本發明涉及節水工藝領域，具體為一種節水工藝用水平衡管理系統。

背景技術：

1、水資源作為人類社會發展的重要戰略資源，其高效利用關乎經濟社會可持續發展。在農業灌溉、工業生產與城市供水等領域，節水工藝的探索與實踐成為保障水資源可持續供給的關鍵路徑。

2、當前，行業內已形成一系列較為成熟的基礎節水措施。在農業灌溉方面，通過分級計量精準控制水量，依據不同作物需水特性進行差異化灌溉；在工業生產中，末端回用技術將處理后的廢水再次投入生產環節，實現水資源的循環利用；城市供水系統則借助智能水表的分級計量，實時監控各區域用水情況。這些措施在一定程度上緩解了水資源浪費問題，成為節水工作的重要支撐。

3、然而，現有的節水措施仍存在諸多局限性。由于缺乏系統性規劃，各環節節水措施獨立運行，導致系統協同性差，無法形成節水合力。在面對用水需求變化時，動態響應機制滯后，難以迅速調整供水策略。致使供水量與水壓分布不均，部分區域供水過剩而部分區域供水不足，同時水體酸堿離子失衡問題頻發，影響用水質量與設備使用壽命，制約了節水工作的整體效能提升。

技術實現思路

1、針對現有技術的不足，本發明提供了一種節水工藝用水平衡管理系統，解決缺乏系統性規劃，各環節節水措施獨立運行，導致系統協同性差，無法形成節水合力的問題。

2、為實現以上目的，本發明通過以下技術方案予以實現：一種節水工藝用水平衡管理系統，包括：

3、中央供水模塊：通過可調節式泵站與管網壓力傳感器聯動，中央供水模塊根據智能控制系統的分析結果，基于lstm算法預測用水需求，并動態調節泵站功率；

4、區域供水模塊：分設工業、農業、城市生活專用管網，各管網配置電磁流量計與電動調節閥，通過管網壓力梯度控制技術降低傳輸能耗，且將各管網的實時數據反饋給智能控制系統；循環凈化模塊：循環凈化模塊接收區域供水模塊中的工業、城市污水，處理后的中水可補充至中央供水模塊或區域供水模塊，進行水資源循環利用，采用工業/城市污水分質處理工藝，設置特殊處理單元與集中處理單元，實現達標中水回用，特殊處理單元設置有格柵、沉砂池和自動加藥裝置，所述集中處理單元采用改良型活性污泥法與生物膜法耦合；

5、智能控制系統：集成多源傳感器數據，實時觸發漏損定位、水質預警及閥門聯動控制。

6、通過上述方案：依托多模塊協同運作，實現節水流程全流程動態管理。中央供水模塊利用lstm算法預測需求，聯動設備動態調節；區域供水模塊借專用管網及壓力梯度控制技術，精細化管理各區域用水，解決供水量與水壓不均難題；循環凈化模塊通過分質處理實現中水回用，提升水資源利用率；保障系統高效穩定運行，從而實現了對整個節水流程全流程水平衡的動態管理。

7、優選的，所述中央供水模塊進行數據預處理，收集至少過去一年的歷史用水數據，包括每小時、每天和每月的用水量、天氣數據包括溫度和降雨量以及節假日信息，將這些數據進行歸一化處理，使其數值范圍統一，并通過lstm算法進行用水需求預測。

8、優選的，所述區域供水模塊中，搭建lstm神經網絡，網絡包含輸入層、多個lstm隱藏層和輸出層，輸入層接收預處理后的數據，隱藏層通過記憶細胞和門控機制處理數據，輸出層輸出未來不同時間段包括未來1小時、6小時和12小時的用水需求預測值；通過最小化預測值與實際用水量之間的均方誤差，調整lstm網絡的參數包括權重和偏置，優化模型。

9、優選的，所述中央供水模塊中，將實時采集的當前數據包括當前時間和實時天氣輸入訓練好的lstm模型，得到未來的用水需求預測值，可調節式泵站根據預測的用水需求，結合管網壓力傳感器反饋的實時壓力信息，動態調節泵站功率。

10、優選的，所述中央供水模塊中，首先根據各專用管網覆蓋區域的地形高度數據、用水設備的壓力需求數據，結合歷史用水流量數據，建立管網壓力分布模型，管網壓力分布模型首先收集并預處理數據，涵蓋地形高度、用水設備壓力需求以及至少過去一年的歷史用水流量數據，并對這些數據進行歸一化處理，其次，構建模型，p節點＝p泵站-δp沿程-δp局部-δp重力，其中，p節點是節點處的壓力，p泵站是泵站出口的壓力，δp沿程是沿程壓力損失，δp局部是局部壓力損失，δp重力是重力勢能引起的壓力變化，可以計算出管網中各節點的壓力，將實時采集的數據輸入訓練好的模型，預測管網各點的壓力分布，在系統運行過程中，電磁流量計實時監測管網流量，電動調節閥根據管網壓力分布模型和實時流量數據進行調節。

11、優選的，所述區域供水模塊中，各專用管網的電磁流量計與電動調節閥通過工業以太網與智能控制系統連接，采用modbustcp/ip通信協議進行數據傳輸，電磁流量計將采集的流量數據按照協議格式打包發送至智能控制系統，智能控制系統解析數據后，根據管網壓力梯度控制策略，生成電動調節閥的控制指令，再通過工業以太網以同樣的協議格式發送給電動調節閥，進行遠程精確控制。

12、優選的，所述循環凈化模塊的集中處理單元中，改良型活性污泥法的分段曝氣工藝將曝氣池分為多個階段，每個階段設置不同的溶解氧濃度和污泥負荷，第一階段保持較高的溶解氧濃度為4-6mg/l，污泥負荷為0.3-0.5kgbod5/kgmlss·d；后續階段逐漸降低溶解氧濃度為2-4mg/l，污泥負荷為0.1-0.3kgbod5/kgmlss·d。

13、優選的，所述循環凈化模塊中，生物膜法采用的固定床生物膜反應器內部填充大量的生物膜載體包括聚氨酯填料，污水在反應器內流動時，微生物在載體表面附著生長形成生物膜，生物膜中的微生物吸附、降解作用去除污水中的有機物、氮和磷污染物，改良型活性污泥法與生物膜法耦合運行時，二者相互協同，活性污泥法處理后的污水進入生物膜反應器進一步深度處理，生物膜反應器產生的脫落生物膜回流至活性污泥法系統。

14、優選的，所述循環凈化模塊中，自動加藥裝置的plc控制系統內置pid控制算法，水質傳感器實時監測污水的關鍵指標包括ph值、cod和氨氮，將數據傳輸至plc控制系統，控制系統根據預設的水質標準和pid算法，計算出當前需要投加的藥劑種類和劑量。

15、優選的，所述pid控制算法由水質傳感器采集ph值、cod和氨氮數據，與標準值對比得出偏差，再經比例、積分、微分計算，綜合得出控制量，精準調控加藥泵。

16、本發明提供了一種節水工藝用水平衡管理系統。具備以下有益效果：

17、1、本發明通過中央供水模塊基于lstm算法預測用水需求，結合管網壓力傳感器動態調節泵站功率，同時區域供水模塊利用管網壓力梯度控制技術和實時數據反饋，改變了傳統僅針對單一環節節水控制的模式，實現了對整個節水流程全流程水平衡的動態管理，有效解決了供水量、水壓分布不均的問題，提高了水資源利用率。

18、2、本發明分設工業、農業、城市生活專用管網，并配置電磁流量計與電動調節閥，運用管網壓力梯度控制技術，相較于傳統節水工藝，可根據各管網實際需求精準調節，避免了不必要的能源浪費，降低了傳輸能耗，提升了節水工藝的能源利用效率。

19、3、本發明循環凈化模塊采用工業/城市污水分質處理工藝，設置特殊處理單元與集中處理單元，其中改良型活性污泥法與生物膜法耦合，配合自動加藥裝置的精準控制，能有效處理工業、城市污水，實現達標中水回用，補充至中央或區域供水模塊，提高了水資源的循環利用率，緩解了水資源短缺問題。

20、4、智能控制系統集成多源傳感器數據，能夠實時觸發漏損定位、水質預警及閥門聯動控制，改變了傳統節水工藝系統協同性差、動態響應滯后的狀況，實現了各環節的智能協同運作，保障了整個節水系統的穩定、高效運行。