基于用水行為分析的節水精細化管理

龐瑩瑩

（天津市龍網科技發展有限公司，天津 300181）

2021 年12 月，水利部、國家發展改革委等10 部門聯合發布了《公民節約用水行為規范》[1]，旨在規范和引導公民日常用水行為，養成節約用水習慣。規范用水行為，是繼工程節水、技術節水等措施下的精細管理手段，通過約束人們在生活、生產中的用水活動，進一步挖掘節水空間，提高水資源利用，減少水資源浪費。

不同行業的用水行為對用水量、水資源利用效率、產品（作物）投入產出有較大的影響。目前，相關學者圍繞用水行為的影響因素進行了研究分析，如范慧寧[2]從干旱的認知程度、生產經營以及灌溉情況、政府的支持力度等方面分析了農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、用水行為習慣等方面分析了北京市居民用水行為對其用水量的影響，吳漢[4]分析了傳統淹灌和間歇灌溉兩種灌溉方式對水稻產量及水分利用效率的影響。而在識別出用水行為的影響因素后，如何對用水行為進行分析，規范日常用水行為，指導節約用水管理工作，提升用水效率，這是當前亟待分析研究的問題。筆者試圖從用水行為分析的內涵和意義入手，重點闡述工業和農業用水行為分析的研究內容和思路，并基于用水行為分析提出節水精細化管理措施，為各行業節水管理提供新思路。

1 用水行為分析的內涵

行為分析作為一種分析方法，最初應用于心理學，后來逐步引入并融合到各行業領域中，主要應用在個性化推薦系統、社交網絡、個性化城市導航、人機交互設計、自適應新聞訪問等領域[5]，體現在產品的設計驗證、優化完善、市場營銷過程中，目的是通過數據驅動，設計不同的情景，觀察和分析不同行為的變化及影響，及時發現問題并進行解決，提供優化決策。

用水行為分析是將行為分析引入涉水行業管理中，通過跟蹤用水戶的用水行為，分析用水規律，并將這些規律與使用用途、方式、管理計劃相結合，發現用水過程中可能存在的問題，及時解決并進行優化，從而實現用水的精細和精準管理。

用水行為分析的內涵主要體現在3 個方面：①還原用水過程，通過收集用水行為相關數據，實時還原用水戶真實的用水過程，呈現出整個水系統中各環節、各時間段、各設備、各行為的用水狀況，反映水系統的運行全過程；②診斷用水問題，通過監控用水過程，及時發現供水-用水-耗水-排水過程中的異常用水行為，給出可能引起異常的因素，得出診斷結論，分析不同措施下的控制效果；③優化用水網絡，通過研究用水行為規律，分析用水效率，結合用水管理目標和各環節的水量水質需求，模擬不同情景下的用水行為，對用戶的供用水方式和路徑進行優化調度，挖掘節水潛力，實現全局用水最優。

2 用水行為分析研究思路

針對不同用水戶的用水特點，其用水行為分析是不相同的。對于居民生活用水，主要是廚房用水、淋浴用水、洗衣用水、打掃衛生用水等行為，更側重用水總量與階梯水價的關系。由于居民生活用水不具備分區分時段計量條件，無法精確控制各用水行為，可以通過約束用水頻次、時間等習慣來減少無效用水，有研究表明，不同個體特征居民可提高節水率約為15%～20%[6]；對于生態用水，其行為是通過河渠連通、再生水利用、跨流域調水等方式進行河道補水，損失主要為輸水過程中的蒸散發，節水潛力較小。本文重點圍繞工業用水戶和農業用水戶的用水行為進行分析研究。

2.1 工業用水戶

工業用水戶的用水相對較復雜，其用水行為與生產工藝密切相關。對于鋼鐵、火電、食品、紡織、化工等高耗水行業，工業用水主要包括3類：一是用于產品生產，直接作為原料或原料的一部分；二是用于輔助生產，如鍋爐用水、空調補水、冷卻循環水、純化水制備等；三是用于生產附屬單元，如食堂、洗衣房、淋浴間、衛生間、廠區綠化等。對于制造業等用水量較小、生產工藝基本不消耗水的行業，其用水主要為生產附屬。

在工業用水行為分析中，以降低用水總量為首要目標，在達到最優用水總量的情況下，如何合理安排各生產生活環節的用水是關鍵。通過積累長期用水數據，構建工業用水行為分析模型，識別主要用水環節和設備及其影響因素，分析節水效率，進一步挖掘節水潛力，優化規范用水行為。據調研測算，通過管理和約束用水行為，可實現綜合節水5%～10%。

在宏觀層面上，重點分析全廠水系統的整體運行情況，如新鮮水取水量、總用水量、重復用水量、重復水利用率、單位產品用水量、人均日新水量等指標，通過與行業用水指標、定額進行對比，判斷總體用水水平和差距；其次，分析各用水單元、區域的用水狀況，如行政辦公區、生產區、綠化區，計算各分區的取水、用水、排水量，分析各環節用水量、單位產品用水量、產品生產各階段用水量、二次利用水量、各水源供水量組成等內容，利用分區計量水量與總用水量，分析各分區管網運行及漏損；再次，對產品生產全過程、單個生產流水線或生產環節進行分析，建立生產原料投入、用水量、產品產量（中間環節）、用水成本等要素之間的關聯關系，優化投入產出比，分析各批次產品用水變化趨勢，考慮生產工藝參數、設備運行工況等多種因素，分析不同工況下同產品的單位用水量、同工況下不同產品批次的單位用水量，結合歷史數據，尋找最優用水點及其對應的生產工況，并將其作為當前用水目標，通過長期優化，使用水指標趨于目標值并逐漸平穩；最后，針對單個用水設備，如水泵設備，采集泵的流量、揚程、轉速等參數，分析泵的效率，判斷其能耗及節能情況，分析更換節能設備前后對用水、運行效率的影響，從而指導關鍵設備的更新替換。

工業用水行為分析內容，詳見表1。

表1 工業用水行為分析內容

2.2 農業用水戶

對于農業用水，其行為相對單一，主要是農作物生長過程中的灌溉行為，傳統的灌溉方式包括畦灌、溝灌、淹灌和漫灌，節水灌溉方式包括噴灌、滴灌、低壓管灌等[7]。在灌溉過程中，灌溉量、灌溉次數、灌溉時間等因素直接影響灌溉效果，如單次充分灌溉或多次灌溉，對作物生長有較大影響。

在農業用水行為分析中，結合灌區所在地區的降雨情況，構建農業用水分析模型，綜合考慮上游來水、降雨產生的區間匯水以及土壤含水量等因素，分析農作物生長過程的需水量，確定作物灌溉的時間和用水量，利用閘門自動控制技術，控制閘門的過閘流量、開啟時間和時長，從而約束和規范灌溉行為。有研究表明，甘肅昌馬灌區南干渠灌區示范區在改造測控一體化閘門后，通過調控灌溉方式、改進灌溉制度，綜合水效率提升了26.6%[8]。

在宏觀層面上，重點分析灌區的總體運行情況，如總引水量、排水量、設計灌溉面積、有效灌溉面積、灌溉水利用系數、作物產量、單位產量用水量等，在此基礎上，分析渠道的滲漏、配套工程落實情況，計算渠系襯砌率、灌區工程配備率、配套工程完好率，通過對同類型灌區用水指標、作物灌溉定額等進行對比，判斷灌區整體用水節水水平；其次，在建立灌區灌溉渠系關系的基礎上，充分考慮引水閘壩的影響因素，構建灌區總取水量、干支斗渠計量水量、排水干渠之間的水量關系，分析灌區不同輸水渠道的渠系利用系數以及損失水量；最后，針對農渠以下灌溉系統，考慮作物類型、面積、灌溉水量、土壤類型等因素，分析田間水利用系數以及損失水量。通過分析不同尺度的灌溉效果，結合農業生產過程中人力、化肥、電力、機械等投入的能源消耗、水價成本、作物產量等因素，給出最優灌溉方式，在此基礎上，建立灌區灌溉管理制度，指導灌區灌溉行為。

農業用水行為分析內容，詳見表2。

表2 農業用水行為分析內容

3 節水精細化管理措施

3.1 建立全方位的用水計量監控網格

精細化的用水計量是識別、分析用水行為的基礎，可以獲取用水行為的全時段數據。對工業用水戶，按照用水戶的取水水源、用水途徑、用水單元，在開展水平衡測試的基礎上，確定主要用水系統和單元，參照《用水單位計量器具配備和管理通則》（GB24789-2009），建立用水計量監控體系，對新鮮水、循環水、純化水等不同用途的水進行分開計量，實現不同用途、不同區域、主要用水系統、用水設備進出水量的全覆蓋。對于灌區，建立覆蓋干、支、農、斗渠的自動化控制閘門和用水計量設施，實現分區、分渠系、分作物的用水監控。

3.2 細化用水定額管理

對用水定額進行分解，確定各單元、環節的用水量，是用水行為精細化管理的核心。基于不同用水類型的國家和地方用水定額標準，綜合考慮行業特點、用水技術水平等因素，建立精細的用水定額管理體系，將用水目標分解至各樓宇、管理部門、生產工序、灌溉渠系，經過試運行和優化調整，確定可用于考核的用水管理目標。通過各環節的規范管理，實現全系統的最優管理。

3.3 健全用水行為責任和考核制度

夯實管理任務，是用水行為精細化管理的保障。建立用水行為責任和考核制度，規范日常用水行為，將用水行為落實到責任人，分解至各班組，建立獎懲措施，以考核促整改、促優化，激勵工作人員樹立良好的節水意識，在日常工作和生活的每個細節中進行行動節水，養成規范用水的行為習慣，從而形成自覺節水。

3.4 構建用水行為智能分析平臺

利用信息化手段開展用水行為分析，為精細化管理提供數據支撐。基于用水系統供用耗排關系，建立用水行為智能監控分析平臺，實時監控用水全過程，對用水單元、環節、區域進行實時水平衡分析，針對用水、節能等管理目標，對用水行為進行智能分析，模擬不同情景下的用水行為，優化供用水網絡，實現水系統全生命周期的集中監控、用水診斷、即時預警，提供規范化管理建議。

4 結語

結構節水、技術節水、工程節水、管理節水是開展節水工作的主要途徑，其中管理節水是每個領域、每個行業、每個用戶落實節水任務的重要方面。本文將行為分析融入用水節水管理中，初步提出了工業用水和農業用水的用水行為分析研究思路，通過規范用水行為，建立節水精細化管理措施，從而實現管理節水。在用水行為分析中，關鍵是要針對各行業的特點，考慮能源消耗、經濟效益等綜合因素，構建用水行為分析模型，對不同用水行為進行量化、模擬和分析，為用水管理提供決策支持，其中模型的構建、優化和應用是一個系統工程，也是用水行為分析的重點和難點，有待進一步研究。