以用水工艺过程为主题的高效用水管理

武 昕，张 刚，解 佗，解嘉星，周千明

（西安理工大学水利水电学院，陕西 西安 710048）



以用水工艺过程为主题的高效用水管理

武 昕，张 刚，解 佗，解嘉星，周千明

（西安理工大学水利水电学院，陕西 西安 710048）

摘 要：根据工业用水的特点，以平台为基础，结合软件信息技术，以用水工艺过程为主题，搭建用水管理系统。对每一项用水工艺环节进行信息处理和数据分析，发掘节水潜力。对各用水工艺过程科学管理，制订合理适用的用水定额和用水指标。制订用水工艺过程的主题，对每一项用水环节深入分析，部分带动整体，从而实现工业企业的高效的用水管理。

关键词：用水工艺；主题；用水管理；高效管理；平台

0　引言

随着工业发展和水资源短缺的矛盾日显突出，工业的有效用水和用水管理成为工业用水的关键问题。合理高效的用水管理对工业企业来讲能节约用水，减少浪费，提高用水效率，增加工业产值，这对于企业和社会都具有重要的现实意义。

根据相关资料查阅，传统工业企业用水管理中存在的主要问题如下：

1）工业用水缺乏微观分析。多数工业用水问题的研究，停留在宏观层次，缺乏微观的分析。企业中的用水管理是对整个系统做定额定量分析[1-2]，选取用水指标，但对于各个生产工艺环节的用水情况的具体分析却很少。对于用水工艺复杂繁多的工业来讲，“跑冒滴漏”的现象就会凸显出来，宏观的用水管理方式会使得工业节水量有偏差，节水潜力挖掘不深，造成一定隐性的经济损失。

2）用水信息不完善。85% 以上的企业用水管理存在漏洞，企业二级、三级水表系统不健全，有的企业虽然安装了水表，但是缺乏管理或管理不当。缺乏用水信息化管理，造成历史数据残缺不全，用水管理工作“断代”情况比较普遍[3]。

3）用水管理效率低。由于节水信息不系统，不完整，大多数工业没有节水的完备资料，给工业节水管理工作带来了很大的困难。由于统计口径、基础数据获取方式不同及工业企业的基础计量系统不健全，很难系统、准确地反映工业的用水情况[4]。

为此提出将工业中的用水系统分解成一个个独立的用水工艺环节，将每一个用水环节划分成单一模块，细化每一个模块的用、排水量，从部分到整体，通过对每一个用水工艺过程的管理达到对整个工业用水的高效管理。将所有划分好的模块组合在一起搭建在平台上，从而形成一个以用水工艺过程为主题的用水管理系统。通过组件技术封装各用水工艺模块，以知识图描述各个用水工艺过程，订制相关服务。对各环节用水情况做水量平衡分析，计算出取用、损失水量，从而更大限度地挖掘节水潜力，分析用水效率及各工序的取用水分类，最终根据实际情况选取用水指标，制定合理的用水定额。

1　高效用水管理研究路线

1.1用水工艺主题化

提出的面向用水工艺过程主题的高效用水管理，将整个企业用水系统的所有相关用水环节分解开，组合在节水管理系统中，对每一项用水工艺过程都能做出微观定量的水量分析，计算出各个用水工艺过程的损失、复用等水量，分析取用水的合理性，评估节水潜力，从而实现各用水工艺过程的合理用水。在微观上，如果企业中每一道用水工艺过程的取用水量都能严格、科学地管理，那么整个系统上的用水效率也会得到更大的提升，企业中的用水管理自然会高效地实现。用水工艺主题化流程图如图 1 所示。

图1　用水工艺主题化流程

1.2用水管理业务化

以各用水工艺为主题进行用水管理，将工业用水整个系统分解成一个个独立的用水工艺环节，并将每一个环节划分为一个模块，每一个模块功能由相应 Java 代码实现。用 Web Service 技术将各个模块封装成组件存入组件库。在综合集成支持平台上，绘制用水工艺过程为主题的知识图，订制相应服务，将服务与知识图相关联，从而实现工业用水管理系统的搭建。通过面向主题的思想，以用水工艺过程作为用水管理的主题，围绕用水管理的应用组织用水工艺主题的信息和资源，为高效用水管理的业务应用服务。应用系统的总体框架如图 2 如示。

2　高效用水管理相关技术

搭建以用水工艺过程为主题的用水管理系统，将用水管理模型组件化，采用 Web Service 技术将模型封装成标准组件，形成节水管理组件库，绘制各用水工艺知识图，订制和修改相关服务，以知识化综合集成支持平台[5-6]为基础，将组件和知识图关联起来搭建高效用水管理系统，可实现以用水工艺过程为主题的高效用水管理应用[7]。主要技术如下：

图2　用水管理业务化应用系统

1）组件技术。每个组件会提供一些标准且简单的应用接口，允许使用者设置和调整参数及属性。用户可以将不同来源的多个组件有机地结合在一起，快速构成符合实际需要的复杂应用程序。组件技术提供了第 3 种途径，将库的可重用性与特定程序的可定制性结合起来，让用户可以用可重用的组件定制自己特定的应用程序。

2）Web Service 技术。Web Service 是一种跨编程语言和操作系统平台的远程调用技术，能使得运行在不同机器上的不同应用无须借助附加的、专门的第三方软件或硬件，就可相互交换数据或集成。依据 Web Service 规范实施的应用之间，无论所使用的语言、平台或内部协议是什么，都可以相互交换数据。Web Service 是自描述、包含的可用网络模块，可以执行具体的业务功能。

3）SOA 架构。面向服务的体系结构，是一个组件模型，将应用程序的不同功能单元（称为服务）通过这些服务之间定义良好的接口和契约联系起来。接口是采用中立的方式进行定义的，应该独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言。这使得构建在各种这样的系统中的服务可以以 1 种统一和通用的方式进行交互。

3　高效用水管理应用实例

以秦岭电厂用水管理系统为例，以用水工艺过程为主题的节水管理，强调将各个用水工艺过程分化开来，将每一个用水流程点都进行平衡水量的分析，得出各个环节的用水量、回用水量、损失水量，分析过程中的用水效率和节水潜力，最终制定电厂的用水定额和指标。

组件开发完成后，根据实例需求所需组件搭建用水管理系统，系统在知识化综合集成支持平台上制订以用水工艺为主题的知识图，在平台上展示各个组件的运行情况，实现对秦岭电厂各用水工艺过程的模拟。

图 3 所示为秦岭电厂工艺用水管理系统的主界面，以用水工艺过程为主题，由各用水工艺模块和知识图组合搭建成系统。其中每个文本框代表着电厂每一项取用水工艺环节，文本框后链接相应的组件，点击各用水工艺过程的文本框可查看组件的运行结果，也就是用水工艺过程各个环节的用、排水量，重复利用和损耗的水量，如图 4 所示。其中不同颜色的线路代表着取用水的不同分类，具体分类如图 5 所示，箭头表示的是取用水的流程走向，在线路中链接了节点组件，量化取用水，从而能清楚地知晓各工艺取用水的来源和分类。根据水量平衡分析，可以得到各工艺环节的损耗水量。秦岭电厂中损失水量的工艺过程有空分、聚乙烯、聚丙烯等装置，以及脱盐水站、循环水系统、生活用水和污水处理站，用水总量为 6 697 200 m2/d，回用水量为6 590 832 m2/d，重复利用率为 98.41% ，分析其中主要损耗水量的取用水工艺环节，发掘节水潜力的可行性，最终根据分析得到适用的用水指标，制订合理的用水定额。

图3　秦岭电厂用水工艺用水管理

4　结语

考虑到传统工业企业用水存在取用水量的动态变化性，难以给定合理的用水定额和适用的用水指标。提出面向用水工艺过程的高效节水管理方式，结合平台、组件等计算机技术手段，将工业中的用水工艺过程以知识图、组件的形式搭建在平台上，对系统进行全面的水量平衡分析，制订合理的用水定额和指标，形成以用水工艺为主题的用水管理。与其他用水管理方式相比，以用水工艺过程为主题的用水管理有如下特点：

1）微观性。系统以用水工艺过程为主题，借用计算机手段实现对用水过程管理的微观分析，可以对每一项用水工艺的取用水状况都能进行微观细致的分析。层层管理，环环相扣，以此能管理到每一步的节水量，更细致具体地提高水在企业中的利用率，从而实现高效的用水管理，这对现在工业企业中的用水管理具有很大的实用意义。

2）水量信息完善。通过计算机相关技术管理用水信息，完善了各环节对用水信息的量化，以用水工艺为主题的用水管理系统能查看各模块取用水量的明细，整个系统的用水数据细致具体，为决策者提供了详细直观的数据。

图4　秦岭电厂各用水工艺模块运行

图5　取水明细和用水分类

3）可拓展性。按照不同工业用水流程的特点，只需改动或添加部分组件，即可在平台上搭建其他行业用水工艺主题的用水管理系统，对任何工业的用水管理都适用。

4）组件复用率高。系统中许多流程的功能可通过同一组件实现，从而实现代码的重用。

参考文献：

[1] 张士锋，贾绍风. 北京市水资源安全与工业用水管理方法探讨[J]. 地理科学进展，2002 (11) : 627-630.

[2] 刘强，桑连海. 我国用水定额管理存在的问题及对策[J].长江科学院院报，2007 (2) : 16-17.

[3] 左建兵，陈远生. 北京市工业用水分析与对策[J]. 地理与地理信息科学，2005 (3) : 88-89.

[4] 岳立，赵海涛. 环境约束下的中国工业用水效率研究[J].华北电力大学，2011 (11) : 2072-2078.

[5] 解建仓，张刚，魏娜，等. 基于综合集成平台的洪水演进及错峰调度[J]. 水利信息化，2011 (1) : 19-24.

[6] 解建仓，罗军刚. 水利信息化综合集成服务平台及应用模式[J]. 水利信息化，2010 (5) : 18-22.

[7] 解建仓，赵杰，张刚，等. 基于综合集成平台的洪水预报及集成应用[J]. 水利信息化，2011 (10) : 5-10.

Efficient Water Management with Theme of Process with Water

WU Xin, ZHANG Gang, XIE Tuo, XIE Jiaxing, ZHOU Qianming
(College of Water Resources and Hydroelectric Power, Xi'an University of Technology, Xi'an 710048, China)

Abstract:According to the characteristics of the industrial water consumption, build the water management system with the theme of water consumption process by combining software and information technology and basing on platform. It does information process and data analysis in every water consumption segment to improve the efficiency of water and tap the water-saving resources. It does water consumption process management scientifically and formulates water use quota and water use index which is reasonable and applicable. It develops the theme of the water process and analyzes every single link about water consumption. From part to whole, it realizes the efficiency of industrial water management in the enterprise.

Key Words:water process; theme; water management; effective management; platform

作者简介：武 昕（1991- ），男，陕西三原人，硕士研究生，主要研究方向为水利信息化及水资源调度管理。

基金项目：国家自然科学基金资助项目（51509201）；水利部公益性行业科研专项（20141019）；陕西省科技攻关项目（2012-16）

收稿日期：2015-11-15

中图分类号：TV213.4

文献标识码：A

文章编号：1674-9405(2016)01-0034-04