CN113107048A - 一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法和系统 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法和系统，其包括以下步骤：S1.选定目标片区；S2.获取对应于目标片区的管网存水量和分表总用水量；S3.计算总分差量，并判断总分差量与预设阈值的大小，若总分差量大于预设阈值，则进入下一步；其中，总分差量=管网存水量‑分表总用水量；S4.定义余留水量和排放周期，其中，余留水量=总分差量，排放周期=相关系数×总分差量/分表总用水量，且相关系数相关于统计周期、季节和气候；S5.计算应排水量，其中，应排水量=余留水量；S6.根据排放周期和应排水量，控制目标片区的排水管对管网的存水进行排放操作。本申请具有保证水资源利用率的效果。

Description

一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法和系统

技术领域

本申请涉及智慧水务的领域，尤其是涉及一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法和系统。

背景技术

2020年中央一号文件发布《意见》，其中，推进城乡供水一体化作为了其中重要一项。所谓城乡供水一体化发展，就是通过统筹谋划、优化布局和创新机制，打破“一地一水”等传统农村供水方式的弊端，通过城市管网延伸、区域供水互通、提高乡村供水标准等措施，大力改善农村供水状况，着力解决城乡基本公共服务均等化存在的显著差距，实现农村供水与城镇供水在管理、服务、水质、水价等方面同标准，为满足人民群众对美好生活的向往提供坚实基础。《意见》中强调要：加强农村饮用水水源保护，做好水质监测。

以江西某市为例，利用2018、2019两年时间，将城区供水主管网延伸至全市32个乡镇、390个行政村、1510个自然村，实现50户以上的自然村供水一体化全覆盖，惠及农村人口62.23万人。

随着城乡供水一体化的惠及，“同网、同质、同服务”又提出了新的管理问题。农村供水是要持续保障农村居民用水的水量充足、水质安全、水压稳定、服务优质等。

比如说，我国《生活饮用水卫生标准》规定，氯加入水中，与水接触30分钟后，水厂出厂水中游离余氯为0.3-4.0mg/L，管网末梢水中余氯不能低于0.05mg/L。

余氯是指采用氯化消毒的水处理过程中，接触一定时间后水中残留的氯的含量。保持出厂水和管网末梢水中的残余消毒剂浓度，可使水在生产和配送过程中维持一定的持续消毒能力，杀灭水中的微生物，防止水质受外来污染的影响，保证水质的生物安全性。

保持管网水质也是供水企业管理工作重要任务之一。目前，造成城乡供水管网水质不好的主要原因：管线末端水流停滞或因管网边缘地区的余氯不足致细菌繁殖等。为了保证城乡管网水质的合格，目前通常采用的措施：通过排（泄）水井（管）、消火栓等，定期排放管网中死水，并借此冲洗管道。

而管网末梢的余氯与药剂投加后的接触时间成反比，对于城镇居民用水管网而言，城镇供水管网分布密集、用户较为集中，且用水量较大、水流速度较快、管网水龄较短，这些有利于管网末梢余氯的保持。相较城区而言，对于城乡供水一体化后，城镇供水企业通过较长管路对农村进行供水，农村用户具有一个特点，农村外出务工人员多，房屋分布较为分散，水流速度较慢、管网水龄较长，且房屋内水管容易发生长期不使用的问题，诸多因素不利于城乡管网末梢余氯的保持。在进行管网末梢死水排放时排放量通常较大，过于频繁的排放将造成水资源的浪费。

发明内容

为了在管网末梢排水时控制排水量和管网末梢水质的平衡以节约用水，本申请提供一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法和系统。

第一方面，本申请提供的一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法，采用如下的技术方案：

一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法，包括以下步骤：

S1.选定目标片区，其中目标片区包括相关联的城乡和自然村，且城乡供水管网末梢的总表和自然村的分表具有拓扑关系；

S2.获取对应于目标片区的管网存水量和分表总用水量，其中，管网存水量为管网的理论容积，分表总用水量为目标片区在统计周期内的用水量；

S3.计算总分差量，并判断总分差量与预设阈值的大小，若总分差量大于预设阈值，则进入下一步；其中，总分差量=管网存水量-分表总用水量；

S4.定义余留水量和排放周期，其中，余留水量=总分差量，排放周期=相关系数×总分差量/分表总用水量，且相关系数相关于统计周期、季节和气候；

S5.计算应排水量，其中，应排水量=余留水量；

S6.根据排放周期和应排水量，控制目标片区的排水管对管网的存水进行排放操作。

通过采用上述技术方案，总表为测量自然村管网进水总量的水表，分表为自然村中管网各出水口处用于测量出水量的水表，总表和自然村的分表建立拓扑关系，各个分表的读数和即为分表总用水量，其与总表的读数具有对应关系。在一个统计周期内，总分差量小于预设阈值时，表明该管网内的存水已经大部分甚至全部更新，内部的余氯量达标。当总分差量大于预设阈值时，说明该管内的存水在管内存储的时间较长，余氯量不足，水质存在不达标的隐患，因此需要进行排水操作，以对管网末梢的存水进行更新。排水过多过频则会导致水资源浪费，排水过少过缓则无法达到保持管网末梢余氯达标的效果。此外，在不同的季节和气候下，管网存水中余氯挥发速度不一，相应的应排水量也会有所差异。因此本方案定义排放周期，并通过相关系数的调整，以使得管网末梢在排放周期内排放掉余留水量后，能够保持管内水质处于合格线上，从而在保证管网存水质量的前提下节约水资源。

优选的，所述S2包括以下步骤：

S21.链接地理信息系统，获取目标片区的管网长度信息和管网公称口径信息，并基于第一策略计算目标片区的管网存水量；

S22.链接营业收费系统，获取总表用水情况和分表用水情况，并基于第二策略计算目标片区的分表总用水量。

优选的，所述第一策略包括以下步骤：

获取各支管长度和支管对应的公称口径，计算该支管存水量，其中，支管存水量＝支管长度×支管公称口径；

累加所有支管的支管存水量，得到管网存水量。

通过采用上述技术方案，各支管组合形成目标片区的管网末梢，通过第一策略较为准确地测算得到目标片区的管网存水量，并基于第二策略计算分表的总用水量。

优选的，所述第二策略包括以下步骤：

获取各分表在统计周期前后的读数，并计算出各分表在统计周期前后的读数差值，其中，差值即为分表总用水量；

获取总表在统计周期前后的读数，并计算出总表在统计周期前后的读数差值；

累加所有分表对应的读数差值；

计算分表总用水量，其中分表总用水量=各分表用水量之和。

通过采用上述技术方案，由于管网末梢通常会有漏水现象，而漏水量通常无法体现在分表读数上，将会导致分表总用水量偏大。当漏水严重时将会明显影响分表总用水量的数值，因此可以添加漏损调整系数以对总分差量进行调整。

优选的，所述S6包括以下步骤：

S61.获取对应于目标片区的排放周期和应排水量，并写入系统；

S62.链接地理信息系统，获取目标片区管网连接排水管的各排水阀门的公称口径以及对应的水压，并基于指定排水阀门的公称口径和对应水压计算排放时长；

S63.根据排放周期，定时开启指定排水阀门，其中排水阀门的开启时长为排放时长。

通过采用上述技术方案，自然村的管网类似于局域网，其对外的接口较少，管网内存水分布并不均匀。通过地理信息系统获取各排水阀门处的水压，控制排水阀门开启时长，以实现合理排放存水，即存水多的区域多放水，存水少的区域少放水，从而减少存水局域过排或少排的问题，达到用最小的水资源损耗保证管网城乡的水质达标的效果。

优选的，所述排放时长为应排水量与指定排水口径/管径的常用流量的比值。

通过采用上述技术方案，根据GIS系统，确定排水口径（管径），依据排水口径的性能参数确定常用流量。

第二方面，本申请提供的一种城乡供水一体化下的城乡水质管理系统，采用如下的技术方案：

一种城乡供水一体化下的城乡水质管理系统，用于上述城乡水质管理方法，其包括：

建模模块，所述建模模块根据城乡供水管网末梢的总表和自然村的分表建立拓扑关系；

水量数据获取模块，用于获取对应于目标片区的管网存水量和分表总用水量；

比较计算模块，用于计算总分差量，并比较总分差量与预设阈值的大小；

中心计算模块，用于计算余留水量和排放周期，其中，余留水量=总分差量，排放周期=相关系数×总分差量/分表总用水量，且相关系数相关于统计周期、季节和气候；

排放控制模块，用于控制目标片区的排水管在各排放周期中将管网排放应排水量的存水，其中应排水量=余留水量。

通过采用上述技术方案，总表为测量自然村管网进水总量的水表，分表为自然村中管网各出水口处用于测量出水量的水表，总表和自然村的分表建立拓扑关系，各个分表的读数和即为分表总用水量，其与总表的读数具有对应关系。在一个统计周期内，总分差量小于预设阈值时，表明该管网内的存水已经大部分甚至全部更新，内部的余氯量达标。当总分差量大于预设阈值时，说明该管内的存水在管内存储的时间较长，余氯量不足，水质存在不达标的隐患，因此需要进行排水操作，以对管网末梢的存水进行更新。排水过多过频则会导致水资源浪费，排水过少过缓则无法达到保持管网末梢余氯达标的效果。此外，在不同的季节和气候下，管网存水中余氯挥发速度不一，相应的应排水量也会有所差异。因此本方案定义排放周期，并通过相关系数的调整，以使得管网末梢在排放周期内排放掉余留水量后，能够保持管内水质处于合格线上，从而在保证管网存水质量的前提下节约水资源。

优选的，所述水量数据获取模块包括：

地理信息系统链接单元，用于获取目标片区的管网长度信息和管网公称口径信息，并计算目标片区的管网存水量；

营业收费系统链接单元，用于获取总表用水情况和分表用水情况，并计算目标片区的分表总用水量。

优选的，所述排放控制模块包括：

分表流量获取单元，用于获取各分表在统计周期前后的读数，计算出各分表在统计周期前后的读数差值，并累加所有分表对应的读数差值；

总表流量获取单元，用于获取总表在统计周期前后的读数，并计算出总表在统计周期前后的读数差值；

分表总用水量计算单元，用于计算分表总用水量，其中分表总用水量=总表读数差值-分表读数差值之和。

通过采用上述技术方案，由于管网末梢通常会有漏水现象，而漏水量通常无法体现在分表读数上，将会导致分表总用水量偏大。当漏水严重时将会明显影响分表总用水量的数值，因此可以添加漏损调整系数以对总分差量进行调整。

附图说明

图1是本申请实施例中一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法的流程框图；

图2是本申请实施例中城区供水网络的结构示意图；

图3是本申请实施例中自然村供水网络的结构示意图；

图4是本申请实施例中S2的流程框图；

图5是本申请实施例中S6的流程框图。

具体实施方式

以下结合附图1-5，对本申请作进一步详细说明。

为了保障城乡居民用户管网末梢余氯的保持，目前的优选方案是定期通过预留的排水管排放管网中的死头水量，更新管网中的死水，用于保持管网末梢水中的残余消毒剂浓度，避免因管网边缘地区的余氯不足致细菌繁殖引起水质事件。因此，根据水质处理的工艺流程和水平衡原理，确定合理的排放周期、最小的排水量，并且能够保证管网末梢水质中的余氯保持，对供水企业节约水资源、提升供水服务、大力改善农村供水都具有重要的意义。

本申请实施例公开一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法。参照图1，该方法包括以下步骤：

S1.选定目标片区，其中目标片区包括相关联的城乡和自然村，且城乡供水管网末梢的总表和自然村的分表具有拓扑关系。

参照图2，城区供水网络通常成环状结构，其通常包括一个或多个供水口，管网整体基本形成闭环，由于整个闭环内的水能够进行循环流动，并快速输送到闭环各处的用户，因此管网整体的存水更新快。参照图3，图3中实线为供水管网，虚线为排水管，实线和虚线的交点处为排水阀门。自然村的供水网络通常呈现分支结构，其通常仅有一个供水口，用户位于各支路上，因此自然村的供水管路存在大量的死头。由于农村用户用水较少且用水时间并不均匀，因此死头内死水更新不及时而会发生水质降低的现象。在本方案中，各支路的死头上均连接有一排水管路，该排水管路与死头通过机械阀门或电子阀门连接，以用于将死头上的死水排出。

S2.获取对应于目标片区的管网存水量和分表总用水量，其中，管网存水量为管网的理论容积，分表总用水量为目标片区在统计周期内的用水量。

管网的容积大小与管网存水量呈正相关，通过一定的计算方式能够估算出管网的容积大小，可选的，参照图4，可以通过S21和S22步骤算出目标片区的管网存水量和目标片区的分表总用水量，其中，本实施例仅是以S21和S22的顺序进行举例，并不进行具体限定。

S21.链接地理信息系统，获取目标片区的管网长度信息和管网公称口径信息，并基于第一策略计算目标片区的管网存水量。

其中，第一策略包括以下步骤：

获取各支管长度和支管对应的公称口径，计算该支管存水量，其中，支管存水量＝支管长度×支管公称口径；

累加所有支管的支管存水量，得到管网存水量。

服务器中也可以建立相应的数据库，用于提前读取并录入目标片区的管网长度信息和管网公称口径信息，并提前计算出相应的支管存水量。

S22.链接营业收费系统，获取总表用水情况和分表用水情况，并基于第二策略计算目标片区的分表总用水量。

第二策略包括以下步骤：

步骤一：获取各分表在统计周期前后的读数，并计算出各分表在统计周期前后的读数差值，其中，差值即为分表总用水量；

步骤二：获取总表在统计周期前后的读数，并计算出总表在统计周期前后的读数差值；

步骤三：累加所有分表对应的读数差值；

步骤四：计算分表总用水量，其中分表总用水量=各分表用水量之和。

由于管网末梢通常会有漏水现象，而漏水量通常无法体现在分表读数上，将会导致总表用水量偏大。当漏水严重时将会明显影响总分差量的计算，因此实际操作中，可以添加漏损调整系数以对总分差量进行调整。举个例子，在计算时，实际总分差量=漏损调整系数×理论总分差量，比如设定漏损调整系数为92%。

S3.计算总分差量，并判断总分差量与预设阈值的大小，若总分差量大于预设阈值，则进入下一步；其中，总分差量=管网存水量-分表总用水量。

预设阈值可根据当地对水质的要求进行定义，在本实施例中，预设阈值定义为0，也就是说，在一个统计周期内，总分差量小于0时，表明该管网内的存水的绝大部分甚至全部已经更新，内部的余氯量达标。当总分差量大于0时，说明该管内的存水在管内存储的时间较长，余氯量不足，水质较差，因此需要进行排水操作，以对管网末梢的存水进行更新。

S4.定义余留水量和排放周期，其中，余留水量=总分差量，排放周期=相关系数×总分差量/分表总用水量，且相关系数相关于统计周期、季节和气候。

S5.计算应排水量，其中，应排水量=余留水量。

在不同的季节和气候下，管网存水中余氯挥发速度不一，相应的应排水量也会有所差异。因此本方案定义排放周期，并通过相关系数的调整，以使得管网末梢在排放周期内排放掉余留水量后，能够保持管内水质处于合格线上，从而在保证管网存水质量的前提下节约水资源。

举个例子，比如总分差量/分表总用水量=1/7,相关系数为7，则排放周期为1天，且应排水量为余留水量。

S6.根据排放周期和应排水量，控制目标片区的排水管对管网的存水进行排放操作。

具体的，参照图5，S6包括以下步骤：

S61.获取对应于目标片区的排放周期和应排水量，并写入系统；

S62.链接地理信息系统，获取目标片区管网连接排水管的各排水阀门的公称口径以及对应的水压，并基于指定排水阀门的公称口径和对应水压计算排放时长；

S63.根据排放周期，定时开启指定排水阀门，其中排水阀门的开启时长为排放时长。

自然村的管网类似于局域网，其对外的接口较少，管网内存水分布并不均匀。通过地理信息系统获取各排水阀门处的水压，控制排水阀门开启时长，以实现合理排放存水，即存水多的区域多放水，存水少的区域少放水，从而减少存水局域过排或少排的问题，达到用最小的水资源损耗保证管网城乡的水质达标的效果。

本申请实施例还公开一种城乡供水一体化下的城乡水质管理系统，该系统包括：

建模模块，所述建模模块根据城乡供水管网末梢的总表和自然村的分表建立拓扑关系；

水量数据获取模块，用于获取对应于目标片区的管网存水量和分表总用水量；

比较计算模块，用于计算总分差量，并比较总分差量与预设阈值的大小；

中心计算模块，用于计算余留水量和排放周期，其中，余留水量=总分差量，排放周期=相关系数×总分差量/分表总用水量，且相关系数相关于统计周期、季节和气候；

排放控制模块，用于控制目标片区的排水管在各排放周期中将管网排放应排水量的存水，其中应排水量=余留水量。

其中，水量数据获取模块包括：

地理信息系统链接单元，用于获取目标片区的管网长度信息和管网公称口径信息，并计算目标片区的管网存水量；

营业收费系统链接单元，用于获取总表用水情况和分表用水情况，并计算目标片区的分表总用水量。

其中，排放控制模块包括：

分表流量获取单元，用于获取各分表在统计周期前后的读数，计算出各分表在统计周期前后的读数差值，并累加所有分表对应的读数差值；

总表流量获取单元，用于获取总表在统计周期前后的读数，并计算出总表在统计周期前后的读数差值；

分表总用水量计算单元，用于计算分表总用水量，其中分表总用水量=总表读数差值-分表读数差值之和。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种城乡供水一体化下的城乡水质管理方法，其特征在于，

包括以下步骤：

S1.选定目标片区，其中目标片区包括相关联的城乡和自然村，且城乡供水管网末梢的总表和自然村的分表具有拓扑关系；

S2.获取对应于目标片区的管网存水量和分表总用水量，其中，管网存水量为管网的理论容积，分表总用水量为目标片区在统计周期内的用水量；

S3.计算总分差量，并判断总分差量与预设阈值的大小，若总分差量大于预设阈值，则进入下一步；其中，总分差量=管网存水量-分表总用水量；

S4.定义余留水量和排放周期，其中，余留水量=总分差量，排放周期=相关系数×总分差量/分表总用水量，且相关系数相关于统计周期、季节和气候；

S5.计算应排水量，其中，应排水量=余留水量；

S6.根据排放周期和应排水量，控制目标片区的排水管对管网的存水进行排放操作。

2.根据权利要求1所述的城乡水质管理方法，其特征在于，所述S2包括以下步骤：

S21.链接地理信息系统，获取目标片区的管网长度信息和管网公称口径信息，并基于第一策略计算目标片区的管网存水量；

S22.链接营业收费系统，获取总表用水情况和分表用水情况，并基于第二策略计算目标片区的分表总用水量。

3.根据权利要求2所述的城乡水质管理方法，其特征在于，所述第一策略包括以下步骤：

获取各支管长度和支管对应的公称口径，计算该支管存水量，其中，支管存水量＝支管长度×支管公称口径；

累加所有支管的支管存水量，得到管网存水量。

4.根据权利要求2所述的城乡水质管理方法，其特征在于，所述第二策略包括以下步骤：

获取各分表在统计周期前后的读数，并计算出各分表在统计周期前后的读数差值，其中，差值即为分表总用水量；

获取总表在统计周期前后的读数，并计算出总表在统计周期前后的读数差值；

累加所有分表对应的读数差值；

计算分表总用水量，其中分表总用水量=各分表用水量之和。

5.根据权利要求1所述的城乡水质管理方法，其特征在于，所述S6包括以下步骤：

S61.获取对应于目标片区的排放周期和应排水量，并写入系统；

S62.链接地理信息系统，获取目标片区管网连接排水管的各排水阀门的公称口径以及对应的水压，并基于指定排水阀门的公称口径和对应水压计算排放时长；

S63.系统根据排放周期，定时开启指定排水阀门，其中排水阀门的开启时长为排放时长。

6.根据权利要求5所述的城乡水质管理方法，其特征在于，所述排放时长为应排水量与指定排水口径/管径的常用流量的比值。

7.一种城乡供水一体化下的城乡水质管理系统，其特征在于，包括：

建模模块，所述建模模块根据城乡供水管网末梢的总表和自然村的分表建立拓扑关系；

水量数据获取模块，用于获取对应于目标片区的管网存水量和分表总用水量；

比较计算模块，用于计算总分差量，并比较总分差量与预设阈值的大小；

中心计算模块，用于计算余留水量和排放周期，其中，余留水量=总分差量，排放周期=相关系数×总分差量/分表总用水量，且相关系数相关于统计周期、季节和气候；

排放控制模块，用于控制目标片区的排水管在各排放周期中将管网排放应排水量的存水，其中应排水量=余留水量。

8.根据权利要求7所述的城乡水质管理系统，其特征在于，所述水量数据获取模块包括：

地理信息系统链接单元，用于获取目标片区的管网长度信息和管网公称口径信息，并计算目标片区的管网存水量；

营业收费系统链接单元，用于获取总表用水情况和分表用水情况，并计算目标片区的分表总用水量。

9.根据权利要求7所述的城乡水质管理系统，其特征在于，所述排放控制模块包括：

分表流量获取单元，用于获取各分表在统计周期前后的读数，计算出各分表在统计周期前后的读数差值，并累加所有分表对应的读数差值；

总表流量获取单元，用于获取总表在统计周期前后的读数，并计算出总表在统计周期前后的读数差值；

分表总用水量计算单元，用于计算分表总用水量，其中分表总用水量=总表读数差值-分表读数差值之和。

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