一种基于概率密度的生活用水层次评价方法技术

本发明专利技术涉及一种基于概率密度的生活用水层次评价方法，包括：用水分类；按用水行为类别统计用水量；制作用水类型记录；水量划分为三个用水区间；计算单个用水行为类别的三个层次用水量；计算总的三个层次用水量。本发明专利技术对居民生活用水开展各种用水行为的监测，得到不同类型居民家庭生活用水系列值。对居民不同用水行为系列值进行频率分析，得到概率密度图，在系列平均值基础上，分别左右移动一定的概率区间，进而划分刚性用水、弹性用水和奢侈用水区间，计算刚性用水、弹性用水和奢侈用水比例，将各用水行为分别相加得到居民家庭生活的刚性、弹性、奢侈三层次用水量，进行分别计算，得到居民用水量的精确评价。

【技术实现步骤摘要】
一种基于概率密度的生活用水层次评价方法
本专利技术涉及一种基于概率密度的生活用水层次评价方法，是一种水资源保护和利用的评价方法，是一种城市生活用水资源的保护和评价方法。
技术介绍
随着城镇化的快速发展，城镇人口规模不断扩大，居民生活水平不断提升，与居民生活紧密相关的第三产业也进入了高速发展阶段，这些都促使了城镇居民生活用水的持续显著增长，甚至部分中心城市的城镇居民生活用水量先后超过工业用水量和农业用水量。以一个大型城市为例，2016年的生活用水量、工业用水量和农业用水量分别为17.8、3.8和6.0亿立方米，生活用水量远超过工业与农业用水量之和。从用水量上，生活用水方面还存在很大的节水潜力，尤其是在城镇居民生活用水方面，通过精细化管理，还能够节约大量的用水。然而现有的情况是，对居民用水量的统计不够完善、精细，没有实用有效的统计计算方式，无法精细化的描述居民家庭生活用水的规律特征，使水资源精细化管理缺乏科学的依据。
技术实现思路
为了克服现有技术的问题，本专利技术提出了一种基于概率密度的生活用水层次评价方法。所述的方法通过物联网对家庭不同的用水终端进行流量统计，通过概率密度分析将用水分为三个层次，建立科学的用水评价方法，为水资源精细化管理的理论与方法提供科学的依据。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于概率密度的生活用水层次评价方法，所述的方法包括如下步骤：步骤1，用水分类的步骤：按照居民生活用水行为的类型和特点，将居民生活用水细分为饮用、烹饪、洗漱、洗浴、洗衣、冲厕、拖地、养殖八种用水行为类别，用i表示八种用水行为类别之一的一种用水行为类别；步骤2，按用水行为类别统计用水量的步骤：按照用水行为类别的分类在研究区域的家庭各个用水终端设置在线流量自动监测计量设备；步骤3，制作用水类型记录的步骤：记录各个用水终端的用水时间和用水量，得到不同类型居民家庭生活用水系列值；步骤4，水量划分为三个用水区间的步骤：对系列值进行频率分析，划分刚性、弹性和奢侈三个用水区间，划分方式为：令f(Q)为概率密度函数，Qa是用水量最小值，Qb是用水量最大值，Qv是用水量平均值；定义在用水量平均值Qv基础上左移m％概率区间所对应的用水量为Qm，即刚性用水与弹性用水的分界点，小于此点的系列值即为刚性用水，刚性用水区间为[Qa，Qm]，m为弹性用水区间的下限参数，取值范围取决于用水行为类别；定义在用水量平均值Qv基础上右移n％概率区间所对应的用水量为Qn，即弹性用水与奢侈用水的分界点，大于此点的系列值即为奢侈用水，奢侈用水区间为[Qn，Qb]，n为弹性用水区间的上限参数，取值范围取决于用水行为类别；[Qm，Qn]之间的系列值即为弹性用水区间，其中：步骤5，计算单个用水行为类别的三个层次用水量的步骤：对于家庭居民生活第i种用水行为类别的刚性、弹性和奢侈用水量的计算：令si和Xi分别为样本值落在刚性用水区间[Qai，Qmi]内第i种用水行为类别的样本数量以及样本值之和，其中，Qai、Qmi为第i种用水行为类别的Qa、Qm；令ei和Yi分别为样本值落在弹性用水区间[Qmi，Qni]内第i种用水行为类别的样本数量以及样本值之和，其中，Qni为第i种用水行为类别的Qn；令li和Zi分别为样本值落在奢侈用水区间[Qni，Qbi]内第i种用水行为类别的样本数量以及样本值之和，其中，Qbi为第i种用水行为类别的Qb；则，对于家庭居民生活第i种用水行为类别的用水量wi而言：wi＝W总*αi其中，wi为研究区域内第i种用水行为类别的用水量，W总为研究区域内居民生活总的用水量，αi为第i种用水行为类别的不同用水行为的用水比例；第i种用水行为类别的总刚性用水量为：第i种用水行为类别的总弹性用水量为：第i种用水行为类别的总奢侈用水量为：其中，Ci为第i个用水行为类别的数值序列的所有样本值之和；步骤6，计算总的三个层次用水量的步骤：将研究区域各个用水行为类别的刚性用水量、弹性用水量和奢侈用水量三个层次用水量分别相加，得到研究区域总的刚性用水量、总的弹性用水量和总的奢侈用水量，以及各自在总用水量中所占比例，得到居民家庭生活进行刚性、弹性、奢侈用水层次评价。进一步的，所述的弹性用水区间下限参数m和弹性用水区间上限参数n的取值范围：饮用、烹饪行为类别，取m％＝0，n％＝30％；洗漱、洗浴、洗衣行为类别，取m％＝15％，n％＝20％；冲厕、拖地行为类别，取m％＝25％，n％＝10％；养殖行为类别，取m％＝30％，n％＝0。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术将居民生活用水行为细分为饮用、烹饪、洗漱、洗浴、洗衣、冲厕、拖地、养殖等八种用水行为，开展不同家庭类型、不同收入水平下的居民生活各种用水行为的用水量监测，得到不同类型居民家庭生活用水系列值。对居民不同用水行为系列值进行频率分析，得到概率密度图，在系列平均值基础上，分别左右移动一定的概率区间，进而划分刚性用水、弹性用水和奢侈用水区间，计算刚性用水、弹性用水和奢侈用水比例，将各用水行为分别相加得到居民家庭生活的刚性、弹性、奢侈三层次用水量，进行分别计算，得到居民用水量的精确评价。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步说明。图1是本专利技术的实施例一所述方法流程图；图2是本专利技术的实施例一所述的居民家庭生活用水行为系列概率密度分布和层次化需水示意图。具体实施方式实施例一：本实施例是一种基于概率密度的生活用水层次评价方法。所述方法的基本思路是：生活用水是人类日常生活的基本需求，在居民家庭生活中，除必须的饮用、烹饪需水外，洗浴、洗衣、冲厕等需水也随着生活水平的提高而有所增长。生活用水可细分为四大类型，即：①维持人类生存的饮用水(饮用、烹饪)；②维持个人卫生用水(如洗漱、洗浴、洗衣等)；③维持家庭卫生用水(如冲厕、拖地等)；④人类娱乐休闲用水(如养殖等)。结合生活用水类型的必要性和优先级，将生活用水分为刚性用水、弹性用水、奢侈用水三个层次。其中，刚性用水是指维持居民生存的基本水量，需优先保障；弹性用水是指维持一定生活水平和品质所需的水量，应尽可能提高用水效率，进行动态调控；奢侈用水是指居民生活过程中因用水观念、习惯、器具落后等带来用水效率低所消耗的多余水量，应通过各种措施进行调减压缩。以往统计均采用人工方式，统计的误差较大，以及人为因素等问题，精确统计的难度较大。由于物联网的发展能够通过设备自动进行统计，消除了人为因素，并且可以全时自动化统计，统计的精度大大提高。本实施例正是利用了这一现代科技的成果，利用其统计的精确性和全时性，实现了用水行为的精细分类和对各个用水行为的细化统计。本实施例所述方法包括如下具体步骤，流程如图1所示：步骤1，用水分类的步骤：按照居民生活用水行为的类型和特点，将居民生活用水细分为饮用、烹饪、洗漱、洗浴、洗衣、冲厕、拖地、养殖八种用水行为类别，用i表示八种用水行为类别之一的一种用水行为类别。本实施例的用水行为类别的分类是根据现有城市中的用水状态和用水习惯所做的，并考虑设置在线流量自动监测计量设备的可操作性。由于一些家庭已经将直接进入人体的水和卫生用水分开，有部分使用了中水，因此，仅仅计量自来水的用量已经不能满足对家庭整体用水的统计要求，细分用水行为类别势在必行。步骤2，按用水行为类别统计用水量的步骤：按照用水行为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于概率密度的生活用水层次评价方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：步骤1，用水分类的步骤：按照居民生活用水行为的类型和特点，将居民生活用水细分为饮用、烹饪、洗漱、洗浴、洗衣、冲厕、拖地、养殖八种用水行为类别，用i表示八种用水行为类别之一的一种用水行为类别；步骤2，按用水行为类别统计用水量的步骤：按照用水行为类别的分类在研究区域的家庭各个用水终端设置在线流量自动监测计量设备；步骤3，制作用水类型记录的步骤：记录各个用水终端的用水时间和用水量，得到不同类型居民家庭生活用水系列值；步骤4，水量划分为三个用水区间的步骤：对系列值进行频率分析，划分刚性、弹性和奢侈三个用水区间，划分方式为：令f(Q)为概率密度函数，Qa是用水量最小值，Qb是用水量最大值，Qv是用水量平均值；定义在用水量平均值Qv基础上左移m％概率区间所对应的用水量为Qm，即刚性用水与弹性用水的分界点，小于此点的系列值即为刚性用水，刚性用水区间为[Qa，Qm]，m为弹性用水区间的下限参数，取值范围取决于用水行为类别；定义在用水量平均值Qv基础上右移n％概率区间所对应的用水量为Qn，即弹性用水与奢侈用水的分界点，大于此点的系列值即为奢侈用水，奢侈用水区间为[Qn，Qb]，n为弹性用水区间的上限参数，取值范围取决于用水行为类别；[Qm，Qn]之间的系列值即为弹性用水区间，其中：...

【技术特征摘要】
1.一种基于概率密度的生活用水层次评价方法，其特征在于，所述的方法包括如下步骤：步骤1，用水分类的步骤：按照居民生活用水行为的类型和特点，将居民生活用水细分为饮用、烹饪、洗漱、洗浴、洗衣、冲厕、拖地、养殖八种用水行为类别，用i表示八种用水行为类别之一的一种用水行为类别；步骤2，按用水行为类别统计用水量的步骤：按照用水行为类别的分类在研究区域的家庭各个用水终端设置在线流量自动监测计量设备；步骤3，制作用水类型记录的步骤：记录各个用水终端的用水时间和用水量，得到不同类型居民家庭生活用水系列值；步骤4，水量划分为三个用水区间的步骤：对系列值进行频率分析，划分刚性、弹性和奢侈三个用水区间，划分方式为：令f(Q)为概率密度函数，Qa是用水量最小值，Qb是用水量最大值，Qv是用水量平均值；定义在用水量平均值Qv基础上左移m％概率区间所对应的用水量为Qm，即刚性用水与弹性用水的分界点，小于此点的系列值即为刚性用水，刚性用水区间为[Qa，Qm]，m为弹性用水区间的下限参数，取值范围取决于用水行为类别；定义在用水量平均值Qv基础上右移n％概率区间所对应的用水量为Qn，即弹性用水与奢侈用水的分界点，大于此点的系列值即为奢侈用水，奢侈用水区间为[Qn，Qb]，n为弹性用水区间的上限参数，取值范围取决于用水行为类别；[Qm，Qn]之间的系列值即为弹性用水区间，其中：步骤5，计算单个用水行为类别的三个层次用水量的步骤：对于家庭居民生活第i种用水行为类别的刚性、弹性和奢侈用水量的计算：令si和Xi分别为样本值落在刚性用水区间...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵勇，王丽珍，王建华，李海红，刘寒青，王浩，翟家齐，朱永楠，肖伟华，侯保灯，王庆明，姜珊，李想，胡钧鑫，
申请(专利权)人：中国水利水电科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11