法为：
Wr/i＝max{Wr/i/p，Wr/i/q} (9)
Figure QLYQS_19
Figure QLYQS_20
Wr/j＝max{Wr/j/p，Wr/j/q} (12)
Figure QLYQS_21
Figure QLYQS_22
式(9)中Wr/i表示第r个高位水箱在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，Wr/i/p和Wr/i/q是中间变量，max{}为求最大值的运算符；
式(10)和式(11)中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，Hr/0是第r个高位水箱储水允许的最低液位；
式(12)中Wr/j表示第r个高位水箱在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，Wr/j/p和Wr/j/q是中间变量；
式(13)和式(14)中(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。
2.根据权利要求1所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述步骤二具体包括以下步骤：
S(1)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时刻的实时存留水量；
S(2)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时间段的理论流入水量；
S(3)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给高位水箱供水；
S(4)：如果启动给高位水箱供水，确定何时关闭进水水泵。
3.根据权利要求2所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述S(1)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时刻实时存留水量的方法为：
Figure QLYQS_23
Figure QLYQS_24
式(15)中
Figure QLYQS_25
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，/>
Figure QLYQS_26
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量；
式(16)中
Figure QLYQS_27
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，/>
Figure QLYQS_28
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量。
4.根据权利要求3所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述S(2)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算各个高位水箱在该时间段理论流入水量的方法为：
Wr/m＝Hr/m·Sr (17)
Figure QLYQS_29
Figure QLYQS_30
式(17)中Wr/m表示第r个高位水箱的最大水量，Hr/m表示第r个高位水箱允许的最高液位；
式(18)中
Figure QLYQS_31
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量；
式(19)中
Figure QLYQS_32
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量。
5.根据权利要求4所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述S(3)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给高位水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据
Figure QLYQS_33
或/>
Figure QLYQS_34
是否等于零来确定该时间段是否给高位水箱供水，如果/>
Figure QLYQS_35
或/>
Figure QLYQS_36
等于0，控制系统向安装在第r个高位水箱进水管上的进水水泵发出关闭的控制信号指令，如果/>
Figure QLYQS_37
或/>
Figure QLYQS_38
不等于0，控制系统向安装在第r个高位水箱进水管上的进水水泵发出开启的控制信号指令。
6.根据权利要求5所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述S(4)中确定何时关闭进水水泵的方法为：一个进水水泵开启后，由相应进口流量计实时检测该高位水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次该高位水箱在该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与该高位水箱在该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于相应的理论流入水量时控制系统向该进水水泵发出关闭的控制信号指令，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
Figure QLYQS_39
Figure QLYQS_40
Figure QLYQS_41
Figure QLYQS_42
式(20)中
Figure QLYQS_43
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，/>
Figure QLYQS_44
表示实时检测得到的第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量；
式(21)中
Figure QLYQS_45
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，/>
Figure QLYQS_46
表示实时检测得到的第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量。
7.根据权利要求6所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述步骤三具体包括以下步骤：
Step1：按照高位水箱划分时间段的规则同样划分低位水箱在工作日或休息日一天的时间段；
Step2：根据各个高位水箱在工作日或休息日一天不同时间段的理论流入水量计算低位水箱的流出水量；
Step3：根据Step2的计算结果计算低位水箱在若干工作日或休息日内各个时间段的平均流出水量和最大流出水量；
Step4：根据Step3的计算结果计算低位水箱在工作日或休息日一天不同时间段开始时刻的理论存留水量。
8.根据权利要求7所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述Step1中划分低位水箱时间段的方法为：将低位水箱工作日一天分成N1个时间段，用i表示工作日一天内不同时间段的顺序数；将低位水箱休息日一天分成N2个时间段，用j表示休息日一天内不同时间段的顺序数。
9.根据权利要求8所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述Step2中计算低位水箱的流出水量的方法为：
Figure QLYQS_47
Figure QLYQS_48
式(24)中
Figure QLYQS_49
表示低位水箱在工作日日期顺序为x时间段顺序为i的流出水量，N表示高位水箱的总个数，/>
Figure QLYQS_50
表示第r个高位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量；
式(25)中
Figure QLYQS_51
表示低位水箱在休息日日期顺序为y时间段顺序为j的流出水量，/>
Figure QLYQS_52
表示第r个高位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量。
10.根据权利要求9所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述Step3中计算低位水箱在若干工作日或休息日内各个时间段平均流出水量和最大流出水量的方法为：
Figure QLYQS_53
Figure QLYQS_54
Figure QLYQS_55
Figure QLYQS_56
式(26)和式(27)中n表示用于统计计算的工作日或休息日的天数，
Figure QLYQS_57
表示统计低位水箱最近n个工作日在i时间段的平均流出水量，/>
Figure QLYQS_58
表示统计低位水箱最近n个休息日在j时间段的平均流出水量；
式(28)和式(29)中
Figure QLYQS_59
表示统计低位水箱最近n个工作日在i时间段流出水量的最大值，/>
Figure QLYQS_60
表示统计低位水箱最近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。
11.根据权利要求10所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述Step4中计算低位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} (30)
Figure QLYQS_61
Figure QLYQS_62
Wj＝max{Wj/p，Wj/q} (33)
Figure QLYQS_63
Figure QLYQS_64
式(30)中Wi表示低位水箱在工作日i时间段开始时刻的理论存留水量，Wi/p和Wi/q是中间变量，max{}为求最大值的运算符；
式(31)和式(32)中N1表示低位水箱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是低位水箱储水允许的最低液位，S表示低位水箱的纵截面面积；
式(33)中Wj表示低位水箱在休息日j时间段开始时刻的理论存留水量，Wj/p和Wj/q是中间变量；
式(34)和式(35)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。
12.根据权利要求11所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述步骤四具体包括以下步骤：
Step(1)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时刻的实时存留水量；
Step(2)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时间段的理论流入水量；
Step(3)：在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给低位水箱供水；
Step(4)：如果启动给低位水箱供水，确定何时关闭自动阀门。
13.根据权利要求12所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述Step(1)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时刻实时存留水量的方法为：
Figure QLYQS_65
Figure QLYQS_66
式(36)中
Figure QLYQS_67
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的液位，S表示低位水箱的纵截面面积，/>
Figure QLYQS_68
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段开始时刻的存留水量；
式(37)中
Figure QLYQS_69
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的液位，/>
Figure QLYQS_70
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段开始时刻的存留水量。
14.根据权利要求13所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述Step(2)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，计算低位水箱在该时间段理论流入水量的方法为：
Wm＝Hm·S (38)
Figure QLYQS_71
Figure QLYQS_72
式(38)中Wm表示低位水箱的最大水量，Hm表示低位水箱允许的最高液位；
式(39)中
Figure QLYQS_73
表示低位水箱在日期顺序为x的工作日的i时间段的理论流入水量；
式(40)中
Figure QLYQS_74
表示低位水箱在日期顺序为y的休息日的j时间段的理论流入水量。
15.根据权利要求14所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述Step(3)中在工作日或休息日一天不同时间段的开始时刻，确定该时间段是否给低位水箱供水的方法为：在一天不同时间段的开始时刻控制系统根据
Figure QLYQS_75
或/>
Figure QLYQS_76
是否等于零来确定是否给低位水箱供水，如果/>
Figure QLYQS_77
或/>
Figure QLYQS_78
等于0，控制系统向低位水箱的自动阀门发出关闭的控制信号指令，如果/>
Figure QLYQS_79
或/>
Figure QLYQS_80
不等于0，控制系统向低位水箱的自动阀门发出开启的控制信号指令。
16.根据权利要求15所述的一种二次供水高位水箱和低位水箱的组合供水方法，其特征在于：所述Step(4)中确定何时关闭自动阀门的方法为：自动阀门开启后，由进口流量计实时检测低位水箱的进口流量，每检测得到一个进口流量数据就计算一次低位水箱在该时间段的累计流入水量，并将计算出的累计流入水量与低位水箱在该时间段的理论流入水量相比较，当计算出的累计流入水量大于或等于理论流入水量时控制系统向低位水箱的自动阀门发出关闭的控制信号指令，计算累计流入水量以及发出控制信号指令的方法为：
Figure QLYQS_81
Figure QLYQS_82
Figure QLYQS_83
Figure QLYQS_84
式(41)中
Figure QLYQS_85
表示在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的累计流入水量，
Figure QLYQS_86
表示实时检测得到的在日期顺序为x的工作日的i时间段顺序数为b的进口流量，t表示两个相邻进口流量数据的间隔时间；
式(42)中
Figure QLYQS_87
表示在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的累计流入水量，
Figure QLYQS_88
表示实时检测得到的在日期顺序为y的休息日的j时间段顺序数为d的进口流量。
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