城市用水模式测试方法探讨_模式分类

论文导读:：实测用户用水模式的目的是获得不同类型用户的连续用水规律。经济结构是用水模式分类的一个导向。为后续用水模式测试的类型划分和用户选择提供依据。
关键词：用水模式，模式分类，模式测试
 

1.概述

用户用水模式（用水量变化曲线）能够反映城市各类型用户全天用水变化的统计规律，是了解一个城市用水情况的重要依据。实测用户用水模式的目的是获得不同类型用户的连续用水规律，了解各种类型用户用水模式，并应用于管网建模的节点流量计算。所以，用水模式的测试和校准确认是建立管网的重要步骤，也是管网建模中最重要的工作之一^[1]。

对一个城市用水模式的测试，包括该城市主要用水特征（模式调查）、用水模式及典型用户的选取（模式数量确定）、测试方法与步骤（模式测试布局）、模式的形成（测试数据处理）等五个方面。用户调查工作是对用户的用水方式进行调查了解，是用水模式划分的基础，通过调查可以合理的简化合并一些用户用水类型。以下对用水模式用户的选取，分析以及测试进行详细的介绍。

2.用水模式调查

用水模式调查主要是为了掌握一个城市的用水特征，为后续用水模式测试的类型划分和用户选择提供依据，调查内容包括：

（1）经济结构

用水模式受地方的经济结构影响很大。不管是人为规划还是自然形成，经济结构是用水模式分类的一个导向，也是各类型用水占总用水比例大小的一个决定因素。

（2）营业收费系统

营业收费系统记录了水司历年的水费收入，通过分析水司营收系统的用户信息可以初步确定城市用户情况，包括：各类型用户的位置分布、平均用水量、用水人口分布及人均用水量数据等。根据用水量大小的不同，将用户划分为大用户和一般用户，并选择部分大用户做为调查对象，进行归类、分析，以保证调查的典型性模式分类，考虑的因素包括：上班制度（一班制、二班制、三班制）、淡旺季用水情况、法定节假日和休假制度、周末上班情况等。

（3）选择多个具有典型性的用户

通过对用户的筛选，可以减少调查的工作量，提高调查的效率。筛选后的待调查用户不仅更加精炼，还使调查更具有针对性，有利于把握重要用户的用水模式，筛选原则包括：①根据用水种类，选取用户的用水模式要覆盖全面；② 根据行业类型选择调查用户；③ 选取的用户具有代表性，符合城市统计用水模式和特色模式；④所选类型用户用水总量要占总水量的一定比例；⑤ 所选用户大多数具有在线水量监测的条件，以保证用水模式调查的可靠性毕业论文格式。

3.用水模式测试方案确定

用水模式的组成不同城市有各自的特点。根据城市的产业组成，用水模式的分类方法很多，但基本可以概括为以下几类：

居民类用水：普通小区、高档小区、郊县用水；

工业用水：一班制、二班制、三班制、特色产业；

其它类型：行政、商业、学校、洗浴。

（1）测试用户选取的经验和原则

在选取测试用户时，既要考虑到典型性，又要有一定的针对性，需要从多个方面综合考虑，通常可以结合以下经验和原则进行。

① 每一类用水模式能够代表整个管网中该类用户的用水趋势；

② 需要对大型生产企业、重要国家机关单位、重要医疗机构、不能断水或蓄水能力不足的大用户等单位进行测试；

③ 需要对多水源供水管网边界区的大用户进行测试；

④ 需要测试具有独立水源的大用户，并了解其内部供水特性；

⑤ 需要对现供水压力不足、地势较高区域的大用户进行测试；

⑥ 需要对投诉较为频繁的大用户进行测试；

⑦尽可能兼顾每类用户实测点在地理上分布的均匀性，同时还要考虑用户的用水与附近测点压力的关系。

（2）用水模式数量的确定

根据用户调查以及营业收费用户用水种类，把全部用水户进行归类，选取的用水模式要覆盖全面且尽量具有代表性。根据详细的用户调查，对于用水比重较大的用水类型宜细分多设几种模式，原则上用户类别划分的越细，对用水量变化规律的模拟就越准确。但考虑到实际工作量，应该对这些分类进行详细的研究，把用水性质相近的用户合并到一个类别。对于用水量占总用水量较小的类别，如果模型的精度要求不高，也可以考虑将这部分用户合并到相近的用水分类中，以降低工程成本。

（3）数据采集方法

从目前的水司实际情况出发，数据的采集方法和手段通常有两种：在线水表远传和人工抄表。在线远传需要投入大量的成本，但其后续的复用性好，可以实时、随时了解某类用水的变化规律。人工抄表在前期投入少，但抄收数据出错几率大、数据采集间隔时间长，与抄表人员本身的素质有很大的关系。最后将采集的水量数据整理成标准的格式，供模式分析时使用。

（4）用水模式测试时间的确定

用水模式测试不仅要在用户选择上具有代表性，在测试时间上也应考虑其代表性，从而使测试曲线能够代表整个管网的用水变化情况。测试时间包括总测试持续时间和数据采集间隔两个方面。总测试持续时间指的是从测试开始到结束的持续时间，一般选取一到两个星期作为周期，数据采集间隔则需要根据现场数据的采集条件确定，如在线远传水表数据则可用5分钟作为一个周期，人工抄表则可用15分钟作为一个周期。

4.用水模式数据处理

数据采集时要采用标准化统一格式，在不改变数据的前提下模式分类，将数据的存放格式转换为可进行分析比较的格式。对于用水模式原始数据，一般采用以下步骤及手段进行分析，最后得出结果和数据图表。

（1）完整性筛选

分析测试数据是否完整，对于当天有个别遗失或错误数据经过适当的补充或校正后予以保留，对当天数据遗失或错误过多的数据则直接废弃。

（2）可用性处理

检查分析对象的整体数据是否可用，抛弃异常数据较多的数据集合，或修正少量异常数据（如因手工抄表造成的）。

（3）时间序列分析

判断对于同一个对象，用水量变化是否呈周期性重现。

（4）相关性聚类分析

对比分析相同类型不同用户的用水模式是否具有相似性，把具有相似性的样本进行归并，计算出每种用户大类的用水模式。

处理采集的数据，应尽可能减少人为的操作，同时增加更多的数据量化处理方法，以此降低人为的工作量与处理误差。数据处理是保证用水模式准确性的重要环节，随着工程的开展与经验技术日益成熟，需要不断改进。在以后的数据处理中，可以通过数据采集工具的改进，布置更多的测点，而随着智能校验工具的开发，可以对采集数据自动进行校验，从而保证了用水模式的准确性和流量分配的合理性。

测试结果分析：若每个用户的用水模式曲线都有很强的日周期性重现，利用这些数据可以为每一个用户建立一个可靠的用水模式，并进一步归类分析各种用水类型的用水模式；对于同类型的不同用户的用水模式基本相同，可以归纳出一条准确、可靠的用水模式，作为该类的通用用水模式；若某类别所有用户根据目前数据无法得到令人满意的用水模式曲线，则坚决使用类型用户自身特有的用水模式作为参考数据；最后，对于用水不确定性很大的用户，从数据的科学严谨上出发，不拟合该类用水模式，而使用它的实时检测数据^[2]毕业论文格式。

5.SZ城市用水模式测试和分析实例

（1）SZ城市用水模式的调查情况

对SZ营业收费系统进行分析，根据营业收费中用户用水量的大小，把用户划分为大用户和一般用户。原则上大用户的总用水量应占城市用水量的60%以上，其对系统的用水规律变化影响较大，作为模式调查的重点。

根据营业收费中的用水种类，初步规划18类用水模式。其中，电子和居民用水所占SZ总用水比例最大，所以将这两类用水模式作为代表模式，选取用水量最大的若干用户作为典型用户进行现场调查，内容包括：上班制度、节假日上班情况、水池情况、以及周围环境是否适合人工抄表等，对所规划的类别进行确认，是否具有普遍性。

（2）SZ城市用水模式数量确定

根据SZ提供的营业收费用水类别模式分类，确定18类用水模式，对于用水规律具有较强相似性的用户用水模式进行合并，同时也将用水量较小的类别进行合并，认为他们的用水模式基本相同，以减少测试数量，合理降低工作量和工程成本。经过合并，共有7个用水分类，大大减少了工作量。

表1 将用水量较小类别进行合并

（3）SZ城市用水模式测试布局

根据营业收费数据各月份每个用户的总用水量，最终选取29家用户作为本次用水模式测试用户，其中电子类用水量比例最大，所以该类模式测试选取9家用户，以保证用水模式的可靠性。

表2 用水模式测试用户选取

此次测试主要对7种用水大类模式分类，29个用户进行8天的连续测量。测试均采用人工抄表的方式，考虑到测试条件的限制，抄表时间间隔为1小时抄一次和30分钟抄一次。将所抄数据记录在统一的表格中。测试完成后分别对数据进行完整性、可用性等筛选处理，计算各用户的综合用水模式，进行周期性与同类相似性分析，最终得出各类用水模式。

测试所选的用水大户多为企业用户，其用水时间较为平均，测试的用水量都很平稳。根据八天用户的用水情况，大部分用户用水都有其自身的周期性，居民和商业服务类的用户用水呈现较强的同类相似性，所以本次整理出来的居民和商业用水模式曲线可作为SZ该类别通用用水模式曲线使用，居民和商业类模式见下图：

图1 居民类综合用水模式

图2 商业服务业综合用水模式

6.结论

用水模式测试是管网模型建立的关键步骤，测试过程中需要制定详细的用水模式调查计划，在现有条件的基础上，选取合适的模式种类与测点个数，既降低成本，又保证了测试的质量，使得模型水量分配愈加合理性。随着科技的不断发展，对大口径水表和流量计实行远程实时监控，既为用水模式的拟合提供了充分的数据，又可以对用水模式进行动态更新，从而为提高供水管网模型精度、增长供水管网模型生命周期提供了可靠保障^[2]。

参考文献：
[1]上海三高.江门市用水模式数据分析，2008
[2]雷景峰，赖伟祥.城市供水管网系统用水模式现场测试与分析.中国建设信息水工业市场，2009