基于用水行為分析的節(jié)水精細(xì)化管理

龐瑩瑩

（天津市龍網(wǎng)科技發(fā)展有限公司，天津 300181）

2021 年12 月，水利部、國(guó)家發(fā)展改革委等10 部門(mén)聯(lián)合發(fā)布了《公民節(jié)約用水行為規(guī)范》[1]，旨在規(guī)范和引導(dǎo)公民日常用水行為，養(yǎng)成節(jié)約用水習(xí)慣。規(guī)范用水行為，是繼工程節(jié)水、技術(shù)節(jié)水等措施下的精細(xì)管理手段，通過(guò)約束人們?cè)谏?、生產(chǎn)中的用水活動(dòng)，進(jìn)一步挖掘節(jié)水空間，提高水資源利用，減少水資源浪費(fèi)。

不同行業(yè)的用水行為對(duì)用水量、水資源利用效率、產(chǎn)品（作物）投入產(chǎn)出有較大的影響。目前，相關(guān)學(xué)者圍繞用水行為的影響因素進(jìn)行了研究分析，如范慧寧[2]從干旱的認(rèn)知程度、生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)以及灌溉情況、政府的支持力度等方面分析了農(nóng)戶灌溉用水行為的影響因素，姜海珊[3]從生活用水頻率、使用器具、用水行為習(xí)慣等方面分析了北京市居民用水行為對(duì)其用水量的影響，吳漢[4]分析了傳統(tǒng)淹灌和間歇灌溉兩種灌溉方式對(duì)水稻產(chǎn)量及水分利用效率的影響。而在識(shí)別出用水行為的影響因素后，如何對(duì)用水行為進(jìn)行分析，規(guī)范日常用水行為，指導(dǎo)節(jié)約用水管理工作，提升用水效率，這是當(dāng)前亟待分析研究的問(wèn)題。筆者試圖從用水行為分析的內(nèi)涵和意義入手，重點(diǎn)闡述工業(yè)和農(nóng)業(yè)用水行為分析的研究?jī)?nèi)容和思路，并基于用水行為分析提出節(jié)水精細(xì)化管理措施，為各行業(yè)節(jié)水管理提供新思路。

1 用水行為分析的內(nèi)涵

行為分析作為一種分析方法，最初應(yīng)用于心理學(xué)，后來(lái)逐步引入并融合到各行業(yè)領(lǐng)域中，主要應(yīng)用在個(gè)性化推薦系統(tǒng)、社交網(wǎng)絡(luò)、個(gè)性化城市導(dǎo)航、人機(jī)交互設(shè)計(jì)、自適應(yīng)新聞訪問(wèn)等領(lǐng)域[5]，體現(xiàn)在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)驗(yàn)證、優(yōu)化完善、市場(chǎng)營(yíng)銷(xiāo)過(guò)程中，目的是通過(guò)數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)，設(shè)計(jì)不同的情景，觀察和分析不同行為的變化及影響，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并進(jìn)行解決，提供優(yōu)化決策。

用水行為分析是將行為分析引入涉水行業(yè)管理中，通過(guò)跟蹤用水戶的用水行為，分析用水規(guī)律，并將這些規(guī)律與使用用途、方式、管理計(jì)劃相結(jié)合，發(fā)現(xiàn)用水過(guò)程中可能存在的問(wèn)題，及時(shí)解決并進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)用水的精細(xì)和精準(zhǔn)管理。

用水行為分析的內(nèi)涵主要體現(xiàn)在3 個(gè)方面：①還原用水過(guò)程，通過(guò)收集用水行為相關(guān)數(shù)據(jù)，實(shí)時(shí)還原用水戶真實(shí)的用水過(guò)程，呈現(xiàn)出整個(gè)水系統(tǒng)中各環(huán)節(jié)、各時(shí)間段、各設(shè)備、各行為的用水狀況，反映水系統(tǒng)的運(yùn)行全過(guò)程；②診斷用水問(wèn)題，通過(guò)監(jiān)控用水過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)供水-用水-耗水-排水過(guò)程中的異常用水行為，給出可能引起異常的因素，得出診斷結(jié)論，分析不同措施下的控制效果；③優(yōu)化用水網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)研究用水行為規(guī)律，分析用水效率，結(jié)合用水管理目標(biāo)和各環(huán)節(jié)的水量水質(zhì)需求，模擬不同情景下的用水行為，對(duì)用戶的供用水方式和路徑進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度，挖掘節(jié)水潛力，實(shí)現(xiàn)全局用水最優(yōu)。

2 用水行為分析研究思路

針對(duì)不同用水戶的用水特點(diǎn)，其用水行為分析是不相同的。對(duì)于居民生活用水，主要是廚房用水、淋浴用水、洗衣用水、打掃衛(wèi)生用水等行為，更側(cè)重用水總量與階梯水價(jià)的關(guān)系。由于居民生活用水不具備分區(qū)分時(shí)段計(jì)量條件，無(wú)法精確控制各用水行為，可以通過(guò)約束用水頻次、時(shí)間等習(xí)慣來(lái)減少無(wú)效用水，有研究表明，不同個(gè)體特征居民可提高節(jié)水率約為15%～20%[6]；對(duì)于生態(tài)用水，其行為是通過(guò)河渠連通、再生水利用、跨流域調(diào)水等方式進(jìn)行河道補(bǔ)水，損失主要為輸水過(guò)程中的蒸散發(fā)，節(jié)水潛力較小。本文重點(diǎn)圍繞工業(yè)用水戶和農(nóng)業(yè)用水戶的用水行為進(jìn)行分析研究。

2.1 工業(yè)用水戶

工業(yè)用水戶的用水相對(duì)較復(fù)雜，其用水行為與生產(chǎn)工藝密切相關(guān)。對(duì)于鋼鐵、火電、食品、紡織、化工等高耗水行業(yè)，工業(yè)用水主要包括3類(lèi)：一是用于產(chǎn)品生產(chǎn)，直接作為原料或原料的一部分；二是用于輔助生產(chǎn)，如鍋爐用水、空調(diào)補(bǔ)水、冷卻循環(huán)水、純化水制備等；三是用于生產(chǎn)附屬單元，如食堂、洗衣房、淋浴間、衛(wèi)生間、廠區(qū)綠化等。對(duì)于制造業(yè)等用水量較小、生產(chǎn)工藝基本不消耗水的行業(yè)，其用水主要為生產(chǎn)附屬。

在工業(yè)用水行為分析中，以降低用水總量為首要目標(biāo)，在達(dá)到最優(yōu)用水總量的情況下，如何合理安排各生產(chǎn)生活環(huán)節(jié)的用水是關(guān)鍵。通過(guò)積累長(zhǎng)期用水?dāng)?shù)據(jù)，構(gòu)建工業(yè)用水行為分析模型，識(shí)別主要用水環(huán)節(jié)和設(shè)備及其影響因素，分析節(jié)水效率，進(jìn)一步挖掘節(jié)水潛力，優(yōu)化規(guī)范用水行為。據(jù)調(diào)研測(cè)算，通過(guò)管理和約束用水行為，可實(shí)現(xiàn)綜合節(jié)水5%～10%。

在宏觀層面上，重點(diǎn)分析全廠水系統(tǒng)的整體運(yùn)行情況，如新鮮水取水量、總用水量、重復(fù)用水量、重復(fù)水利用率、單位產(chǎn)品用水量、人均日新水量等指標(biāo)，通過(guò)與行業(yè)用水指標(biāo)、定額進(jìn)行對(duì)比，判斷總體用水水平和差距；其次，分析各用水單元、區(qū)域的用水狀況，如行政辦公區(qū)、生產(chǎn)區(qū)、綠化區(qū)，計(jì)算各分區(qū)的取水、用水、排水量，分析各環(huán)節(jié)用水量、單位產(chǎn)品用水量、產(chǎn)品生產(chǎn)各階段用水量、二次利用水量、各水源供水量組成等內(nèi)容，利用分區(qū)計(jì)量水量與總用水量，分析各分區(qū)管網(wǎng)運(yùn)行及漏損；再次，對(duì)產(chǎn)品生產(chǎn)全過(guò)程、單個(gè)生產(chǎn)流水線或生產(chǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行分析，建立生產(chǎn)原料投入、用水量、產(chǎn)品產(chǎn)量（中間環(huán)節(jié)）、用水成本等要素之間的關(guān)聯(lián)關(guān)系，優(yōu)化投入產(chǎn)出比，分析各批次產(chǎn)品用水變化趨勢(shì)，考慮生產(chǎn)工藝參數(shù)、設(shè)備運(yùn)行工況等多種因素，分析不同工況下同產(chǎn)品的單位用水量、同工況下不同產(chǎn)品批次的單位用水量，結(jié)合歷史數(shù)據(jù)，尋找最優(yōu)用水點(diǎn)及其對(duì)應(yīng)的生產(chǎn)工況，并將其作為當(dāng)前用水目標(biāo)，通過(guò)長(zhǎng)期優(yōu)化，使用水指標(biāo)趨于目標(biāo)值并逐漸平穩(wěn)；最后，針對(duì)單個(gè)用水設(shè)備，如水泵設(shè)備，采集泵的流量、揚(yáng)程、轉(zhuǎn)速等參數(shù)，分析泵的效率，判斷其能耗及節(jié)能情況，分析更換節(jié)能設(shè)備前后對(duì)用水、運(yùn)行效率的影響，從而指導(dǎo)關(guān)鍵設(shè)備的更新替換。

工業(yè)用水行為分析內(nèi)容，詳見(jiàn)表1。

表1 工業(yè)用水行為分析內(nèi)容

2.2 農(nóng)業(yè)用水戶

對(duì)于農(nóng)業(yè)用水，其行為相對(duì)單一，主要是農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程中的灌溉行為，傳統(tǒng)的灌溉方式包括畦灌、溝灌、淹灌和漫灌，節(jié)水灌溉方式包括噴灌、滴灌、低壓管灌等[7]。在灌溉過(guò)程中，灌溉量、灌溉次數(shù)、灌溉時(shí)間等因素直接影響灌溉效果，如單次充分灌溉或多次灌溉，對(duì)作物生長(zhǎng)有較大影響。

在農(nóng)業(yè)用水行為分析中，結(jié)合灌區(qū)所在地區(qū)的降雨情況，構(gòu)建農(nóng)業(yè)用水分析模型，綜合考慮上游來(lái)水、降雨產(chǎn)生的區(qū)間匯水以及土壤含水量等因素，分析農(nóng)作物生長(zhǎng)過(guò)程的需水量，確定作物灌溉的時(shí)間和用水量，利用閘門(mén)自動(dòng)控制技術(shù)，控制閘門(mén)的過(guò)閘流量、開(kāi)啟時(shí)間和時(shí)長(zhǎng)，從而約束和規(guī)范灌溉行為。有研究表明，甘肅昌馬灌區(qū)南干渠灌區(qū)示范區(qū)在改造測(cè)控一體化閘門(mén)后，通過(guò)調(diào)控灌溉方式、改進(jìn)灌溉制度，綜合水效率提升了26.6%[8]。

在宏觀層面上，重點(diǎn)分析灌區(qū)的總體運(yùn)行情況，如總引水量、排水量、設(shè)計(jì)灌溉面積、有效灌溉面積、灌溉水利用系數(shù)、作物產(chǎn)量、單位產(chǎn)量用水量等，在此基礎(chǔ)上，分析渠道的滲漏、配套工程落實(shí)情況，計(jì)算渠系襯砌率、灌區(qū)工程配備率、配套工程完好率，通過(guò)對(duì)同類(lèi)型灌區(qū)用水指標(biāo)、作物灌溉定額等進(jìn)行對(duì)比，判斷灌區(qū)整體用水節(jié)水水平；其次，在建立灌區(qū)灌溉渠系關(guān)系的基礎(chǔ)上，充分考慮引水閘壩的影響因素，構(gòu)建灌區(qū)總?cè)∷俊⒏芍Ф非?jì)量水量、排水干渠之間的水量關(guān)系，分析灌區(qū)不同輸水渠道的渠系利用系數(shù)以及損失水量；最后，針對(duì)農(nóng)渠以下灌溉系統(tǒng)，考慮作物類(lèi)型、面積、灌溉水量、土壤類(lèi)型等因素，分析田間水利用系數(shù)以及損失水量。通過(guò)分析不同尺度的灌溉效果，結(jié)合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中人力、化肥、電力、機(jī)械等投入的能源消耗、水價(jià)成本、作物產(chǎn)量等因素，給出最優(yōu)灌溉方式，在此基礎(chǔ)上，建立灌區(qū)灌溉管理制度，指導(dǎo)灌區(qū)灌溉行為。

農(nóng)業(yè)用水行為分析內(nèi)容，詳見(jiàn)表2。

表2 農(nóng)業(yè)用水行為分析內(nèi)容

3 節(jié)水精細(xì)化管理措施

3.1 建立全方位的用水計(jì)量監(jiān)控網(wǎng)格

精細(xì)化的用水計(jì)量是識(shí)別、分析用水行為的基礎(chǔ)，可以獲取用水行為的全時(shí)段數(shù)據(jù)。對(duì)工業(yè)用水戶，按照用水戶的取水水源、用水途徑、用水單元，在開(kāi)展水平衡測(cè)試的基礎(chǔ)上，確定主要用水系統(tǒng)和單元，參照《用水單位計(jì)量器具配備和管理通則》（GB24789-2009），建立用水計(jì)量監(jiān)控體系，對(duì)新鮮水、循環(huán)水、純化水等不同用途的水進(jìn)行分開(kāi)計(jì)量，實(shí)現(xiàn)不同用途、不同區(qū)域、主要用水系統(tǒng)、用水設(shè)備進(jìn)出水量的全覆蓋。對(duì)于灌區(qū)，建立覆蓋干、支、農(nóng)、斗渠的自動(dòng)化控制閘門(mén)和用水計(jì)量設(shè)施，實(shí)現(xiàn)分區(qū)、分渠系、分作物的用水監(jiān)控。

3.2 細(xì)化用水定額管理

對(duì)用水定額進(jìn)行分解，確定各單元、環(huán)節(jié)的用水量，是用水行為精細(xì)化管理的核心?；诓煌盟?lèi)型的國(guó)家和地方用水定額標(biāo)準(zhǔn)，綜合考慮行業(yè)特點(diǎn)、用水技術(shù)水平等因素，建立精細(xì)的用水定額管理體系，將用水目標(biāo)分解至各樓宇、管理部門(mén)、生產(chǎn)工序、灌溉渠系，經(jīng)過(guò)試運(yùn)行和優(yōu)化調(diào)整，確定可用于考核的用水管理目標(biāo)。通過(guò)各環(huán)節(jié)的規(guī)范管理，實(shí)現(xiàn)全系統(tǒng)的最優(yōu)管理。

3.3 健全用水行為責(zé)任和考核制度

夯實(shí)管理任務(wù)，是用水行為精細(xì)化管理的保障。建立用水行為責(zé)任和考核制度，規(guī)范日常用水行為，將用水行為落實(shí)到責(zé)任人，分解至各班組，建立獎(jiǎng)懲措施，以考核促整改、促優(yōu)化，激勵(lì)工作人員樹(shù)立良好的節(jié)水意識(shí)，在日常工作和生活的每個(gè)細(xì)節(jié)中進(jìn)行行動(dòng)節(jié)水，養(yǎng)成規(guī)范用水的行為習(xí)慣，從而形成自覺(jué)節(jié)水。

3.4 構(gòu)建用水行為智能分析平臺(tái)

利用信息化手段開(kāi)展用水行為分析，為精細(xì)化管理提供數(shù)據(jù)支撐?；谟盟到y(tǒng)供用耗排關(guān)系，建立用水行為智能監(jiān)控分析平臺(tái)，實(shí)時(shí)監(jiān)控用水全過(guò)程，對(duì)用水單元、環(huán)節(jié)、區(qū)域進(jìn)行實(shí)時(shí)水平衡分析，針對(duì)用水、節(jié)能等管理目標(biāo)，對(duì)用水行為進(jìn)行智能分析，模擬不同情景下的用水行為，優(yōu)化供用水網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)水系統(tǒng)全生命周期的集中監(jiān)控、用水診斷、即時(shí)預(yù)警，提供規(guī)范化管理建議。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)構(gòu)節(jié)水、技術(shù)節(jié)水、工程節(jié)水、管理節(jié)水是開(kāi)展節(jié)水工作的主要途徑，其中管理節(jié)水是每個(gè)領(lǐng)域、每個(gè)行業(yè)、每個(gè)用戶落實(shí)節(jié)水任務(wù)的重要方面。本文將行為分析融入用水節(jié)水管理中，初步提出了工業(yè)用水和農(nóng)業(yè)用水的用水行為分析研究思路，通過(guò)規(guī)范用水行為，建立節(jié)水精細(xì)化管理措施，從而實(shí)現(xiàn)管理節(jié)水。在用水行為分析中，關(guān)鍵是要針對(duì)各行業(yè)的特點(diǎn)，考慮能源消耗、經(jīng)濟(jì)效益等綜合因素，構(gòu)建用水行為分析模型，對(duì)不同用水行為進(jìn)行量化、模擬和分析，為用水管理提供決策支持，其中模型的構(gòu)建、優(yōu)化和應(yīng)用是一個(gè)系統(tǒng)工程，也是用水行為分析的重點(diǎn)和難點(diǎn)，有待進(jìn)一步研究。