基于用水行为分析的节水精细化管理

庞莹莹

（天津市龙网科技发展有限公司，天津 300181）

2021 年12 月，水利部、国家发展改革委等10 部门联合发布了《公民节约用水行为规范》[1]，旨在规范和引导公民日常用水行为，养成节约用水习惯。规范用水行为，是继工程节水、技术节水等措施下的精细管理手段，通过约束人们在生活、生产中的用水活动，进一步挖掘节水空间，提高水资源利用，减少水资源浪费。

不同行业的用水行为对用水量、水资源利用效率、产品（作物）投入产出有较大的影响。目前，相关学者围绕用水行为的影响因素进行了研究分析，如范慧宁[2]从干旱的认知程度、生产经营以及灌溉情况、政府的支持力度等方面分析了农户灌溉用水行为的影响因素，姜海珊[3]从生活用水频率、使用器具、用水行为习惯等方面分析了北京市居民用水行为对其用水量的影响，吴汉[4]分析了传统淹灌和间歇灌溉两种灌溉方式对水稻产量及水分利用效率的影响。而在识别出用水行为的影响因素后，如何对用水行为进行分析，规范日常用水行为，指导节约用水管理工作，提升用水效率，这是当前亟待分析研究的问题。笔者试图从用水行为分析的内涵和意义入手，重点阐述工业和农业用水行为分析的研究内容和思路，并基于用水行为分析提出节水精细化管理措施，为各行业节水管理提供新思路。

1 用水行为分析的内涵

行为分析作为一种分析方法，最初应用于心理学，后来逐步引入并融合到各行业领域中，主要应用在个性化推荐系统、社交网络、个性化城市导航、人机交互设计、自适应新闻访问等领域[5]，体现在产品的设计验证、优化完善、市场营销过程中，目的是通过数据驱动，设计不同的情景，观察和分析不同行为的变化及影响，及时发现问题并进行解决，提供优化决策。

用水行为分析是将行为分析引入涉水行业管理中，通过跟踪用水户的用水行为，分析用水规律，并将这些规律与使用用途、方式、管理计划相结合，发现用水过程中可能存在的问题，及时解决并进行优化，从而实现用水的精细和精准管理。

用水行为分析的内涵主要体现在3 个方面：①还原用水过程，通过收集用水行为相关数据，实时还原用水户真实的用水过程，呈现出整个水系统中各环节、各时间段、各设备、各行为的用水状况，反映水系统的运行全过程；②诊断用水问题，通过监控用水过程，及时发现供水-用水-耗水-排水过程中的异常用水行为，给出可能引起异常的因素，得出诊断结论，分析不同措施下的控制效果；③优化用水网络，通过研究用水行为规律，分析用水效率，结合用水管理目标和各环节的水量水质需求，模拟不同情景下的用水行为，对用户的供用水方式和路径进行优化调度，挖掘节水潜力，实现全局用水最优。

2 用水行为分析研究思路

针对不同用水户的用水特点，其用水行为分析是不相同的。对于居民生活用水，主要是厨房用水、淋浴用水、洗衣用水、打扫卫生用水等行为，更侧重用水总量与阶梯水价的关系。由于居民生活用水不具备分区分时段计量条件，无法精确控制各用水行为，可以通过约束用水频次、时间等习惯来减少无效用水，有研究表明，不同个体特征居民可提高节水率约为15%～20%[6]；对于生态用水，其行为是通过河渠连通、再生水利用、跨流域调水等方式进行河道补水，损失主要为输水过程中的蒸散发，节水潜力较小。本文重点围绕工业用水户和农业用水户的用水行为进行分析研究。

2.1 工业用水户

工业用水户的用水相对较复杂，其用水行为与生产工艺密切相关。对于钢铁、火电、食品、纺织、化工等高耗水行业，工业用水主要包括3类：一是用于产品生产，直接作为原料或原料的一部分；二是用于辅助生产，如锅炉用水、空调补水、冷却循环水、纯化水制备等；三是用于生产附属单元，如食堂、洗衣房、淋浴间、卫生间、厂区绿化等。对于制造业等用水量较小、生产工艺基本不消耗水的行业，其用水主要为生产附属。

在工业用水行为分析中，以降低用水总量为首要目标，在达到最优用水总量的情况下，如何合理安排各生产生活环节的用水是关键。通过积累长期用水数据，构建工业用水行为分析模型，识别主要用水环节和设备及其影响因素，分析节水效率，进一步挖掘节水潜力，优化规范用水行为。据调研测算，通过管理和约束用水行为，可实现综合节水5%～10%。

在宏观层面上，重点分析全厂水系统的整体运行情况，如新鲜水取水量、总用水量、重复用水量、重复水利用率、单位产品用水量、人均日新水量等指标，通过与行业用水指标、定额进行对比，判断总体用水水平和差距；其次，分析各用水单元、区域的用水状况，如行政办公区、生产区、绿化区，计算各分区的取水、用水、排水量，分析各环节用水量、单位产品用水量、产品生产各阶段用水量、二次利用水量、各水源供水量组成等内容，利用分区计量水量与总用水量，分析各分区管网运行及漏损；再次，对产品生产全过程、单个生产流水线或生产环节进行分析，建立生产原料投入、用水量、产品产量（中间环节）、用水成本等要素之间的关联关系，优化投入产出比，分析各批次产品用水变化趋势，考虑生产工艺参数、设备运行工况等多种因素，分析不同工况下同产品的单位用水量、同工况下不同产品批次的单位用水量，结合历史数据，寻找最优用水点及其对应的生产工况，并将其作为当前用水目标，通过长期优化，使用水指标趋于目标值并逐渐平稳；最后，针对单个用水设备，如水泵设备，采集泵的流量、扬程、转速等参数，分析泵的效率，判断其能耗及节能情况，分析更换节能设备前后对用水、运行效率的影响，从而指导关键设备的更新替换。

工业用水行为分析内容，详见表1。

表1 工业用水行为分析内容

2.2 农业用水户

对于农业用水，其行为相对单一，主要是农作物生长过程中的灌溉行为，传统的灌溉方式包括畦灌、沟灌、淹灌和漫灌，节水灌溉方式包括喷灌、滴灌、低压管灌等[7]。在灌溉过程中，灌溉量、灌溉次数、灌溉时间等因素直接影响灌溉效果，如单次充分灌溉或多次灌溉，对作物生长有较大影响。

在农业用水行为分析中，结合灌区所在地区的降雨情况，构建农业用水分析模型，综合考虑上游来水、降雨产生的区间汇水以及土壤含水量等因素，分析农作物生长过程的需水量，确定作物灌溉的时间和用水量，利用闸门自动控制技术，控制闸门的过闸流量、开启时间和时长，从而约束和规范灌溉行为。有研究表明，甘肃昌马灌区南干渠灌区示范区在改造测控一体化闸门后，通过调控灌溉方式、改进灌溉制度，综合水效率提升了26.6%[8]。

在宏观层面上，重点分析灌区的总体运行情况，如总引水量、排水量、设计灌溉面积、有效灌溉面积、灌溉水利用系数、作物产量、单位产量用水量等，在此基础上，分析渠道的渗漏、配套工程落实情况，计算渠系衬砌率、灌区工程配备率、配套工程完好率，通过对同类型灌区用水指标、作物灌溉定额等进行对比，判断灌区整体用水节水水平；其次，在建立灌区灌溉渠系关系的基础上，充分考虑引水闸坝的影响因素，构建灌区总取水量、干支斗渠计量水量、排水干渠之间的水量关系，分析灌区不同输水渠道的渠系利用系数以及损失水量；最后，针对农渠以下灌溉系统，考虑作物类型、面积、灌溉水量、土壤类型等因素，分析田间水利用系数以及损失水量。通过分析不同尺度的灌溉效果，结合农业生产过程中人力、化肥、电力、机械等投入的能源消耗、水价成本、作物产量等因素，给出最优灌溉方式，在此基础上，建立灌区灌溉管理制度，指导灌区灌溉行为。

农业用水行为分析内容，详见表2。

表2 农业用水行为分析内容

3 节水精细化管理措施

3.1 建立全方位的用水计量监控网格

精细化的用水计量是识别、分析用水行为的基础，可以获取用水行为的全时段数据。对工业用水户，按照用水户的取水水源、用水途径、用水单元，在开展水平衡测试的基础上，确定主要用水系统和单元，参照《用水单位计量器具配备和管理通则》（GB24789-2009），建立用水计量监控体系，对新鲜水、循环水、纯化水等不同用途的水进行分开计量，实现不同用途、不同区域、主要用水系统、用水设备进出水量的全覆盖。对于灌区，建立覆盖干、支、农、斗渠的自动化控制闸门和用水计量设施，实现分区、分渠系、分作物的用水监控。

3.2 细化用水定额管理

对用水定额进行分解，确定各单元、环节的用水量，是用水行为精细化管理的核心。基于不同用水类型的国家和地方用水定额标准，综合考虑行业特点、用水技术水平等因素，建立精细的用水定额管理体系，将用水目标分解至各楼宇、管理部门、生产工序、灌溉渠系，经过试运行和优化调整，确定可用于考核的用水管理目标。通过各环节的规范管理，实现全系统的最优管理。

3.3 健全用水行为责任和考核制度

夯实管理任务，是用水行为精细化管理的保障。建立用水行为责任和考核制度，规范日常用水行为，将用水行为落实到责任人，分解至各班组，建立奖惩措施，以考核促整改、促优化，激励工作人员树立良好的节水意识，在日常工作和生活的每个细节中进行行动节水，养成规范用水的行为习惯，从而形成自觉节水。

3.4 构建用水行为智能分析平台

利用信息化手段开展用水行为分析，为精细化管理提供数据支撑。基于用水系统供用耗排关系，建立用水行为智能监控分析平台，实时监控用水全过程，对用水单元、环节、区域进行实时水平衡分析，针对用水、节能等管理目标，对用水行为进行智能分析，模拟不同情景下的用水行为，优化供用水网络，实现水系统全生命周期的集中监控、用水诊断、即时预警，提供规范化管理建议。

4 结语

结构节水、技术节水、工程节水、管理节水是开展节水工作的主要途径，其中管理节水是每个领域、每个行业、每个用户落实节水任务的重要方面。本文将行为分析融入用水节水管理中，初步提出了工业用水和农业用水的用水行为分析研究思路，通过规范用水行为，建立节水精细化管理措施，从而实现管理节水。在用水行为分析中，关键是要针对各行业的特点，考虑能源消耗、经济效益等综合因素，构建用水行为分析模型，对不同用水行为进行量化、模拟和分析，为用水管理提供决策支持，其中模型的构建、优化和应用是一个系统工程，也是用水行为分析的重点和难点，有待进一步研究。