CN115439270A - 基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法及系统，属于饮水工程技术领域。该供水方法包括以下步骤：获取单户降水存量Q；获取单户允许最低降水存量Q_min；获取单户日均用水量q；确定单户日均地下水供水量d；其中，当Q＞Q_min时，d＝ηq；当Q≤Q_min时，d＝q；其中，η为应急供水修正因子，0＜η＜1；根据单户日均地下水供水量d，计算日均地下水供水总量D。在“人饮工程”项目建设及运行过程中，考虑对降水的利用，合理调配降水和地下水的供水量，实现降水与地下水的均衡供给，在保障农村居民供水量充足的前提下，优先使用降水，减少地下水供水量，从而有利于保护地下水生态环境，有利于降低供水能耗，降低农村居民综合用水成本。

Description

基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法及系统

技术领域

本发明属于饮水工程技术领域，特别涉及一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法及系统。

背景技术

“人饮工程”是指为解决农村人畜饮水困难而兴建的各类供水工程。通常，“人饮工程”项目选择以就近的地表水或者地下水为供水水源，源水经加药、絮凝、沉淀、消毒等工艺处理后，由加压泵站供给农户使用。

地表水受自然环境因素影响，存在较少或较难开采，且可开采存量受当地环境影响明显。地下水是目前“人饮工程”的主要供水水源，但长期大量的地下水开采，势必对地下水分布造成一定程度的影响，不利于生态稳定性。

在一些降水量较大的山区，依然以雨水等自然降水作为主要水源，在“人饮工程”建设时，应当予以考量。然而，仅仅依靠收集再利用的降水资源难以保证“人饮工程”的连续供水，依然需要利用地下水来维持供水需求。因此，有必要提出一种供水方法，以在优先使用降水的基础上，保障供水的连续性。

发明内容

基于此，本发明提供一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法及系统，以解决现有技术中存在的降水和地下水同时供水时，供水分配不易平衡的技术问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法，包括以下步骤：

获取单户降水存量Q；

获取单户允许最低降水存量Q_min；

获取单户日均用水量q；

确定单户日均地下水供水量d；其中，当Q＞Q_min时，d＝ηq；当Q≤Q_min时，d＝q；其中，η为应急供水修正因子，0＜η＜1；

根据单户日均地下水供水量d，计算日均地下水供水总量D。

优选地，所述“确定单户日均地下水供水量d”还包括以下步骤：

计算降水存量充裕度α，其中，α＝(Q-Q_min)/q；

根据降水存量充裕度α，计算应急供水修正因子η，其中，当α＞α₀时，η＝α₀/α；当α≤α₀时，η＝0.8-0.9；其中α₀为预设的降水存量充裕度阈值。

优选地，所述“获取单户日均用水量q”包括以下步骤：

获取用水个体的数量m_i；

获取用水个体的平均用水量q_i；

选择用水个体的影响因子γ_i；

根据公式

计算理论户日用水量q_L；其中，n表示用水个体类别的数量；

以理论户日用水量q_L作为单户日均用水量q。

优选地，所述“获取单户日均用水量q”还包括以下步骤：

获取k天的实际户日用水量Q_j，2≤k≤20，1≤j≤k；

根据公式

计算实际户日用水量Q_j与同一日的理论户日用水量q_j0的偏差均值θ；

根据公式q_L′＝θ·q_L对下一日的理论户日用水量q_L进行修正，并以修正后的理论户日用水量q_L′作为下一日的理论户日用水量。

优选地，当用水个体类别为灌溉用水时，所述“获取单户日均用水量q”还包括以下步骤：

获取降雨量Q_y；

计算降雨量满足度β；

根据降雨量满足度β与降雨影响因子η_y的映射表，确定降雨影响因子η_y；

根据公式Q_gy＝η_y·Q_g对下一日的灌溉用水量Q_g进行修正，并以修正后的灌溉用水量Q_gy作为下一日的灌溉用水量。

优选地，当用水个体类别为灌溉用水时，所述“获取单户日均用水量q”还包括以下步骤：

获取当前时间t，灌溉时间t₁；

计算当前时间t与灌溉时间t₁的时间间隔△t；

判断时间间隔△t是否≥预设的灌溉频率△t₀；如是，则确定灌溉时间修正因子η_x＝1；如否，则确定灌溉时间修正因子η_x＝0.1-0.9；

根据公式Q_gx＝η_x·Q_g对下一日的灌溉用水量Q_g进行修正，并以修正后的灌溉用水量Q_gx作为下一日的灌溉用水量。

一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水系统，包括：

地下水供水装置，所述地下水供水装置的出口端设置若干为用户提供地下水供水的供水支管；

雨水供水装置，所述雨水供水装置的出口端连接所述供水支管；以及

均衡控制装置，所述均衡控制装置用于调控所述地下水供水装置与所述雨水供水装置的供水量；

所述均衡控制装置包括控制终端及与所述控制终端通讯连接的信息收集端；

所述信息收集端用于收集单户降水存量Q、用水个体的数量m_i数据，并将采集的数据上传至所述控制终端；

所述控制终端包括：

通讯模块，用于接收所述信息收集端上传的数据；

存储模块，用于存储包含有单户允许最低降水存量Q_min、用水个体的平均用水量q_i的数据表；

计算模块，用于获取单户日均用水量q；以及

判断模块，用于根据单户降水存量Q及单户允许最低降水存量Q_min，确定单户日均地下水供水量d；

调度模块，用于根据单户日均地下水供水量d，计算日均地下水供水总量D。

优选地，所述信息收集端还包括实际户日用水量采集模块，用于获取实际户日用水量Q_j；所述控制终端还包括第一修正模块，所述第一修正模块用于根据实际户日用水量Q_j对理论户日用水量q_L进行修正。

优选地，所述信息收集端还包括气象数据获取模块，用于获取至少包括气温数据和降雨量数据的气象数据；所述控制终端还包括第二修正模块，用于根据气象数据对下一日的灌溉用水量Q_g进行修正。

优选地，所述信息收集端还包括灌溉时间获取模块，用于获取灌溉时间；所述控制终端还包括第三修正模块，用于根据灌溉时间和预设的灌溉频率对下一日的灌溉用水量Q_g进行修正。

与现有技术相比，本发明至少具有以下优点：

本发明提供一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法及系统，在“人饮工程”项目建设及运行过程中，考虑对降水的利用，通过监测降水存量Q，合理调配地下水的供水量，实现降水与地下水的均衡供给。该基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法及系统在保障农村居民供水量充足的前提下，优先使用降水，减少地下水供水量，从而一方面有利于保护地下水生态环境，另一方面有利于降低供水能耗，降低农村居民综合用水成本。

附图说明

图1为一实施例中基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法的流程示意图。

图2为一实施例中获取单户日均用水量q的方法流程示意图。

图3为又一实施例中获取单户日均用水量q的方法流程示意图。

图4为一实施例中基于降水与地下水均衡的人饮工程供水系统的控制模块图。

图5为一实施例中基于降水与地下水均衡的人饮工程供水系统的设备流程示意图。

图中：地下水供水装置100、第一供水支管110、第一流量调节阀120、地下水井130、有汲水泵131、地下水处理组件140、消毒剂储罐141、混合器142、增压泵150、高位槽160、雨水供水装置200、降水剩余量检测组件201、降水收集井210、第二供水支管220、第二流量调节230、均衡控制装置300、控制终端310、通讯模块311、存储模块312、计算模块313、判断模块314、调度模块315、第一修正模块316、第二修正模块317、第三修正模块318、信息收集端320。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。以下将结合本发明实施例的附图，对本发明的技术方案做进一步描述，本发明不仅限于以下具体实施方式。

需要理解的是，实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件。在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

请参看图1，在本发明的一个具体实施方式中，一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法，采用降水和地下水两种水源为农村居民提供供水，在保证供水水量的前提下，优先采用降水水源供水，以减少地下水用量，降低居民用水费用。所述基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法包括以下步骤：

S10.获取单户降水存量Q。

一般状况下，采用降水和地下水同时供水时，每户居民分别设置降水收集装置，或设置集中的降水收集装置。在降水收集装置上设置用于检测降水存量的传感器等检测装置，以获取单户降水存量Q。例如，降水收集装置设置有液位传感器或降水收集装置的底部设置有压力传感器，根据降水收集装置的体积规模，结合液位参数或压力参数，可获取单户降水存量Q。在使用过程中，或在有降水被收集的状况下，单户降水存量Q发生变化。

S20.获取单户允许最低降水存量Q_min。

根据居民的用水习惯，可在系统内预设单户允许最低降水存量Q_min，例如，在一般情况下，可预设单户允许最低降水存量Q_min＝0。考虑应急用水预留，例如，考虑在停电或地下水供水相关设备、管线故障的情况下的居民正常供水，可预设单户允许最低降水存量Q_min＝2m³-5m³。

S30.获取单户日均用水量q。

在一些实施例中，单户日均用水量q可通过走访调研的形式，结合每户农村居民的历史平均用水量进行确定。请参看图2，作为优选，所述“获取单户日均用水量q”包括以下步骤：

S31.获取用水个体的数量m_i；

S32.获取用水个体的平均用水量q_i；

S33.选择用水个体的影响因子γ_i；

S34.根据公式

计算理论户日用水量q_L；其中，n表示用水个体类别的数量；

S35.以理论户日用水量q_L作为单户日均用水量q。

具体地，在一些具体实施方式中，用水个体类别包括但不限于，居民饮用水、养殖用水、灌溉用水等。所述获取用水个体的数量m_i是指，获取每一个不同类别的用水个体对应的用水个体的数量。例如，对于一户农村居民，其人口数量为5人，养殖牲畜10头，需灌溉用地1000m²，则，m₁＝5，m₂＝10，m₃＝1000。

在一些具体实施例中，用水个体被按照以下规则进行分类统计：

居民：被分为0-3岁婴儿组；4-14岁儿童组；15-65岁青壮年组；65岁以上老年组。居民用水量包括但不限于饮用水量和生活用水消耗量，生活用水包括但不限于做饭用水、洗衣用水、洗漱用水、冲厕用水等。

养殖：被分为大型牲畜组(例如，牛、马、驴等)；中型牲畜组(例如，猪、羊、狗等)；家禽组(例如，鸡、鸭、鹅等)。作为优选，各组可根据生长周期进行进一步细分组。

灌溉：被分为庭院绿化灌溉组和种植灌溉组。

上述用水个体的数量m_i在人饮工程项目建设前期，通过走访等方式进行调研，调研得到的数据被通过操作端上传至服务器端。在人饮工程项目运行期，可通过操作端对水个体的数量m_i进行修改或修正，以提高户用水量的预测精度。

在确定了用水个体的前提下，基于专家经验数据，可拟定用水个体的平均用水量，用水个体的平均用水量与用水个体一一对应。例如，15-65岁青壮年组每日每人所消耗的平均用水量为20L，则q₁＝20；中型牲畜组日均用水量为30L，则q₂＝30；庭院绿化灌溉组每平方米用水量3L，则q₃＝3。

一些实施例中，初步的用水个体的平均用水量q_i可参考GB/T 11730、DB33/T769-2016、《牲畜家禽用水量标准》等已公开的标准或文献进行设定，也可以根据专家经验值进行设定，也可以通过已有文献中公开的方法进行计算所得，也可以经过实际调研所得。

作为优选，确定的用水个体的平均用水量q_i被以数据组的形式被存储在服务器端的存储模块，并能够被服务器端的计算模块调用。

考虑在不同地域，不同季节，各用水个体的平均用水量q_i具有较大的差别，故而针对每一个用水个体的平均用水量设置影响因子γ_i，以对各用水个体的平均用水量q_i进行修正。

影响因子γ_i可以根据专家经验值进行确定。影响因子γ_i确定需要考虑地域影响、季节影响、气候影响等。

在一具体实施例中，在某一特地的地域，主要考虑气温对各用水个体的平均用水量q_i的影响，即假定随着温度的升高，各用水个体的平均用水量q_i增加。例如，首先建立影响因子γ_i和温度的映射关系，使得每一个温度对应一个影响因子γ_i，也就是说，当服务器端获取到当日的平均温度后，可以准确地根据影响因子γ_i和温度的映射关系，确定用水个体的影响因子γ_i。一些实施例中，用水个体的影响因子γ_i与日平均温度t具有函数关系γ_i＝f(t)。

在一个具体实施例中，服务器端包括影响因子获取模块，影响因子获取模块包括日平均温度获取单元，日平均温度获取单元可以从当地的气象部门或其他部门获取预测的日平均温度。

在一个具体实施例中，影响因子γ_i和温度的映射关系如下表所示：

在一些情况下，当用水个体为居民用水或养殖用水时，温度对影响因子γ_i的影响占主导地位，可仅以温度为参数，对影响因子γ_i进行选择。而当用水个体为灌溉用水时，则还需要考虑作物或植物生长期和降水两个重要的因素。当作物或植物处于不同的生长期时，适当调整影响因子γ_i，以满足作物生长需求。例如，在中国北方地区，当秋季或冬季时，作物或植物处于休眠期，此时，将影响灌溉用水量的影响因子γ_i调整为0。而在春季或夏季，作物或植物处于萌芽期或生长旺盛期，可适当将影响灌溉用水量影响因子γ_i调增至1.4-1.6。

在确定了用水个体的数量m_i、用水个体的平均用水量q_i以及用水个体的影响因子γ_i后，根据公式

计算理论户日用水量q_L。

例如，确定的用水个体的数量m_i、用水个体的平均用水量q_i以及用水个体的影响因子γ_i如下表所示：

则，该户居民的理论户日用水量

合计1.496m³。

上述实施方式中，基于用水个体的数量m_i、用水个体的平均用水量q_i以及用水个体的影响因子γ_i，预测了单户日均用水量q，以能够指导对人饮工程项目建设工作，指导人饮工程项目的供水工作，从而在保障农村居民供水量的前提下，实现合理规划和在合理负荷下供水，进而降低人饮工程项目建设成本和运营成本。同时，根据预测的单户日均用水量q及单户降水存量Q，可以合理调配降水和地下水的供给水量，为制定同时采用降水和地下水作为水源的供水方案提供数据支撑。

然而，上述对单户日均用水量q预测过程中，除用水个体的数量m_i为具体值，平均用水量q_i、用水个体的影响因子γ_i均采用专家经验值或历史平均值，预测准确度较差，难以反应农村居民的真实用水量，进而可以作为人饮工程项目建设前期的数据参考，如作为人饮工程项目建成后的供水量预测值，则具有相对较大的偏差。

针对上述技术问题，在一优选的实施方式中，所述“获取单户日均用水量q”，还包括以下步骤：

S36获取k天的实际户日用水量Q_j，2≤k≤20，1≤j≤k。

人饮工程项目建设完成，进入稳定运行期后，可以连续检测实际户日用水量Q_j，例如，需要预测下一日的理论户日用水量q_L，则可以获取当前日以及当前日以前的连续9天(共计10天)的实际户日均用水量Q_j。

S37根据公式

计算实际户日用水量Q_j与同一日的理论户日用水量Q_j0的偏差均值θ。

计算同一日的实际户用水量Q_j与理论户日用水量Q_j0的偏差，例如，某日，一居户实际户用水量Q_j＝1.4m³，当日的理论户日用水量Q_j0＝1.5m³，则该日的实际户用水量Q_j与理论户日用水量Q_j0的偏差为(1.4-1.5)/1.5×100％＝-6.67％。对待预测日的前10天或前连续的几天的实际户用水量Q_j与理论户日用水量Q_j0的偏差求均值，得偏差均值θ。

S38根据公式q_L′＝θq_L对下一日的理论户日用水量q_L进行修正，并以修正后的理论户日用水量q_L′作为下一日的理论户日用水量。

根据计算得到得偏差均值θ，对下一日的理论户日用水量q_L进行修正，以使得预测得到的理论户日用水量q_L接近实际户日用水量Q_j，从而一方面保障农村居民供水量得充足，另一方尽可能实现按需供水，以降低供水成本，降低农村居民用水成本。

在一些优选实施例中，为保障农村居民用水量充足，防止出现突发事件导致供水量不足，设置用水余量修正因子η，其中，1≤η≤1.3。用水余量修正因子η得设置需要综合考虑居民得用水稳定性及突发事件发生频率。在一些具体实施方式中，按照以下步骤获取水余量修正因子η：获取m天的实际户日用水量Q_w；计算同一日的实际户用水量Q_w与理论户日用水量Q_w0的偏差δ；统计偏差δ超过偏差阈值δ₀的天数与总统计天数的比值ψ；根据比值ψ确定用水余量修正因子η。例如，根据比值ψ与用水余量修正因子η的映射关系，确定水余量修正因子η。例如，比值ψ≤0.2，则用水余量修正因子η＝1，比值ψ大于0.2，则用水余量修正因子η＝1.2。在一些优选的实施例中，用水余量修正因子η根据偏差δ的大小进行确定。偏差δ越大，则用水余量修正因子η取值越大。

在一些优选的实施例中，为确保修正后的理论户日用水量q_L更能反映农村居民的实际水需求量，上述对理论户日用水量q_L还包括以下步骤：

获取k天的实际户日用水量Q_j，剔除偏差超过设定阈值的实际户日用水量Q_j。过大的理论户日用水量Q_j0与实际户日用水量Q_j的偏差可能原因是该用户某日的用水量由于异常事件(例如，跑水、消防等)引起的用水量突然增长，不能真实反映农村居民的日常的实际用水量，故而在对理论户日用水量q_L进行修正时，将该部分数据剔除。

一些优选的实施方式中，当k天的实际户日用水量Q_j中的数据被剔除后，可继续获取k+1天的实际户日用水量Q_j，以保证在对理论户日用水量q_L进行修正时的数据样本，进一步提升理论户日用水量q_L的预测的准确度。

在一些情况下，在对灌溉用水量进行预测时，还应考虑作物类别、作物生长周期、降雨量和灌溉频率。请参看图3，在一优选得实施方式中，当用水个体类别为灌溉用水时，所述“获取单户日均用水量q”包括以下步骤：

获取作物类别：通过调研的方式，了解灌区内需灌溉的作物类别，并在操作端将调研得到的作物类别上传至服务器端。在一些具体实施方式中，为便于在“人饮工程”建设项目建设前期，对灌区的最大需水量进行调研，可调研历史普遍种植的具有代表性的作物，对于较小范围或较小概率种植的作物，可统一为一类作物进行统计。例如，某一灌区，历史主要以玉米为主要作物，次要作物包括土豆、胡麻，其他作物包括向日葵、豆科作物等。在一些实施方式中，在“人饮工程”建设项目运营过程中，可获取当前灌区的实际作物类别。

获取作物生长阶段：不同作物在不同生长阶段的需水量不同，因此，在考虑灌区供水量时，首先需要考虑作物的生长周期。在一实施例中，调研历史主要作物，并假设灌区内种植的作物全部为需水量最大的主要作物，以需水量最大的主要作物的需水量最大的生长阶段为基准，计算灌区的最大需水量，以为“人饮工程”建设项目预算提供数据指导。一些实施例中，在“人饮工程”建设项目运营过程中，获取当前时间T；根据当前时间T、作物类别和所在地域，确认作物的生长周期。如，在中国宁夏固原某地区，6月份、7月份为玉米的生长旺盛期，对应地，其需水量相对较高。

通过灌区作物类别、作物生长阶段与作物平均需水量q_zi的数据表，获取作物平均需水量q_zi：建立灌区作物类别、作物生长阶段与作物平均需水量q_zi的数据表，平均需水量q_zi与不同作物类别的不同生长阶段一一对应。通过已知的作物类别和作物生长阶段，可查询作物对应的平均需水量q_zi。

获取需灌溉的作物种植面积S_i：同一个灌区内，不同类型作物的种植面积的变化将导致灌溉需水量的变化。一实施例中，在“人饮工程”建设项目建设前期，可根据灌区总面积，结合灌区内需水量最大的拟种植作物的作物平均需水量，计算灌区的最大需水量，以为“人饮工程”建设项目预算提供数据指导。另一实施例中，“人饮工程”建设项目运营阶段，可分别调研不同类型作物的作物种植面积S_i，并结合不同类型的作物的平均需水量q_zi，可初步预测灌溉需水量。

获取气象影响因子η_zi：气象条件，尤其是气温和光照条件，影响作物需水量。在本发明优选的实施例中，主要考虑气温对作物需水量的影响。例如，建立气温与气象影响因子η_zi的映射关系，根据气温与气象影响因子η_zi的映射关系，确立最终的气象影响因子η_zi。例如，在“人饮工程”项目建设前期，根据历史气温曲线，预测气温峰值，根据气温峰值，确定气象影响因子η_zi。在一些实施例中，在“人饮工程”项目运营过程中，获取气象预报的预测温度，根据气象预报的预测温度与气象影响因子η_zi的映射关系，确立最终的气象影响因子η_zi。

根据公式

计算灌溉需水量Q_g；其中，γ_z表示用水余量因子，1≤γ_z≤1.3，n表示作物类别总数量。

在确定了不同类型的作物的平均需水量Q_zi、气象影响因子η_zi以及作物种植面积S_i的前提下，根据预设的计算模型

计算灌溉需水量Q_g。为确保灌溉供水的充足，考虑特殊情况下的应急用水，设置用水余量因子γ_z。用水余量因子γ_z的确定可以依据历史出现应急用水的用水量及应急用水事件出现的频率进行设定，例如，在一些具体实施方式中，按照以下步骤获取用水余量因子γ_z：获取m天的实际灌溉用水量Q_w；计算同一日的实际灌溉用水量Q_w与灌溉需水量Q_w0的偏差β_z；统计偏差β_z超过偏差阈值β_z0的天数与总统计天数的比值ψ_z；根据比值ψ_z确定用水余量修正因子γ_z。例如，根据比值ψ与用水余量修正因子γ_z的映射关系，确定水余量修正因子γ_z。例如，比值ψ_z≤0.2，则用水余量修正因子γ_z＝1，比值ψ_z大于0.2，则用水余量修正因子γ_z＝1.2。在一些优选的实施例中，用水余量修正因子γ_z根据偏差β_z的大小进行确定。偏差β_z越大，则用水余量修正因子γ_z取值越大。

根据灌溉需水量Q_g为灌区提供供水：根据计算得出的灌溉需水量Q_g为灌区提供供水。一些实施例中，根据灌区最大总需水量Q_g对“人饮工程”项目规模进行设计。一些实施例中，根据实时预测的下一日的灌溉需水量Q_g为灌区提供供水。

上述实施方式中，初步预测了灌溉需水量Q_g，为“人饮工程”项目建设及项目运营提供科学的、具体的数据支撑。

在一些实施方式中，所述“获取单户日均用水量q”还包括以下步骤：

获取降雨量Q_y；

计算降雨量满足度β；

根据降雨量满足度β与降雨影响因子η_y的映射表，确定降雨影响因子η_y；

根据公式Q_gy＝η_y·Q_g对下一日的灌溉用水量Q_g进行修正，并以修正后的灌溉用水量Q_gy作为下一日的灌溉用水量。

灌溉用水量与降雨量息息相关，降雨量的大小直接影响灌溉用水量和灌溉频率。在上述实施例中，首先获取当前日的降雨量Q_y，根据当前日的降雨量Q_y计算降雨量满足度ε，降雨量满足度ε被定义为一次降雨的降雨量Q_y能够支撑在不施加灌溉水的情况下，作物或植物能够保持正常生长的天数。在一些优选实施方式中，降雨量满足度ε＝Q_y/(日均蒸发量+日均需水量)，其中，日均蒸发量可以从气象部门的数据系统中获取，日均需水量可以根据经验值进行设置。

在一些实施例中，当降雨后间隔的天数不超过降雨量满足度ε时，降雨影响因子η_y被记作0.2-0.8，当降雨后间隔的天数超过降雨量满足度ε时，降雨影响因子η_y被记作1。作为优选，当降雨后间隔的天数与降雨满足度ε的差值越大时，η_y取值越大。

当刚刚降雨时，灌溉几乎不需要灌溉用水，考虑灌溉的其他用水需求，降雨影响因子η_y可取一较小值，例如，η_y＝0.2。当降雨后的若干天，随着作物需水、渗漏、蒸发等多种因素影响，灌溉水需求量逐渐增加，可通过适时调整降雨影响因子η_y，保持灌溉用水的充足。

上述实施方式中，考虑了降雨量对灌溉需水量的影响，进一步提高了对灌溉用水量预测的准确度和科学性，从而进一步降低灌溉供水能耗，降低灌溉用水成本。

在一些优选的实施方式中，为进一步提高灌溉用水预测的准确度和科学性，还包括以下步骤：

获取当前时间t，灌溉时间t₁；

计算当前时间t与灌溉时间t₁的时间间隔△t；

判断时间间隔△t是否≥预设的灌溉频率△t₀；

如是，确定灌溉时间修正因子η_x＝1；如否，确定灌溉时间修正因子η_x＝0.1-0.9；

根据公式Q_gx＝η_x·Q_g对下一日的灌溉用水量Q_g进行修正，并以修正后的灌溉用水量Q_gx作为下一日的灌溉用水量。

灌溉区域可按照地块或地权人为基准，划分为若干小区域，在小区域内，每次灌溉的用水量及灌溉频率相对稳定。因此，可以以小区域为基准进行小区域灌溉用水量的预测，然后将若干小区域的灌溉用水量加和，得到灌溉用水量Q_g。此时，首先获取最近一次的灌溉时间t₁及当前时间t，计算当前时间t与最近一次灌溉时间t₁之间的时间差△t。比较该时间差△t与预设的灌溉频率△t₀，当时间差△t≥预设的灌溉频率△t₀时，意味着该小区域的灌溉事件大概率发生，则提供充足供水，修正因子η_x＝1。当时间差△t＜预设的灌溉频率△t₀时，意味着该小区域的灌溉事件小概率发生，则可缺量为该小区域提供供水，修正因子η_x＝0.1-0.9。

作为优选，可通过时间差△t与预设的灌溉频率△t₀之间的差值确定修正因子η_x的大小，时间差△t与预设的灌溉频率△t₀之间的差值越大，η_x取值越小。

上述实施方式将灌溉区域分为若干小区域，考虑小区域内的灌溉需水量和灌溉频率，进一步对预测的灌溉需水量Q_g进行修正，使得预测的灌溉需水量Q_g进一步接近灌溉的实际用水量，提高对灌溉需水量Q_g预测的准确性和科学性，从而达到降低能耗、降低成本的需求。

S40.确定单户日均地下水供水量d；其中，当Q＞Q_min时，d＝ηq；当Q≤Q_min时，d＝q；其中，η为应急供水修正因子，0＜η≤1。

根据降水存量Q和单户允许最低降水存量Q_min，确定单户日均地下水供水量d。当降水存量Q充足时，优先采用降水供给全部的单户日均用水量q，但考虑在应急状况下，有限的降水存量Q可能无法保障供水的充足性，故当降水存量Q充足时，大部分的单户日均用水量q由降水供给，应急部分水量由地下水供给。当降水存量不足时，则全部单户日均用水量q由地下水供给。

作为优选，当降水存量Q充足时，应急供水修正因子η的取值可比较小，甚至接近于零值。随着降水存量的减少，应急供水修正因子η可逐渐增加。在一具体实施方式中，所述“确定单户日均地下水供水量d”还包括以下步骤：

S41.计算降水存量充裕度α，其中，α＝(Q-Q_min)/q；

S42.根据降水存量充裕度α，计算应急供水修正因子η，当α＞α₀时，η＝α₀/α；当α≤α₀时，η＝0.8-0.9；其中α₀为预设的降水存量充裕度阈值。

也就是说，首先假设由降水供给并满足全部单户日均用水量q，根据可用降水存量Q-Q_min和居民的单户日均用水量q，计算可用降水存量Q-Q_min能够持续供水的天数，该持续供水天数被定义为降水存量充裕度α。设定降水存量充裕度阈值α₀，例如，降水存量充裕度阈值α₀＝1。当降水存量充裕度α大于降水存量充裕度阈值α₀时，意味着降水存量Q相对充足，则应急供水修正因子η可相对较小。当降水存量Q逐渐降低，降水存量充裕度α逐渐下降，当降水存量充裕度α≤降水存量充裕度阈值α₀时，意味着降水存量Q相对不足，则此时应急供水修正因子η可相对较大。例如，当降水存量充裕度α≤降水存量充裕度阈值α₀时，应急供水修正因子η＝0.8或0.9。

S50.根据单户日均地下水供水量d，计算日均地下水供水总量D。

将“人饮工程”项目所在区域的所有居户的单户日均地下水供水量d进行加和统计，即可得到日均地下水供水总量D。依照该日均地下水供水总量D为“人饮工程”项目所在区域的居民提供供水，将在保障供水充足的前提下，优先使用降水作为供水水源，减少地下水的用量，降低居民用水成本。

请参看图4与图5，在本发明的又一个具体实施方式中，一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水系统10，包括：地下水供水装置100、雨水供水装置200及均衡控制装置300。所述地下水供水装置100的出口端设置若干为用户提供地下水供水的供水支管。所述雨水供水装置200的出口端连接所述供水支管。所述均衡控制装置300用于调控所述地下水供水装置100与所述雨水供水装置200的供水量。

所述均衡控制装置300包括控制终端310及与所述控制终端310通讯连接的信息收集端320。所述信息收集端320用于收集单户降水存量Q、用水个体的数量m_i数据，并将采集的数据上传至所述控制终端310。

所述控制终端310包括通讯模块311、存储模块312、计算模块313、判断模块314及调度模块315。

所述通讯模块311用于接收所述信息收集端上传的数据。

所述存储模块312用于存储包含有单户允许最低降水存量Q_min、用水个体的平均用水量q_i的数据表。

所述计算模块313用于获取单户日均用水量q。

所述判断模块314用于根据单户降水存量Q及单户允许最低降水存量Q_min，确定单户日均地下水供水量d。

所述调度模块315用于根据单户日均地下水供水量d，计算日均地下水供水总量D。

进一步地，所述信息收集端320还包括实际户日用水量采集模块，用于获取实际户日用水量Q_j。所述控制终端310还包括第一修正模块316，所述第一修正模块316用于根据实际户日用水量Q_j对理论户日用水量q_L进行修正。

进一步地，所述信息收集端320还包括气象数据获取模块，用于获取至少包括气温数据和降雨量数据的气象数据。所述控制终端310还包括第二修正模块317，用于根据气象数据对下一日的灌溉用水量Q_g进行修正。

进一步地，所述信息收集端320还包括灌溉时间获取模块，用于获取灌溉时间。所述控制终端310还包括第三修正模块318，用于根据灌溉时间和预设的灌溉频率对下一日的灌溉用水量Q_g进行修正。

上述各模块的具体工作过程和工作原理请参考对基于人饮工程的户日用水量预测方法的描述，此处不再赘述。

在本发明的一个具体实施方式中，一种基于降水和地下水平衡的人饮工程供水系统10，包括地下水供水装置100、降水供水装置200及控制装置300，所述地下水供水装置100包括为用户供水的第一供水支管110，所述第一供水支管110上设置第一流量调节阀120。所述降水供水装置200包括降水收集井210及为用户供水的第二供水支管220，所述第二供水支管220的出口端连接所述第一供水支管110，所述第二供水支管220上设置第二流量调节230。所述降水收集井210设置有用于检测所述降水收集井210内的降水剩余量的降水剩余量检测组件201。

所述控制装置300与所述降水剩余量检测组件201、所述第一流量调节阀120、所述第二流量调节230通讯连接，控制装置根据所述降水剩余量检测组件201反馈的降水剩余量，并基于上述的基于降水和地下水平衡的人饮工程供水方法，调节所述第一流量调节阀120、第二流量调节230的开度，为居民提供供水，以实现以降水和地下水为供水水源的供水方案，且在保障供水充足的前提下，平衡降水和地下水的供给量，优先采用降水进行供水，降低地下水用量，降低农村供水能耗，降低居民用水成本。

在一些具体的实施例中，所述地下水供水装置100包括至少一个地下水井130，所述地下水井130设置有汲水泵131，所述汲水泵131的出口端连接有用于对地下水水质进行调控的地下水处理组件140。所述汲水泵131通过所述地下水井130将地下水抽入所述地下水处理组件140中，对地下水进行处理后，供给居民使用。在一些情况下，当地下水水质较好时，所述水处理组件140包括消毒剂储罐141及混合器142，含氯消毒剂存储于所述消毒剂储罐141内，并被定量输送入所述混合器142内，与来自所述汲水泵131出口端的地下水混合，对地下水进行消毒后，供给居民使用。在一些情况下，当地下水水质较差时，所述水处理组件140包括一小型的水处理站，用于对地下水进行包括加药、絮凝、沉降、消毒等工序，对地下水进行处理后，供给居民使用。

进一步地，所述地下水供水装置100还包括至少一台增压泵150，所述增压泵150的入口端连接所述地下水处理组件140的出口端，所述增压泵150的出口端连接所述第一供水支管110。经所述地下水处理组件140处理的地下水被所述增压泵150泵送至所述第一供水支管110，进而供给居民使用。

在一些实施例中，如“人饮工程”项目建设在较为平坦的地域，则所述增压泵150的出口端直接通过供水管网连接所述第一供水支管110，以为居民供水。如“人饮工程”项目建设在山区，地势落差相对较大，则所述增压泵150的出口端设置有至少一个高位槽160，所述高位槽160的出口端连接所述第一供水支管110。所述高位槽160设置在山区地势较高处，所述增压泵150首先将经处理后的地下水泵送至所述高位槽160，所述高位槽160中的地下水靠重力自流进入所述第一供水支管110，以供给居民使用。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取单户降水存量Q；

获取单户允许最低降水存量Q_min；

获取单户日均用水量q；

确定单户日均地下水供水量d；其中，当Q＞Q_min时，d＝ηq；当Q≤Q_min时，d＝q；

其中，η为应急供水修正因子，0＜η＜1；

根据单户日均地下水供水量d，计算日均地下水供水总量D。

2.如权利要求1所述的基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法，其特征在于，所述“确定单户日均地下水供水量d”还包括以下步骤：

计算降水存量充裕度α，其中，α＝(Q-Q_min)/q；

根据降水存量充裕度α，计算应急供水修正因子η，其中，当α＞α₀时，η＝α₀/α；当α≤α₀时，η＝0.8-0.9；其中α₀为预设的降水存量充裕度阈值。

3.如权利要求1所述的基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法，其特征在于，所述“获取单户日均用水量q”包括以下步骤：

获取用水个体的数量m_i；

获取用水个体的平均用水量q_i；

选择用水个体的影响因子γ_i；

根据公式

计算理论户日用水量q_L；其中，n表示用水个体类别的数量；

以理论户日用水量q_L作为单户日均用水量q。

4.如权利要求3所述的基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法，其特征在于，所述“获取单户日均用水量q”还包括以下步骤：

获取k天的实际户日用水量Q_j，2≤k≤20，1≤j≤k；

根据公式

计算实际户日用水量Q_j与同一日的理论户日用水量q_j0的偏差均值θ；

根据公式q_L′＝θ·q_L对下一日的理论户日用水量q_L进行修正，并以修正后的理论户日用水量q_L′作为下一日的理论户日用水量。

5.如权利要求1所述的基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法，其特征在于，当用水个体类别为灌溉用水时，所述“获取单户日均用水量q”还包括以下步骤：

获取降雨量Q_y；

计算降雨量满足度β；

根据降雨量满足度β与降雨影响因子η_y的映射表，确定降雨影响因子η_y；

根据公式Q_gy＝η_y·Q_g对下一日的灌溉总需水量Q_g进行修正，并以修正后的灌溉总需水量Q_gy作为下一日的灌溉总需水量。

6.如权利要求5所述的基于降水与地下水均衡的人饮工程供水方法，其特征在于，当用水个体类别为灌溉用水时，所述“获取单户日均用水量q”还包括以下步骤：

获取当前时间t，灌溉时间t₁；

计算当前时间t与灌溉时间t₁的时间间隔△t；

判断时间间隔△t是否≥预设的灌溉频率△t₀；如是，则确定灌溉时间修正因子η_x＝1；如否，则确定灌溉时间修正因子η_x＝0.1-0.9；

根据公式Q_gx＝η_x·Q_g对下一日的灌溉总需水量Q_g进行修正，并以修正后的灌溉总需水量Q_gx作为下一日的灌溉总需水量。

7.一种基于降水与地下水均衡的人饮工程供水系统，其特征在于，包括：

地下水供水装置，所述地下水供水装置的出口端设置若干为用户提供地下水供水的供水支管；

雨水供水装置，所述雨水供水装置的出口端连接所述供水支管；以及

均衡控制装置，所述均衡控制装置用于调控所述地下水供水装置与所述雨水供水装置的供水量；

所述均衡控制装置包括控制终端及与所述控制终端通讯连接的信息收集端；

所述信息收集端用于收集单户降水存量Q、用水个体的数量m_i数据，并将采集的数据上传至所述控制终端；

所述控制终端包括：

通讯模块，用于接收所述信息收集端上传的数据；

存储模块，用于存储包含有单户允许最低降水存量Q_min、用水个体的平均用水量q_i的数据表；

计算模块，用于获取单户日均用水量q；

判断模块，用于根据单户降水存量Q及单户允许最低降水存量Q_min，确定单户日均地下水供水量d；以及

调度模块，用于根据单户日均地下水供水量d，计算日均地下水供水总量D。

8.如权利要求7所述的基于降水与地下水均衡的人饮工程供水系统，其特征在于，所述信息收集端还包括实际户日用水量采集模块，用于获取实际户日用水量Q_j；

所述控制终端还包括第一修正模块，所述第一修正模块用于根据实际户日用水量Q_j对理论户日用水量q_l进行修正。

9.如权利要求7所述的基于降水与地下水均衡的人饮工程供水系统，其特征在于，所述信息收集端还包括气象数据获取模块，用于获取至少包括气温数据和降雨量数据的气象数据；

所述控制终端还包括第二修正模块，用于根据气象数据对下一日的灌溉总需水量Q_g进行修正。

10.如权利要求9所述的基于降水与地下水均衡的人饮工程供水系统，其特征在于，所述信息收集端还包括灌溉时间获取模块，用于获取灌溉时间；所述控制终端还包括第三修正模块，用于根据灌溉时间和预设的灌溉频率对下一日的灌溉总需水量Q_g进行修正。

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