武 昕，張 剛，解 佗，解嘉星，周千明

（西安理工大學(xué)水利水電學(xué)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(xué)水利水電學(xué)院，陜西 西安 710048）

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

關(guān)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(guān)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(fèi)，提高用水效率，增加工業(yè)產(chǎn)值，這對于企業(yè)和社會都具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)相關(guān)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(shù)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(biāo)，但對于各個生產(chǎn)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(fù)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(jīng)濟(jì)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(dāng)。缺乏用水信息化管理，造成歷史數(shù)據(jù)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(shù)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(chǔ)數(shù)據(jù)獲取方式不同及工業(yè)企業(yè)的基礎(chǔ)計量系統(tǒng)不健全，很難系統(tǒng)、準(zhǔn)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(dú)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(xì)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(dá)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(shù)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(guān)服務(wù)。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(jù)實(shí)際情況選取用水指標(biāo)，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(guān)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(xiàng)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(fù)用等水量，分析取用水的合理性，評估節(jié)水潛力，從而實(shí)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(yán)格、科學(xué)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(shí)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(wù)化

以各用水工藝為主題進(jìn)行用水管理，將工業(yè)用水整個系統(tǒng)分解成一個個獨(dú)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(yīng) Java 代碼實(shí)現(xiàn)。用 Web Service 技術(shù)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(yīng)服務(wù)，將服務(wù)與知識圖相關(guān)聯(lián)，從而實(shí)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(yīng)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(wù)應(yīng)用服務(wù)。應(yīng)用系統(tǒng)的總體框架如圖 2 如示。

2　高效用水管理相關(guān)技術(shù)

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(shù)將模型封裝成標(biāo)準(zhǔn)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(guān)服務(wù)，以知識化綜合集成支持平臺[5-6]為基礎(chǔ)，將組件和知識圖關(guān)聯(lián)起來搭建高效用水管理系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)以用水工藝過程為主題的高效用水管理應(yīng)用[7]。主要技術(shù)如下：

圖2　用水管理業(yè)務(wù)化應(yīng)用系統(tǒng)

1）組件技術(shù)。每個組件會提供一些標(biāo)準(zhǔn)且簡單的應(yīng)用接口，允許使用者設(shè)置和調(diào)整參數(shù)及屬性。用戶可以將不同來源的多個組件有機(jī)地結(jié)合在一起，快速構(gòu)成符合實(shí)際需要的復(fù)雜應(yīng)用程序。組件技術(shù)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(jié)合起來，讓用戶可以用可重用的組件定制自己特定的應(yīng)用程序。

2）Web Service 技術(shù)。Web Service 是一種跨編程語言和操作系統(tǒng)平臺的遠(yuǎn)程調(diào)用技術(shù)，能使得運(yùn)行在不同機(jī)器上的不同應(yīng)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(shù)據(jù)或集成。依據(jù) Web Service 規(guī)范實(shí)施的應(yīng)用之間，無論所使用的語言、平臺或內(nèi)部協(xié)議是什么，都可以相互交換數(shù)據(jù)。Web Service 是自描述、包含的可用網(wǎng)絡(luò)模塊，可以執(zhí)行具體的業(yè)務(wù)功能。

3）SOA 架構(gòu)。面向服務(wù)的體系結(jié)構(gòu)，是一個組件模型，將應(yīng)用程序的不同功能單元（稱為服務(wù)）通過這些服務(wù)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(jìn)行定義的，應(yīng)該獨(dú)立于實(shí)現(xiàn)服務(wù)的硬件平臺、操作系統(tǒng)和編程語言。這使得構(gòu)建在各種這樣的系統(tǒng)中的服務(wù)可以以 1 種統(tǒng)一和通用的方式進(jìn)行交互。

3　高效用水管理應(yīng)用實(shí)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(qiáng)調(diào)將各個用水工藝過程分化開來，將每一個用水流程點(diǎn)都進(jìn)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(biāo)。

組件開發(fā)完成后，根據(jù)實(shí)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(yùn)行情況，實(shí)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(xiàng)取用水工藝環(huán)節(jié)，文本框后鏈接相應(yīng)的組件，點(diǎn)擊各用水工藝過程的文本框可查看組件的運(yùn)行結(jié)果，也就是用水工藝過程各個環(huán)節(jié)的用、排水量，重復(fù)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(diǎn)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(jù)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(fù)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(jù)分析得到適用的用水指標(biāo)，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(jié)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(biāo)。提出面向用水工藝過程的高效節(jié)水管理方式，結(jié)合平臺、組件等計算機(jī)技術(shù)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(jìn)行全面的水量平衡分析，制訂合理的用水定額和指標(biāo)，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(diǎn)：

1）微觀性。系統(tǒng)以用水工藝過程為主題，借用計算機(jī)手段實(shí)現(xiàn)對用水過程管理的微觀分析，可以對每一項(xiàng)用水工藝的取用水狀況都能進(jìn)行微觀細(xì)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(xì)致具體地提高水在企業(yè)中的利用率，從而實(shí)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(shí)用意義。

2）水量信息完善。通過計算機(jī)相關(guān)技術(shù)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(xì)，整個系統(tǒng)的用水?dāng)?shù)據(jù)細(xì)致具體，為決策者提供了詳細(xì)直觀的數(shù)據(jù)。

圖4　秦嶺電廠各用水工藝模塊運(yùn)行

圖5　取水明細(xì)和用水分類

3）可拓展性。按照不同工業(yè)用水流程的特點(diǎn)，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(fù)用率高。系統(tǒng)中許多流程的功能可通過同一組件實(shí)現(xiàn)，從而實(shí)現(xiàn)代碼的重用。

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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?yàn)樗畔⒒八Y源調(diào)度管理。

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

收稿日期：2015-11-15

中圖分類號：TV213.4

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：1674-9405(2016)01-0034-04