CN116739359B - 井群系统综合以电折水系数、分级提水能耗量计算方法及装置 - Google Patents

井群系统综合以电折水系数、分级提水能耗量计算方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了井群系统的综合以电折水系数计算方法，包括：对N台一级提水水泵和1台二级提水水泵进行抽水试验，利用试验数据，计算得到、、、，其中；记录灌溉期内一级提水水泵运行的时间和二级提水水泵的运行时间，结合，，计算井群系统的综合以电折水系数，

Description

井群系统综合以电折水系数、分级提水能耗量计算方法及 装置
技术领域
本发明涉及地下水监管相关技术领域。更具体地说，本发明涉及一种井群系统综合以电折水系数计算方法、分级提水能耗量计算方法及装置。
背景技术
在中国西北地区，由于缺少地表水，地方农业种植多利用钻井抽取地下水进行灌溉。由于水井数量多，对地下水开采量的计量成为一个难题。安装水表等传统仪具进行计量的方式，往往由于设备安装、维护的成本巨大，难以实现和长期为继。目前常用的计量方法是开展以电折水工作，利用已有的完备电量计量系统数据折算出地下水开采量。
以电折水工作具体包括两方面内容：1、获取水井(水泵)的以电折水系数。在农灌井进行一定时长的抽水试验，记录试验过程中水井的抽水量和水泵的用电量，利用公式TC＝Q/E计算得出；公式中，TC为该水井(水泵)的以电折水系数(单位：m3/KW·h)，Q为试验时段水井抽水量(单位：m3)，E为试验时段水泵用电量(单位：KW·h)，计算结果可简单理解为水泵消耗一度电抽取的水量。同时，该系数也是用于衡量水井(水泵)灌溉抽水能耗效率水平的重要参考指标。2、地下水开采量折算；搜集一定时期内(月度、季度、年度)试验水井的用电量数据，电量与TC之积，即为该时期内水井的地下水开采量。
抽水试验中，水井的抽水量数据多利用外挂式管道超声波流量计测定，较容易获取。用电量数据则从电表读取，通常情况下，水井会设置独立电表，即一块电表对应一眼水井，该水井的抽水用电量可直接从电表读取。
但在实际测试工作中时，往往会遇到较复杂的抽水、用电状况。如在有些地区，灌溉时会先从多眼水井抽水进入简易蓄水池，再从蓄水池抽水进行灌溉。这类状况多出现在干旱缺水地区，出于节约用水的目的，这些地区灌溉多采用滴灌方式进行。但由于地下水富水性较差，水井出水能力较弱，依靠单一水井抽水送入滴灌系统进行灌溉，难以提供或长期维持滴灌系统正常运行所需的水量、水压条件。因此，需要先从多眼水井抽水汇入蓄水池，再从蓄水池抽水送入滴灌系统进行灌溉。同时，蓄水池还能够起到澄清泥沙、留置升温的作用，防止混杂泥沙的井水直接进入滴灌系统堵塞管道、低温井水导致农作物温差应激的情况发生。
在上述情况中，无论是从各眼水井抽水送入蓄水池，还是从蓄水池抽水送入滴管系统，都属于同一灌溉过程，抽水用电通常也都通过一块电表进行统一计量。相较于常规的抽水行为，上述情况增加了一次抽水，这会导致用电量增加，而统一计量的电量数据又无法单独统计出单眼水井的抽水用电量。在这种情况下，即便通过常规测试手段获得了单独水井(水泵)的以电折水系数，也无法计算出地下水开采量。因此，亟需设计一种能够克服上述缺陷的技术方案。
发明内容
本发明的一个目的是提供了井群系统综合以电折水系数、分级提水能耗量计算方法及装置，将水井、蓄水池视作一个井群系统，能够利用井群系统唯一电表，计算得到地下水开采量和分级提水能耗量。
为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了井群系统的综合以电折水系数计算方法，所述井群系统包括N眼水井、蓄水池、N台一级提水水泵和1台二级提水水泵，N台一级提水水泵用于分别从N眼水井向所述蓄水池抽水，进行一级提水，1台二级提水水泵用于将所述蓄水池的水送入滴灌系统，进行二级提水，灌溉期内N台一级提水水泵同开同停；所述井群系统综合以电折水系数的计算方法包括：对N台一级提水水泵和1台二级提水水泵进行抽水试验，利用试验数据，计算得到Q1k单、E1k单、Q2单、E2单，其中，Q1k单为第k台一级提水水泵的单位时间抽水量，E1k单为第k台一级提水水泵的单位时间用电量，Q2单为二级提水水泵的单位时间抽水量，E2单为二级提水水泵的单位时间用电量，k为1、2、3……N；记录灌溉期内一级提水水泵运行的时间T1和二级提水水泵的运行时间T2，结合Q总＝Q1总＝Q2总，E总＝E1总+E2总，计算井群系统的综合以电折水系数TC，其中，Q总和E总分别为灌溉期内井群系统的灌溉水量和用电量，Q1总为一级提水量，Q2总为二级提水量，E1总为一级提水用电量，E2总为二级提水用电量。
进一步地，在抽水试验过程中，记录Q1k测、E1k测、t1k、Q2测、E2测和t2，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；
根据Q1总＝∑Q1k＝∑(Q1k单×T1)＝T1∑Q1k单、Q2总＝Q2单×T2、Q1k单＝Q1k测/t1k、Q2单＝Q2测/t2，得到再结合E1总＝∑E1k＝∑(E1k单×T1)＝T1∑E1k单以及E2总＝E2单×T2，得到/>
进一步地，若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有
本发明还提供了井群系统综合以电折水系数计算装置，所述井群系统包括N眼水井、蓄水池、N台一级提水水泵和1台二级提水水泵，N台一级提水水泵用于分别从N眼水井向所述蓄水池抽水，进行一级提水，1台二级提水水泵用于将所述蓄水池的水送入滴灌系统，进行二级提水，灌溉期内N台一级提水水泵同开同停；所述井群系统综合以电折水系数的计算装置包括：流量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录Q1k测、Q2测，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量；电量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录E1k测、E2测，其中，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量；时长监测模块，用于在抽水试验过程中，记录t1k、t2，其中，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；计算模块，用于根据计算井群系统的综合以电折水系数TC。
进一步地，若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有
本发明还提供了井群系统分级提水能耗量计算方法，所述井群系统包括N眼水井、蓄水池、N台一级提水水泵和1台二级提水水泵，N台一级提水水泵用于分别从N眼水井向所述蓄水池抽水，进行一级提水，1台二级提水水泵用于将所述蓄水池的水送入滴灌系统，进行二级提水，灌溉期内N台一级提水水泵同开同停；在抽水试验过程中，记录Q1k测、E1k测、t1k、Q2测、E2测和t2，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；则有一级提水能耗占比二级提水能耗占比为：/>其中，E总为灌溉期内井群系统的用电量，E1总为一级提水用电量，E2总为二级提水用电量。
进一步地，若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有
本发明还提供了井群系统分级提水能耗量计算装置，所述井群系统包括N眼水井、蓄水池、N台一级提水水泵和1台二级提水水泵，N台一级提水水泵用于分别从N眼水井向所述蓄水池抽水，进行一级提水，1台二级提水水泵用于将所述蓄水池的水送入滴灌系统，进行二级提水，灌溉期内N台一级提水水泵同开同停；所述井群系统分级提水能耗量计算装置包括：流量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录Q1k测、Q2测，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量；电量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录E1k测、E2测，其中，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量；时长监测模块，用于在抽水试验过程中，记录t1k、t2，其中，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；计算模块，用于根据计算一级提水能耗占比和二级提水能耗占比。
进一步地，若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有
本发明至少包括以下有益效果：
本发明将水井、蓄水池视作一个井群系统，并从整体角度考量系统中的全部抽水、用电行为，计算出该井群系统的综合以电折水系数，实现了利用该系统唯一电表，计算出地下水开采量的目的，克服了现有技术的缺陷；本发明还能够计算井群系统的分级提水能耗量，用于衡量各级提水行为的能耗水平。
本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
本申请的实施例提供了井群系统的综合以电折水系数计算方法，所述井群系统包括N眼水井、蓄水池、N台一级提水水泵和1台二级提水水泵，N台一级提水水泵用于分别从N眼水井向所述蓄水池抽水，进行一级提水，1台二级提水水泵用于将所述蓄水池的水送入滴灌系统，进行二级提水，灌溉期内N台一级提水水泵同开同停；
所述井群系统综合以电折水系数的计算方法包括：
S1：分别对N台一级提水水泵和1台二级提水水泵开展抽水试验，每次试验时，仅开启1台水泵进行抽水；利用外挂式管道超声波流量计和井群现有的共用电表，记录试验过程中水泵的抽水量和用电量，同时记录试验时长，完成全部N+1次试验后，获得如下试验数据：
Q1k测：第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量；
E1k测：第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量；
t1k：第k台一级提水水泵的抽水试验时长；
Q2测：二级提水水泵在抽水试验中的抽水量；
E2测：二级提水水泵在抽水试验中的用电量；
t2：二级提水水泵的抽水试验时长；
S2：计算井群系统的综合以电折水系数；设井群系统在某完整灌溉期内的灌溉水量为Q总，用电量为E总，井群系统的综合以电折水系数为TC，则有：
TC＝Q总/E总 (公式1)
设该灌溉期中，井群系统的一级提水量为Q1总，二级提水量为Q2总，一级提水用电量为E1总，二级提水用电量为E2总，在忽略蓄水池少量的蒸散损失和残留水量条件下，有如下关系：
Q总＝Q1总＝Q2总 (公式2)
E总＝E1总+E2总 (公式3)
为了以最快速度蓄满蓄水池，一级提水水泵以同开同停的方式进行抽水，设Q1k为灌溉期内第k台一级提水水泵的总抽水量，Q1k单为第k台一级提水水泵的单位时间抽水量，E1k为灌溉期内第k台一级提水水泵的总用电量，E1k单为第k台一级提水水泵的单位时间用电量，T1为灌溉期内一级提水水泵同时运行的时间，Q2单为二级提水水泵的单位时间抽水量，E2单为二级提水水泵的单位时间用电量，T2为灌溉期内二级提水水泵的运行时间，则有：
Q1总＝∑Q1k＝∑(Q1k单×T1)＝T1∑Q1k单 (公式4)
Q2总＝Q2单×T2 (公式5)
E1总＝∑E1k＝∑(E1k单×T1)＝T1∑E1k单 (公式6)
E2总＝E2单×T2 (公式7)
利用步骤S1中取得的试验数据，可计算得到Q1k单、E1k单、Q2单、E2单，如下：
Q1k单＝Q1k测/t1k (公式8)
Q2单＝Q2测/t2 (公式9)
E1k单＝E1k测/t1k (公式10)
E2单＝E2测/t2(公式11)
利用公式2、4、5、8和9，可计算得到T1与T2间关系，如下：
或
将步骤S2中上述各公式联立，计算井群系统的综合以电折水系数TC，可得：也就是说，根据本公式，能够仅通过统计一级提水水泵同时运行的时间和二级提水水泵的运行时间，再结合抽水试验得到的第k台一级提水水泵的单位时间抽水量、第k台一级提水水泵的单位时间用电量和二级提水水泵的单位时间用电量，即可方便地计算综合以电折水系数，用于地下水开采量的计算。
在另一个实施例中，根据T1和T2的关系，得到也就是说，本实施例可以仅仅通过抽水试验得到的数据进行综合以电折水系数的计算，无需统计T1和T2，相比上一实施例，更加简便。
在另一个实施例中，通过对抽水试验的调整，进一步简化了计算方法，即若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有从而无需统计抽水试验时长t1k。
本申请的实施例还提供了井群系统综合以电折水系数计算装置，包括：
流量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录Q1k测、Q2测，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量；可选地，流量监测模块为设置在各抽水管道上的流量计，如超声波流量计；
电量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录E1k测、E2测，其中，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量；电量监测模块为电表，可采用井群系统唯一的电表实现；
时长监测模块，用于在抽水试验过程中，记录t1k、t2，其中，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；时长监测模块为计时器，根据电表的运转情况，确定抽水试验时长；
计算模块，用于根据计算井群系统的综合以电折水系数TC；计算模块可以是后台终端、服务器，获取流量监测模块、电量监测模块、时长监测模块的数据后，进行TC的计算。
在另一个实施例中，通过对抽水试验的调整，进一步简化了计算方法，即若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有从而无需统计抽水试验时长t1k。
本申请的实施例还提供了井群系统分级提水能耗量计算方法，灌溉期内，井群系统的总抽水用电量为E总，一级提水用电量为E1总，二级提水用电量为E2总，根据公式3、6、7、10、11、12(或13)，计算可得，
井群系统一级提水能耗占比为：
井群系统二级提水能耗占比为：
公式16、17中，一级提水能耗占比、二级提水能耗占比以步骤S1中的试验数据形式表达，即仅需对井群系统中的水泵进行基础的抽水试验，便可利用试验数据和公式16、17计算出井群系统的分级提水能耗占比。
在另一个实施例中，通过对抽水试验的调整，进一步简化了计算方法，即若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有：
无需统计抽水试验时长t1k。
本申请的实施例还提供了井群系统分级提水能耗量计算装置，包括：
流量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录Q1k测、Q2测，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量；可选地，流量监测模块为设置在各抽水管道上的流量计，如超声波流量计；
电量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录E1k测、E2测，其中，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量；电量监测模块为电表，可采用井群系统唯一的电表实现；
时长监测模块，用于在抽水试验过程中，记录t1k、t2，其中，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；时长监测模块为计时器，根据电表的运转情况，确定抽水试验时长；
计算模块，用于根据和/>计算一级提水能耗占比和二级提水能耗占比；计算模块可以是后台终端、服务器，获取流量监测模块、电量监测模块、时长监测模块的数据后，进行/>和/>的计算。
在另一个实施例中，通过对抽水试验的调整，进一步简化了计算方法，即若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有：
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明井群系统综合以电折水系数、分级提水能耗量计算方法及装置的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的实施例。

Claims (9)

1.井群系统综合以电折水系数计算方法，其特征在于，所述井群系统包括N眼水井、蓄水池、N台一级提水水泵和1台二级提水水泵，N台一级提水水泵用于分别从N眼水井向所述蓄水池抽水，进行一级提水，1台二级提水水泵用于将所述蓄水池的水送入滴灌系统，进行二级提水，灌溉期内N台一级提水水泵同开同停；
所述井群系统综合以电折水系数的计算方法包括：
对N台一级提水水泵和1台二级提水水泵进行抽水试验，利用试验数据，计算得到Q1k单、E1k单、Q2单、E2单，其中，Q1k单为第k台一级提水水泵的单位时间抽水量，E1k单为第k台一级提水水泵的单位时间用电量，Q2单为二级提水水泵的单位时间抽水量，E2单为二级提水水泵的单位时间用电量，k为1、2、3……N；
记录灌溉期内一级提水水泵运行的时间T1和二级提水水泵的运行时间T2，结合Q总＝Q1总＝Q2总，E总＝E1总+E2总，计算井群系统的综合以电折水系数TC，其中，Q总和E总分别为灌溉期内井群系统的灌溉水量和用电量，Q1总为一级提水量，Q2总为二级提水量，E1总为一级提水用电量，E2总为二级提水用电量。
2.如权利要求1所述的井群系统综合以电折水系数计算方法，其特征在于，在抽水试验过程中，记录Q1k测、E1k测、t1k、Q2测、E2测和t2，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量水量，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；
根据Q1总＝∑(Q1k单×T1)＝T1∑Q1k单、Q2总＝Q2单×T2、Q1k单＝Q1k测/t1k、Q2单＝Q2测/t2，得到再结合E1总＝∑E1k＝∑(E1k单×T1)＝T1∑E1k单以及E2总＝E2单×T2，得到/>
3.如权利要求1所述的井群系统综合以电折水系数计算方法，其特征在于，若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有
4.井群系统综合以电折水系数计算装置，其特征在于，所述井群系统包括N眼水井、蓄水池、N台一级提水水泵和1台二级提水水泵，N台一级提水水泵用于分别从N眼水井向所述蓄水池抽水，进行一级提水，1台二级提水水泵用于将所述蓄水池的水送入滴灌系统，进行二级提水，灌溉期内N台一级提水水泵同开同停；
所述井群系统综合以电折水系数的计算装置包括：
流量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录Q1k测、Q2测，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量；
电量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录E1k测、E2测，其中，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量；
时长监测模块，用于在抽水试验过程中，记录t1k、t2，其中，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；
计算模块，用于根据计算井群系统的综合以电折水系数TC。
5.如权利要求4所述的井群系统综合以电折水系数计算装置，其特征在于，若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有
6.井群系统分级提水能耗量计算方法，其特征在于，所述井群系统包括N眼水井、蓄水池、N台一级提水水泵和1台二级提水水泵，N台一级提水水泵用于分别从N眼水井向所述蓄水池抽水，进行一级提水，1台二级提水水泵用于将所述蓄水池的水送入滴灌系统，进行二级提水，灌溉期内N台一级提水水泵同开同停；
在抽水试验过程中，记录Q1k测、E1k测、t1k、Q2测、E2测和t2，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；
则有一级提水能耗占比二级提水能耗占比为：其中，E总为灌溉期内井群系统的用电量，E1总为一级提水用电量，E2总为二级提水用电量。
7.如权利要求6所述的井群系统分级提水能耗量计算方法，其特征在于，若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有：
8.井群系统分级提水能耗量计算装置，其特征在于，所述井群系统包括N眼水井、蓄水池、N台一级提水水泵和1台二级提水水泵，N台一级提水水泵用于分别从N眼水井向所述蓄水池抽水，进行一级提水，1台二级提水水泵用于将所述蓄水池的水送入滴灌系统，进行二级提水，灌溉期内N台一级提水水泵同开同停；
所述井群系统分级提水能耗量计算装置包括：
流量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录Q1k测、Q2测，其中，Q1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的抽水量，Q2测为二级提水水泵在抽水试验中的抽水量；
电量监测模块，用于在抽水试验过程中，记录E1k测、E2测，其中，E1k测为第k台一级提水水泵在抽水试验中的用电量，E2测为二级提水水泵在抽水试验中的用电量；
时长监测模块，用于在抽水试验过程中，记录t1k、t2，其中，t1k为第k台一级提水水泵的抽水试验时长，t2为二级提水水泵的抽水试验时长；
计算模块，用于根据和/>计算一级提水能耗占比和二级提水能耗占比。
9.如权利要求8所述的井群系统分级提水能耗量计算装置，其特征在于，若每台一级提水水泵的抽水试验时长t1k相等，则有：
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