以用水工藝過程為主題的高效用水管理

武 昕，張 剛，解 佗，解嘉星，周千明

（西安理工大學水利水電學院，陜西 西安 710048）

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以用水工藝過程為主題的高效用水管理

武 昕，張 剛，解 佗，解嘉星，周千明

（西安理工大學水利水電學院，陜西 西安 710048）

摘 要：根據工業(yè)用水的特點，以平臺為基礎，結合軟件信息技術，以用水工藝過程為主題，搭建用水管理系統(tǒng)。對每一項用水工藝環(huán)節(jié)進行信息處理和數據分析，發(fā)掘節(jié)水潛力。對各用水工藝過程科學管理，制訂合理適用的用水定額和用水指標。制訂用水工藝過程的主題，對每一項用水環(huán)節(jié)深入分析，部分帶動整體，從而實現(xiàn)工業(yè)企業(yè)的高效的用水管理。

關鍵詞：用水工藝；主題；用水管理；高效管理；平臺

0　引言

隨著工業(yè)發(fā)展和水資源短缺的矛盾日顯突出，工業(yè)的有效用水和用水管理成為工業(yè)用水的關鍵問題。合理高效的用水管理對工業(yè)企業(yè)來講能節(jié)約用水，減少浪費，提高用水效率，增加工業(yè)產值，這對于企業(yè)和社會都具有重要的現(xiàn)實意義。

根據相關資料查閱，傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)用水管理中存在的主要問題如下：

1）工業(yè)用水缺乏微觀分析。多數工業(yè)用水問題的研究，停留在宏觀層次，缺乏微觀的分析。企業(yè)中的用水管理是對整個系統(tǒng)做定額定量分析[1-2]，選取用水指標，但對于各個生產工藝環(huán)節(jié)的用水情況的具體分析卻很少。對于用水工藝復雜繁多的工業(yè)來講，“跑冒滴漏”的現(xiàn)象就會凸顯出來，宏觀的用水管理方式會使得工業(yè)節(jié)水量有偏差，節(jié)水潛力挖掘不深，造成一定隱性的經濟損失。

2）用水信息不完善。85% 以上的企業(yè)用水管理存在漏洞，企業(yè)二級、三級水表系統(tǒng)不健全，有的企業(yè)雖然安裝了水表，但是缺乏管理或管理不當。缺乏用水信息化管理，造成歷史數據殘缺不全，用水管理工作“斷代”情況比較普遍[3]。

3）用水管理效率低。由于節(jié)水信息不系統(tǒng)，不完整，大多數工業(yè)沒有節(jié)水的完備資料，給工業(yè)節(jié)水管理工作帶來了很大的困難。由于統(tǒng)計口徑、基礎數據獲取方式不同及工業(yè)企業(yè)的基礎計量系統(tǒng)不健全，很難系統(tǒng)、準確地反映工業(yè)的用水情況[4]。

為此提出將工業(yè)中的用水系統(tǒng)分解成一個個獨立的用水工藝環(huán)節(jié)，將每一個用水環(huán)節(jié)劃分成單一模塊，細化每一個模塊的用、排水量，從部分到整體，通過對每一個用水工藝過程的管理達到對整個工業(yè)用水的高效管理。將所有劃分好的模塊組合在一起搭建在平臺上，從而形成一個以用水工藝過程為主題的用水管理系統(tǒng)。通過組件技術封裝各用水工藝模塊，以知識圖描述各個用水工藝過程，訂制相關服務。對各環(huán)節(jié)用水情況做水量平衡分析，計算出取用、損失水量，從而更大限度地挖掘節(jié)水潛力，分析用水效率及各工序的取用水分類，最終根據實際情況選取用水指標，制定合理的用水定額。

1　高效用水管理研究路線

1.1用水工藝主題化

提出的面向用水工藝過程主題的高效用水管理，將整個企業(yè)用水系統(tǒng)的所有相關用水環(huán)節(jié)分解開，組合在節(jié)水管理系統(tǒng)中，對每一項用水工藝過程都能做出微觀定量的水量分析，計算出各個用水工藝過程的損失、復用等水量，分析取用水的合理性，評估節(jié)水潛力，從而實現(xiàn)各用水工藝過程的合理用水。在微觀上，如果企業(yè)中每一道用水工藝過程的取用水量都能嚴格、科學地管理，那么整個系統(tǒng)上的用水效率也會得到更大的提升，企業(yè)中的用水管理自然會高效地實現(xiàn)。用水工藝主題化流程圖如圖 1 所示。

圖1　用水工藝主題化流程

1.2用水管理業(yè)務化

以各用水工藝為主題進行用水管理，將工業(yè)用水整個系統(tǒng)分解成一個個獨立的用水工藝環(huán)節(jié)，并將每一個環(huán)節(jié)劃分為一個模塊，每一個模塊功能由相應 Java 代碼實現(xiàn)。用 Web Service 技術將各個模塊封裝成組件存入組件庫。在綜合集成支持平臺上，繪制用水工藝過程為主題的知識圖，訂制相應服務，將服務與知識圖相關聯(lián)，從而實現(xiàn)工業(yè)用水管理系統(tǒng)的搭建。通過面向主題的思想，以用水工藝過程作為用水管理的主題，圍繞用水管理的應用組織用水工藝主題的信息和資源，為高效用水管理的業(yè)務應用服務。應用系統(tǒng)的總體框架如圖 2 如示。

2　高效用水管理相關技術

搭建以用水工藝過程為主題的用水管理系統(tǒng)，將用水管理模型組件化，采用 Web Service 技術將模型封裝成標準組件，形成節(jié)水管理組件庫，繪制各用水工藝知識圖，訂制和修改相關服務，以知識化綜合集成支持平臺[5-6]為基礎，將組件和知識圖關聯(lián)起來搭建高效用水管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)以用水工藝過程為主題的高效用水管理應用[7]。主要技術如下：

圖2　用水管理業(yè)務化應用系統(tǒng)

1）組件技術。每個組件會提供一些標準且簡單的應用接口，允許使用者設置和調整參數及屬性。用戶可以將不同來源的多個組件有機地結合在一起，快速構成符合實際需要的復雜應用程序。組件技術提供了第 3 種途徑，將庫的可重用性與特定程序的可定制性結合起來，讓用戶可以用可重用的組件定制自己特定的應用程序。

2）Web Service 技術。Web Service 是一種跨編程語言和操作系統(tǒng)平臺的遠程調用技術，能使得運行在不同機器上的不同應用無須借助附加的、專門的第三方軟件或硬件，就可相互交換數據或集成。依據 Web Service 規(guī)范實施的應用之間，無論所使用的語言、平臺或內部協(xié)議是什么，都可以相互交換數據。Web Service 是自描述、包含的可用網絡模塊，可以執(zhí)行具體的業(yè)務功能。

3）SOA 架構。面向服務的體系結構，是一個組件模型，將應用程序的不同功能單元（稱為服務）通過這些服務之間定義良好的接口和契約聯(lián)系起來。接口是采用中立的方式進行定義的，應該獨立于實現(xiàn)服務的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務可以以 1 種統(tǒng)一和通用的方式進行交互。

3　高效用水管理應用實例

以秦嶺電廠用水管理系統(tǒng)為例，以用水工藝過程為主題的節(jié)水管理，強調將各個用水工藝過程分化開來，將每一個用水流程點都進行平衡水量的分析，得出各個環(huán)節(jié)的用水量、回用水量、損失水量，分析過程中的用水效率和節(jié)水潛力，最終制定電廠的用水定額和指標。

組件開發(fā)完成后，根據實例需求所需組件搭建用水管理系統(tǒng)，系統(tǒng)在知識化綜合集成支持平臺上制訂以用水工藝為主題的知識圖，在平臺上展示各個組件的運行情況，實現(xiàn)對秦嶺電廠各用水工藝過程的模擬。

圖 3 所示為秦嶺電廠工藝用水管理系統(tǒng)的主界面，以用水工藝過程為主題，由各用水工藝模塊和知識圖組合搭建成系統(tǒng)。其中每個文本框代表著電廠每一項取用水工藝環(huán)節(jié)，文本框后鏈接相應的組件，點擊各用水工藝過程的文本框可查看組件的運行結果，也就是用水工藝過程各個環(huán)節(jié)的用、排水量，重復利用和損耗的水量，如圖 4 所示。其中不同顏色的線路代表著取用水的不同分類，具體分類如圖 5 所示，箭頭表示的是取用水的流程走向，在線路中鏈接了節(jié)點組件，量化取用水，從而能清楚地知曉各工藝取用水的來源和分類。根據水量平衡分析，可以得到各工藝環(huán)節(jié)的損耗水量。秦嶺電廠中損失水量的工藝過程有空分、聚乙烯、聚丙烯等裝置，以及脫鹽水站、循環(huán)水系統(tǒng)、生活用水和污水處理站，用水總量為 6 697 200 m2/d，回用水量為6 590 832 m2/d，重復利用率為 98.41% ，分析其中主要損耗水量的取用水工藝環(huán)節(jié)，發(fā)掘節(jié)水潛力的可行性，最終根據分析得到適用的用水指標，制訂合理的用水定額。

圖3　秦嶺電廠用水工藝用水管理

4　結語

考慮到傳統(tǒng)工業(yè)企業(yè)用水存在取用水量的動態(tài)變化性，難以給定合理的用水定額和適用的用水指標。提出面向用水工藝過程的高效節(jié)水管理方式，結合平臺、組件等計算機技術手段，將工業(yè)中的用水工藝過程以知識圖、組件的形式搭建在平臺上，對系統(tǒng)進行全面的水量平衡分析，制訂合理的用水定額和指標，形成以用水工藝為主題的用水管理。與其他用水管理方式相比，以用水工藝過程為主題的用水管理有如下特點：

1）微觀性。系統(tǒng)以用水工藝過程為主題，借用計算機手段實現(xiàn)對用水過程管理的微觀分析，可以對每一項用水工藝的取用水狀況都能進行微觀細致的分析。層層管理，環(huán)環(huán)相扣，以此能管理到每一步的節(jié)水量，更細致具體地提高水在企業(yè)中的利用率，從而實現(xiàn)高效的用水管理，這對現(xiàn)在工業(yè)企業(yè)中的用水管理具有很大的實用意義。

2）水量信息完善。通過計算機相關技術管理用水信息，完善了各環(huán)節(jié)對用水信息的量化，以用水工藝為主題的用水管理系統(tǒng)能查看各模塊取用水量的明細，整個系統(tǒng)的用水數據細致具體，為決策者提供了詳細直觀的數據。

圖4　秦嶺電廠各用水工藝模塊運行

圖5　取水明細和用水分類

3）可拓展性。按照不同工業(yè)用水流程的特點，只需改動或添加部分組件，即可在平臺上搭建其他行業(yè)用水工藝主題的用水管理系統(tǒng)，對任何工業(yè)的用水管理都適用。

4）組件復用率高。系統(tǒng)中許多流程的功能可通過同一組件實現(xiàn)，從而實現(xiàn)代碼的重用。

參考文獻：

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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

作者簡介：武 昕（1991- ），男，陜西三原人，碩士研究生，主要研究方向為水利信息化及水資源調度管理。

基金項目：國家自然科學基金資助項目（51509201）；水利部公益性行業(yè)科研專項（20141019）；陜西省科技攻關項目（2012-16）

收稿日期：2015-11-15

中圖分類號：TV213.4

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9405(2016)01-0034-04