CN117669978A - 一种面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，包括：根据用水行为对生活用水需求进行分级，确定可优化调控阈值区间；建立可优化调控阈值区间与干旱程度、外部因素之间的关系，确定不同干旱程度下的可优化调控阈值区间；根据不同干旱程度下的可优化调控阈值区间求解不同干旱程度下的实际需水量。本发明通过对生活用水需求进行分级，实现生活用水户不同层次需水量的合理调控，能够有效提高居民生活用水效率，合理调控居民生活用水过快增长，节约水资源。
Description
技术领域
本发明属于水资源管理技术领域，具体涉及一种面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法。
背景技术
在全球持续变暖背景下，极端干旱事件发生频率和强度不断增加。应对不同等级干旱事件时，水行政管理部门如何根据用水户实际需求(而非潜在需求)提供精准的供水策略成为关键。鉴于不同干旱条件下，用水对象耐受极限和耐受范围存在差异性，有必要立足于干旱对用水户心理要素产生影响、间接导致用水行为发生变化的客观现象进行研究，科学核定用水户的需水分级阈值，并根据不同干旱程度对同一层级阈值内进行阈值调控以获得实际用水需求。目前，马斯洛需求层次理论能够实现用水户层级属性的定性划分，即用水户的需求包括生理需求，安全需求，社交需求，尊重需求和自我实现。但是当前水资源需求分级的研究关注分级需求的定义、内涵等定性分析，例如侯保灯等《水资源需求层次理论和初步实践》；需水分级阈值的确定多为经验估计确定，例如《城市居民生活用水量标准》(GB/T50331-2002)，是根据当地人口规模、人均水资源量、气候条件和生活习惯等因素，按节水优先原则合理确定了不同级别的用水量指标上限阈值，而各分级需水的阈值及其与潜在需水之间的关系并无定量确定方法；现有的针对需水分级阈值的调控方法尚不成熟。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明旨在针对生活用水户，提出一种面向不同干旱程度的生活需水分级阈值调控方法，最终确定合理的用水户实际需求。
为实现上述目的，本发明提供一种面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，所述方法包括以下步骤：
S100：根据用水行为对生活用水需求进行分级，确定可优化调控阈值区间；
S200：建立可优化调控阈值区间与干旱程度、外部因素之间的关系，确定不同干旱程度下的可优化调控阈值区间；
S300：根据不同干旱程度下的可优化调控阈值区间求解不同干旱程度下的实际需水量。
进一步的，S100所述根据用水行为对生活用水需求进行分级具体包括：将生活用水需求分为刚性用水需求、弹性用水需求和奢侈用水需求三个层级。
进一步的，所述弹性用水需求包括洗浴洗漱、洗衣、冲厕、卫生清洁共四类用水需求。
进一步的，S100所述可优化调控阈值区间为刚性用水需求上限与弹性用水需求上限之间的范围。
进一步的，S200所述建立可优化调控阈值区间与干旱程度、外部因素之间的关系，确定不同干旱程度下的可优化调控阈值区间具体包括以下步骤：
S201：分析不同干旱程度通过外部因素对可优化调控阈值区间的解释程度，筛选出解释程度高的外部因素。
S202：建立可优化调控阈值区间与干旱程度、解释程度高的外部因素之间的关系。
S203：根据日常状态下可优化调控阈值区间确定不同干旱程度下的可优化调控阈值区间范围。
进一步的，所述干旱程度通过干旱强度和干旱持续时间进行表征。
进一步的，S300所述不同干旱程度下的实际需水量通过以下公式计算：
obj MAX Wd(i，t)＝BDeqact(i，t)+BOt[qel(i，t)-qact(i，t)]
qri≤qact(i，t)≤qel(i，t)
BDe：BOt＝1：XO
其中，Wd(i，t)为生活需水调控的综合效益；i为干旱强度；t为干旱持续时间；BDe、BOt分别为生活用水户、其他用水户的边际效益，两者为比较级关系，采用专家打分法确定XO；qact(i，t)为生活用水户实际需水量人均用水量；qri为生活用水户刚性需水阈值；qel(i，t)生活用水弹性需水阈值。
与现有技术相比，本发明能够取得下列有益效果：
本发明通过对生活用水需求进行分级，能够实现生活用水户不同层次需水量的合理调控，根据不同层次用水需求保障生活需水，能够有效提高居民生活用水效率，合理调控居民生活用水过快增长，节约水资源。
附图说明
图1为本发明具体实施方式一种面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法的流程图；
图2为本发明具体实施方式生活用水需求分级示意图；
图3为本发明具体实施方式云南省楚雄州不同区域生活需水分级阈值曲线图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
参考说明书附图1所示，本发明提供一种面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，所述方法包括以下步骤：
步骤一、根据用水行为对生活用水需求进行分级，确定可优化调控阈值区间。
根据中国城市家庭生活用水的实际情况，我们将生活用水需求分为刚性用水需求、弹性用水需求和奢侈用水需求三个层级。其中，饮用和烹饪用水是满足居民生存的最基本需求，是人类生存的基本用水权利，受外部环境因素影响较小，属于刚性用水需求，认为不可调控；洗车、花园浇洒、景观娱乐喷泉及大型游泳池的需水等被定义为奢侈用水需求，在干旱条件下均可被全部调减；而洗浴洗漱、洗衣、冲厕、卫生清洁这四类用水需求随着居民生活水平的提高而变化，呈现弹性变化模式，可视为弹性用水需求，属于可优化调控范围。
参考说明书附图2所示，本发明所指的对生活需水分级阈值的调控就是针对弹性用水需求进行调控，刚性用水需求的上限即为可优化调控阈值区间的下限，而弹性用水需求的上限即为可优化调控阈值区间的上限。
通过问卷调查收集日常生活状态下的弹性用水行为相关数据，以人均用水量表示，经整理及统计分析后，得到以下数据：①日常生活状态下，饮用和烹饪等刚性用水行为的人均用水量，可代表刚性用水需求和弹性用水需求的分界线，即可优化调控阈值区间的下限；
②日常生活状态下，洗浴洗漱、洗衣、冲厕、卫生清洁等4类弹性用水行为的人均用水量，可代表弹性用水需求和奢侈用水需求的分界线，即可优化调控阈值区间的上限；③日常生活状态下，综合分析确定水利部颁发的《服务业用水定额：宾馆》《服务业用水定额：学校》和《服务业用水定额：机关》，补充收集洗车、花园浇洒、景观娱乐喷泉及大型游泳池等用水定额数据，确定符合日常生活状态(故意浪费水等特殊情况除外)奢侈用水需求的上限。
步骤二、建立可优化调控阈值区间与干旱程度、外部因素之间的关系，确定不同干旱程度下的可优化调控阈值区间。
首先，分析不同干旱程度通过外部因素对可优化调控阈值区间的解释程度，筛选出解释程度高的外部因素。
通过问卷调查收集在假设的不同干旱条件下的弹性用水行为相关数据，以人均用水量表示。解析人均用水量与用水户性别、年龄、收入水平、所在区域气候条件等外部因素的可解释性关系。利用基于计划行为理论构建的结构方程模型(SEM模型)，分析不同干旱程度通过外部因素对四类弹性用水行为的解释程度，筛选出解释程度高的外部因素。
需要说明的是，结构方程模型是基于变量的协方差矩阵来分析变量之间关系的一种统计方法，是一种验证性的方法，通常在理论引导下建立假设模型图，本发明使用的是AMOS软件在计划行为理论指导下建立假设模型，分别输入问卷基本信息(性别、年龄、居住地等)以及不同干旱程度下不同季节的用水数据，采用极大似然法，将样本数据变化成为符合多变量正态性假定，筛选出解释程度高的因素。例如，“季节与用水量相关关系解释性”比“性别与用水量相关关系解释性”强，即季节因素比性别因素的解释程度高。
然后，建立可优化调控阈值区间与干旱程度、解释程度高的外部因素之间的统计关系，由此可知不同干旱程度下可优化调控阈值区间与日常状态下可优化调控阈值区间之间的关系。
最后，根据日常状态下可优化调控阈值区间确定不同干旱程度下的可优化调控阈值区间范围。
参考说明书附图2所示的生活用水需求分级，由于刚性用水需求属于不可调控范围，因此可优化调控阈值区间下限(即刚性需水量上限阈值)不会随着干旱程度变化而变化，而可优化调控阈值区间的上限则对应不同干旱程度的弹性需水量上限阈值。因此，确定可优化调控阈值区间主要是求解以下几类上限阈值：刚性需水量上限阈值、日常状态下的弹性需水量上限阈值、不同干旱程度下的弹性需水量上限阈值。求解方法如下：
将问卷调查获得的每种用水行为的统计值进行随机函数分布处理，按照定额法计算各种用水行为的用水量。计算公式如下：
Wj,nm＝CTE
其中，wj，nm为日常状态下(非干旱)各类用水行为的用水量，j取值为1～6，分别表示饮用、烹饪、洗浴洗漱、洗衣、冲厕、卫生清洁等六类用水行为；Cj为各类用水行为的用水频率；Tj为各类用水行为的用水时长；Ej为各类用水行为的用水效率，用水效率取值主要参考《节水型生活用水器具》(CJT164-2014)；Wlux为日常状态下的弹性需水量上限阈值；Wrig为刚性需水量上限阈值；Wels，dr为不同干旱程度dr下的弹性需水量上限阈值，wj，dr为不同干旱程度dr下各类用水行为的用水量，dr为干旱强度与干旱持续时间的事件D组合。
步骤三、根据不同干旱程度下的可优化调控阈值区间求解不同干旱程度下的实际需水量。
不同干旱程度下的可优化调控阈值区间范围确定后，采用优化求解方法确定实际需水量(以人均用水量表示)，具体公式如下：
obj MAX Wd(i，t)＝BDeqact(i，t)+BOt[qel(i，t)-qact(i，t)]
qri≤qact(i，t)≤qel(i，t)
BDe：BOt＝1：XO
其中，Wd(i，t)为生活需水调控的综合效益；i为干旱强度；t为干旱持续时间；BDe、BOt分别为生活用水户、其他用水户的边际效益，两者为比较级关系，采用专家打分法确定XO；qace(i，t)为生活用水户实际需水量人均用水量；qri为生活用水户刚性需水阈值；qel(i，t)生活用水弹性需水阈值。上述优化方程采用GAMS内置LP线性求解器求解。
本发明采用干旱强度和干旱持续时间来表征干旱程度。特别说明的是，干旱强度和干旱持续时间是动态变化的过程，以实际情况举例，当遭遇第一个夏季干旱时，决策者号召大家减少洗澡次数，通常用水户心理上很难接受；当连续三年夏季干旱时，用水户的心理上一般更容易接受，因为一是有了心理准备知道遭遇干旱的常规措施有哪些，二是有了前车之鉴知道如果不减少洗澡次数可能将面临后期无水可饮的困难处境。
实施例1
以云南省楚雄州为例，参考说明书附图3所示，绘制不同区域生活需水分级阈值曲线，其中A区域为刚性需水阈值区间，B区域为弹性需水阈值区间，C区域为奢侈性阈值区间。根据云南省问卷调查分析结果显示，不同干旱程度(90％，95％，97％)对应的可优化调控阈值上限有所变化，分别用虚线表示。可优化调控阈值的下限即为刚性需水量的上限，也是日常状态下用水户心理能够接受的最低用水量。
以2010-2012年云南省楚雄州历时3年干旱为例，在已知2010年已发生干旱，预测2012年仍将干旱时，决策者可在2012年2月中旬至下旬小麦孕穗期这一关键期，通过限制居民用水(可采取分时段供水)减少生活用水量约17.9万m3(占生活总用水量的39.8％)。通过水量置换方式，将水优先满足元谋灌区等灌区的小麦种植，小麦产量可提高80％，人饮等刚性需求不受影响。
以上所述实施例仅表达了本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (7)
1.一种面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
S100：根据用水行为对生活用水需求进行分级，确定可优化调控阈值区间；
S200：建立可优化调控阈值区间与干旱程度、外部因素之间的关系，确定不同干旱程度下的可优化调控阈值区间；
S300：根据不同干旱程度下的可优化调控阈值区间求解不同干旱程度下的实际需水量。
2.根据权利要求1所述的面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，其特征在于，S100所述根据用水行为对生活用水需求进行分级具体包括：将生活用水需求分为刚性用水需求、弹性用水需求和奢侈用水需求三个层级。
3.根据权利要求2所述的面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，其特征在于，所述弹性用水需求包括洗浴洗漱、洗衣、冲厕、卫生清洁共四类用水需求。
4.根据权利要求2所述的面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，其特征在于，S100所述可优化调控阈值区间为刚性用水需求上限与弹性用水需求上限之间的范围。
5.根据权利要求1所述的面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，其特征在于，S200所述建立可优化调控阈值区间与干旱程度、外部因素之间的关系，确定不同干旱程度下的可优化调控阈值区间具体包括以下步骤：
S201：分析不同干旱程度通过外部因素对可优化调控阈值区间的解释程度，筛选出解释程度高的外部因素。
S202：建立可优化调控阈值区间与干旱程度、解释程度高的外部因素之间的关系。
S203：根据日常状态下可优化调控阈值区间确定不同干旱程度下的可优化调控阈值区间范围。
6.根据权利要求1所述的面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，其特征在于，所述干旱程度通过干旱强度和干旱持续时间进行表征。
7.根据权利要求6所述的面向不同干旱程度的生活需水分级阈值的调控方法，其特征在于，S300所述不同干旱程度下的实际需水量通过以下公式计算：
objMAXWd(i,t)＝BDeqact(i,t)+BOt[qel(i,t)-qact(i,t)]
qri≤qact(i,t)≤qel(i,t)
BDe：BOt＝1：XO
其中，Wd(i,t)为生活需水调控的综合效益；i为干旱强度；t为干旱持续时间；BDe、BOt分别为生活用水户、其他用水户的边际效益，两者为比较级关系，采用专家打分法确定XO；qact(i,t)为生活用水户实际需水量人均用水量；qri为生活用水户刚性需水上限阈值；qel(i,t)生活用水户弹性需水上限阈值。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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