基于網格化治理的供水管網DMA分區(qū)智能監(jiān)測體系構建

一、引言

《國家新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃（2014—2020年）》、《國家智慧城市（區(qū)、鎮(zhèn)）試點指標體系（試行）》、國家八部委《關于促進智慧城市健康發(fā)展的指導意見》等政策反復強調“要實施從水源地到水龍頭的全過程監(jiān)管”。2016年4月，國務院印發(fā)水污染防治行動計劃，力爭在2018年管網漏損率控制在 12% ，2020年管網漏損控制在 10% 的水平，城市水務工作面臨著大好機遇，同時也存在著巨大的挑戰(zhàn)。

《“十四五”全國城市市政基礎設施建設規(guī)劃》中強調，至2025年末，初步構建“優(yōu)質安全、節(jié)水優(yōu)先、綠色低碳、智慧服務”的城鄉(xiāng)一體化供水系統(tǒng)，進一步推進水資源聯(lián)調聯(lián)動、統(tǒng)一調配、連通成環(huán)、一網調度，大力推進水廠的深度處理改造，加強智慧水務建設，全面提升水源、水廠、管網和二次供水等四大環(huán)節(jié)的全過程水質監(jiān)管和安全保障水平。[1]

近年來，我國先后印發(fā)了《城鎮(zhèn)供水管網漏損控制及評定標準》《城鎮(zhèn)供水管網分區(qū)計量管理工作指南》《“十四五”節(jié)水型社會建設規(guī)劃》等多項關于供水管網漏損控制工作的指導性文件。2024年2月，住建部、國家發(fā)改委聯(lián)合發(fā)布了《關于加強公共供水管網漏損控制的通知》，明確要推動供水管網分區(qū)計量工程，要求到2025年，全國城市公共供水管網漏損率力爭控制在 9% 以內。[2]根據城市發(fā)展的階段和供水管理的需要，宿遷市宿豫區(qū)以深化和推進城市管理可持續(xù)發(fā)展為出發(fā)點，突出服務和管理創(chuàng)新，研發(fā)構建了宿遷市宿豫區(qū)智慧水務監(jiān)管平臺。

二、研究背景

隨著我國社會經濟的快速發(fā)展和現代化進程的加快，地下管網的建設規(guī)模日益增長。而在供水工程中，供水管網的漏損是經常發(fā)生的事情。目前我國部分自來水企業(yè)管網缺乏有效的統(tǒng)一監(jiān)測管理，無法及時感知管網漏損的發(fā)生，無法準確定位漏損位置并及時排除異常。往往都是被動檢漏，發(fā)現問題后才去定位、維修，從而導致泄漏時間較長，總漏損量增加，水資源流失現象加劇，對企業(yè)的經濟效益和社會效益造成了直接影響。因此，對于供水企業(yè)來說，防控由于管網漏損或破損導致的供水事故、水量損失和水質風險是管網運行管理中的重中之重。[3]

獨立計量區(qū)域（DistrictMeteringArea，下文簡稱DMA）分區(qū)管理是將供水管網系統(tǒng)劃分為多個獨立的區(qū)域，實施分區(qū)分片管理，通過在每個區(qū)域的進水管和出水管上安裝流量計（進水表與出水表），從而實現對各個區(qū)域入流量與出流量的監(jiān)測。各分區(qū)之間既相互關聯(lián)又各自獨立，共同形成一個集節(jié)能、減壓、測量與定位于一體的漏損控制系統(tǒng)。[4DMA分區(qū)管理可為供水網絡優(yōu)化調度提供支持，不僅可以有效地減少銷售和生產之間的差異比率，還能增強應對突發(fā)事件的能力，并確保水資源能夠迅速而高效地進行分配。

運用DMA分區(qū)漏損管理，可以將存在于整個供水管網中的大問題分解成局部管網中的小問題，有利于將復雜的問題簡單化，有效提高供水管理水平和經濟效益。[4]

三、系統(tǒng)架構設計

（一）智慧水務管理系統(tǒng)總體架構設計

設計基于DMA分區(qū)智能監(jiān)測體系的智慧水務管理系統(tǒng)，通過智能化手段提升城市供水管理的效率與質量，其架構由三大核心模塊構成：智慧管控管理、智慧營銷服務和智慧生產調度。

1.智慧管控管理

智慧管控管理提供全局性的數據監(jiān)控和決策支持，幫助管理層做出科學合理的決策。該模塊涵蓋了從原水到制水、輸送水再到營銷的全方位監(jiān)控，確保水源質量、處理過程合規(guī)以及高效傳輸。此外，數據中心負責用戶權限管理、運營報表生成、實時監(jiān)測預警、工程項目跟蹤和設備資產管理，保障系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

2.智慧營銷服務

智慧營銷服務專注于精細化管理和優(yōu)化客戶服務。通過DMA分區(qū)管理，實現對供水區(qū)域的精準劃分與監(jiān)測，減少水資源浪費，并通過對表具的管理和數據分析，確保計量準確性。同時，提供自動抄表、大用戶個性化服務、資源優(yōu)化配置及簡化用戶報裝流程等功能，提升客戶滿意度和營銷服務水平。

3.智慧生產調度

智慧生產調度涵蓋供水生產和輸配兩大方面。在生產環(huán)節(jié)，對水廠和泵站等設施進行全方位管理、定期巡查維護、智能調整加藥量，展示三維工藝流程以輔助操作培訓；[5在輸配環(huán)節(jié)，利用GIS技術實現管網可視化管理，定期檢查維護管網，優(yōu)化布局策略，確保高層建筑和小區(qū)二次供水系統(tǒng)的安全運行。

如圖1所示，平臺采用當前穩(wěn)定且主流的跨平臺J2EE相關技術，結合工作流管理平臺、數據交換平臺和系統(tǒng)擴展框架等架構技術。[6這種設計不僅保證了整個平臺的技術先進性和技術符合性，還確保了平臺能夠適應未來可能出現的各種應用場景，如海量大數據處理和高并發(fā)訪問等。平臺設計充分考慮了前瞻性原則，不僅要滿足當前的需求，還要具備足夠的靈活性和可擴展性，以適應未來的技術和業(yè)務需求變化。同時，平臺設計還注重向下兼容，確保在引入新技術或升級現有技術時，不會影響已有功能的正常使用。

通過采用先進的技術和設計理念，平臺能夠為用戶提供高效、穩(wěn)定且可擴展的解決方案，滿足各種復雜的應用場景需求。總體而言，基于DMA分區(qū)智能監(jiān)測體系的智慧水務管理系統(tǒng)實現了從數據采集、分析、決策支持到具體執(zhí)行的全流程管理，各部門之間協(xié)同工作，確保整個供水系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定和安全運行。通過智能化手段，不僅提高了工作效率，還優(yōu)化了用戶體驗和服務質量。

（二）DMA分區(qū)智能監(jiān)測子系統(tǒng)架構設計

DMA分區(qū)智能監(jiān)測子系統(tǒng)在架構上分為如圖2所示的四個層次：基礎設施層、數據層、基礎服務層和業(yè)務應用層。這種典型的物聯(lián)網架構設計不僅實現了系統(tǒng)的模塊化，還提高了系統(tǒng)的可維護性和可擴展性，確保智慧水務管理平臺的高效、穩(wěn)定運行。

1.基礎設施層

基礎設施層包含政務云和前端智能感知設備。政務云提供必要的云計算資源，而智能感知設備（如壓力計、流量計、水表、液位計和視頻設備等）負責實時采集現場數據。

2.數據層

數據層負責數據的存儲與管理，通過物聯(lián)網平臺、視頻平臺、終端數據采集等多種方式整合各類數據源，確保數據的準確性和完整性。

3.基礎服務層

基礎服務層提供核心支持服務，包括工作流引擎、身份認證、設備控制、報表生成、數據檢索等，為上層應用提供穩(wěn)定可靠的服務支撐。

4.業(yè)務應用層

業(yè)務應用層直接面向用戶，涵蓋分區(qū)管理、表具管理、實時監(jiān)測和漏損分析等功能，實現精細化管理和高效運營。

四、系統(tǒng)核心功能設計與實現

DMA分區(qū)管理以供水管網網格精細化管控為核心，通過GIS地圖、物聯(lián)網感知、大數據分析等技術，構建覆蓋“分區(qū)一設備一監(jiān)測一漏損”的全鏈條管理體系，助力水務管理部門、水務企業(yè)實現降本增效與智慧化運營維護。以下是系統(tǒng)核心功能的設計思路與實現效果分析。

（一）分區(qū)管理：空間化分層管控與動態(tài)配置

通過ArcGISEngine地圖渲染、PostgreSQI空間數據庫、SCADA系統(tǒng)數據實時接入，實現基于GIS地圖實現供水網絡的三維可視化網格分層管理，支持從宏觀總覽到微觀詳情的多級穿透分析。

1.分區(qū)總覽

如圖3，高亮展示DMA區(qū)域、水廠、管網分布，以網格化精細治理的思路，通過不同顏色梯度反映漏損率、壓力等關鍵指標，支持點擊彈窗查看分區(qū)詳情（如水量平衡、產銷差、實時流量/壓力等）。

2.三級漏損定位

實現總區(qū)（漏損率 ?12% 標紅）、街道（漏損率 ?10% 預警）、小區(qū)（漏損率 ?8% 排查）三級閥值監(jiān)測管理，結合折線圖實時聯(lián)動分析漏損趨勢。

3.動態(tài)分區(qū)配置

通過定義進出口水表與結算水表，利用拓撲算法自動生成DMA分區(qū)邊界，實現網格化管理。支持手動調整分區(qū)并關聯(lián)表具臺賬，實現“地圖一設備一數據”的一體化管理。

具體實踐層面，通過協(xié)調規(guī)劃院、自來水公司、運營維護單位等，提供現狀供水系統(tǒng)資料（如現狀管網資料、現狀分區(qū)情況、現狀流量計、壓力表、水質監(jiān)測點的分布情況、現狀每個分區(qū)的售水量、產銷差情況、用水人口數據、公稱直徑（DN）100口徑以上的水表數量、小區(qū)個數等），結合最新的測繪和管網普查基礎數據等，對現狀供水系統(tǒng)分區(qū)進行分析和梳理，按照區(qū)一街道一小區(qū)的結構，劃定了1個區(qū)，11個街道二級分區(qū)，126個小區(qū)三級分區(qū)的治理網格層級。

（二）設備管理：全生命周期數字化管理

通過物聯(lián)網標識解析（LoRaWAN/NB-IoT）、高德地圖（或其他底層地圖）API空間定位、工單系統(tǒng)API對接，構建了對表具設備“安裝一運維一報廢”的全生命周期數字化管理。表具管理主要功能設計如下：

1.智能臺賬管理

如圖4，智能臺賬管理支持二維碼掃描錄入表具信息（如型號、位置、責任人等），關聯(lián)維修記錄（如壓力計校準周期提醒）、隱患工單（如超期未檢設備標黃）。

2.一鍵拓撲關聯(lián)

集成供水管網GIS坐標，通過空間匹配算法自動綁定表具與管網節(jié)點，生成設備一管網拓撲關系圖譜，支持反向追溯（如可點擊管網查看對應關聯(lián)設備）。

3.地圖預警聯(lián)動

設備異常時（如流量計數據中斷），地圖自動定位并推送告警至責任人移動端（如APP、小程序及短信多方式提醒），同步生成維修工單。

在表具管理的具體實踐過程中，在對各分區(qū)計量設備進行盤點的同時，也對傳統(tǒng)實施流程進行了改進，為后續(xù)數據接入做好準備工作。改進后的實施流程步驟如下：

（1）組織架構搭建：成立專項工作組，統(tǒng)籌供水公司、設計院、施工方、運維單位等多方主體，建立“周例會 + 專項推進會”機制，重點解決以下問題：

① 基礎數據對齊：整合管網GIS圖紙、歷史漏損報告、水表檔案等資料；② 權責界面劃分：明確施工改造的責任主體；③ 實施路徑共識：制定三級分區(qū)推進時序表（先試點后推廣）。

（2）三級分區(qū)精細化設計：基于管網拓撲關系與水力模型，根據網格化劃分，構建“總分區(qū)一街道級分區(qū)一小區(qū)級分區(qū)”三級計量體系。

① 總分區(qū)：依托水廠出水總管、主干管關鍵節(jié)點布置電磁流量計（ ）；

② 街道級分區(qū)：結合市政道路劃分邊界，優(yōu)先利用既有分區(qū)閥門設置超聲波流量計（DN150—300）;

③ 小區(qū)級分區(qū)：聯(lián)合物業(yè)方核實現狀立管分布，采用物聯(lián)網遠傳水表（DN50—100）實現樓棟級計量。

（3）設施資源盤活與優(yōu)化：對存量設備進行評估診斷，確定設備更新策略。

① 存量設備評估：編制如表1所展示的《計量設施利舊評估矩陣表》，從流量計、壓力表、閥門三個評估維度開展診斷；

② 設備更新策略：保留類，考慮投資績效，近3年安裝的物聯(lián)網水表原則上予以保留；改造類，加裝NB-IoT模塊的傳統(tǒng)機械表；新增類：在管網盲區(qū)和重點網格增補分區(qū)計量箱（含壓力、流量雙監(jiān)測功能）。

（三）數據監(jiān)測：實時感知與智能預警

如圖5，通過InfluxDB時序數據庫、ECharts可視化引擎、規(guī)則引擎（Drools）動態(tài)閾值配置，實現多源數據融合實現管網健康狀態(tài)動態(tài)監(jiān)控。

1.專題圖生成

壓力/流量監(jiān)測點數據實時渲染，異常值（如壓力 lt;0.2MPa ）高亮顯示，支持按閾值篩選生成異常分布熱力圖。

2.歷史趨勢分析

點擊監(jiān)測點可查看72小時歷史曲線，支持疊加對比同期數據（如春節(jié)與日常用水峰值對比等），快速定位異常時段。

3.閾值動態(tài)報警

分時段設置壓力/流量閾值（如夜間流量閾值下調 30% ），超限時自動觸發(fā)聲光設備報警，并推送處置建議（如“壓力突降：疑似爆管，建議關閉A3閥門”等）。

在數據監(jiān)測的具體實踐過程中，借助圖6所示功能，通過專項工作組（工作專班）協(xié)調各相關單位，對所有監(jiān)測點位進行現場踏勘，完成坐標復核、工況檢測、信號測試工作；通過物聯(lián)網子系統(tǒng)完成與各類表具和已有表具系統(tǒng)完成對接；對流量與壓力設備構建層級架構，通過層級劃分：總區(qū)（入口流量計）→街道（支管流量計） $$ 小區(qū)（樓棟水表）三級設備樹，支持逐級鉆取分析。

表1計量設施利舊評估矩陣表

（四）漏損管理：大數據分析驅動與閉環(huán)處置

1.漏損管理主要包括三方面的核心功能

（1）漏損智能歸因：整合夜間最小流量（ lt; 日均流量 15% 標紅）、異常流量波動（±30% 觸發(fā)研判），通過隨機森林算法識別高風險區(qū)域（準確率 ?92% ）。

（2）多指標評估看板：漏損率排名（TOP10高損分區(qū)標紅）、達標率統(tǒng)計（對比行業(yè)標準）、產銷差分析（結合水價計算經濟損失），支持鉆取至街道級明細。

（3）處置閉環(huán)管理：報警工單自動關聯(lián)維修方案庫（如PE管漏損優(yōu)先采用不停水修復），維修完成后系統(tǒng)復核漏損指標，形成“監(jiān)測—處置—驗證”閉環(huán)。

2.構建數據分析漏損防控體系

通過Spark大數據分析、維修知識圖譜等，構建“漏損率—產銷差—夜間最小流量”三位一體的多維度數據分析漏損防控體系，具體如下：

（1）漏損率分析：對于每個等級（如一級、二級、三級等）的DMA分區(qū)區(qū)域，系統(tǒng)可以根據等級范圍，自動匯總該級別下每個區(qū)域的供水流量、壓力、報警等在線監(jiān)控信息，并能夠以地圖GIS地圖點位列表、曲線圖等多樣化方式直觀展示各DMA分區(qū)的在線監(jiān)控報警信息，及時向管理人員推送各個DMA分區(qū)的漏損預警情況（圖7）。

（2）產銷差分析：根據各DMA區(qū)域內供水管網輸送的經計量的供水總量與總售水量信息，計算各區(qū)域的產銷差（產銷差 供水總量-總售水量）及產銷差率（產銷差率 （供水總量-總售水量）/供水總量 ×100% ），作為評估水司管理水平和運行效益的重要指標。對于不同等級的DMA分區(qū)，系統(tǒng)用戶可查看對應分區(qū)在不同時間段（周/月/自定義）的產銷差分析數據，包括供水量、售水量、產銷差、產銷差率、漏失率、漏損率等信息，并以列表的方式展示各區(qū)域的產銷差分析數據，輔助管理人員準確了解各區(qū)域的產銷差情況。

系統(tǒng)支持按時間段（周/月/自定義）查看單個DMA分區(qū)的產銷差分析數據，以直方圖、餅圖、曲線等方式展示供水量、售水量、產銷差、產銷差率等信息，輔助管理人員準確了解該區(qū)域的產銷差情況，以便做出科學的處置措施，有效降低產銷差。

（3）夜間最小流量分析：夜間最小流量一般指2點至4點最小瞬間流量，理論上夜間最小流量減去用戶夜間用水經驗值就近似于管網漏損量。[通過此功能觀察夜間最小流量的變化趨勢，檢測是否存在漏損的情況，應用多圖表、多維度、多組數據的方式，實現對夜間最小流量的DMA區(qū)域進行組合式分析管理。提供對各區(qū)域夜間最小流量進行分析，支持同一個區(qū)域的不同日期的不同時間的數據對比分析，亦可支持同一個區(qū)域的不同日期的同一時間的數據對比分析，以此為依據，判斷該區(qū)域是否有漏水發(fā)生。

通過漏損分析可及時、準確地掌握各計量區(qū)的管網運行情況，對各DMA區(qū)的漏損狀況進行統(tǒng)計分析與評估，直觀地反映該區(qū)域漏損情況，為優(yōu)化供水調度管理提供科學合理的依據。[支持按時間段（周/月/自定義）查看各等級DMA分區(qū)的漏損率信息，并以列表的形式展示各等級DMA分區(qū)的漏損率、基本漏損率等指標信息，為各區(qū)的漏損率評估提供數據支撐。系統(tǒng)支持按時間段（周/月/自定義）查看單個DMA分區(qū)的漏損率趨勢變化，輔助工作人員直觀地了解該區(qū)域漏損情況。

（五）實施成效分析

近年來，部分水務管理部門或涉水管理企業(yè)在DMA分區(qū)精細化治理方面進行探索并取得了一定的實踐成果，但將“網格化”治理理念引入實踐探索的尚未見到相關報道，對相關典型實踐與本研究相關設計的對比情況匯總如表2所示。

五、總結與討論

本研究通過宿遷市宿豫區(qū)基于網格化治理的供水管網DMA分區(qū)智能監(jiān)測體系的智慧水務監(jiān)管平臺的設計和實現，探索了DMA分區(qū)在供水管網漏損管理中的核心價值與具體實踐路徑。

（一）構建精準漏損識別體系

DMA分區(qū)通過將管網劃分為逐級嵌套的多級計量單元，以網格化精細治理的思路，形成“出廠計量一分區(qū)計量一用戶計量”的全鏈條監(jiān)測體系，實現流量、壓力數據的動態(tài)采集與異常定位。實踐中，在實施三級分區(qū)計量后，漏點修復效率提升了 40% 。精準漏損識別體系技術路徑的關鍵在于遵循“適配現有供水格局”原則，同時結合物聯(lián)網傳感器實現每15分鐘一次的數據回傳（在考慮成本可行的前提下，可根據實際應用場景按需設置），強化物資和工器具管理，維修時長從36小時壓縮至7.5小時，大幅縮短停水時間；管網漏損率從 9.38% 持續(xù)降至 6.36% ，年節(jié)水數百萬噸，企業(yè)意外停水風險大幅降低，最大限度降低了對企業(yè)生產的影響。

（二）實施數據驅動的智能化決策

基于DMA分區(qū)的監(jiān)測數據，構建了包含夜間最小流量分析、壓力調控模型的水力數據庫。實踐數據顯示，管網壓力每降低 10% 可使背景滲漏量減少 5% 1 7% 。宿豫區(qū)通過分時控壓技術，日均節(jié)水達1.2萬噸。此外，分區(qū)計量為水力模型提供超20類參數輸入，使爆管預警準確率提升至85% 以上。這種數據融合機制不僅支持漏損定位誤差范圍小于50米，還可為老舊管網改造優(yōu)先級提供依據，使改造資金利用率提高 30% 。

（三）建立跨部門協(xié)同與長效激勵機制

DMA分區(qū)推動供水企業(yè)實現“營一管一控”一體化革新，將漏損控制納入KPI考核體系。通過移動端協(xié)同閉環(huán)，Web端看板與移動端工單聯(lián)動，實現“預警推送—現場處置一結果反饋”全流程自動化。在宿豫區(qū)實踐中，巡檢系統(tǒng)將設備故障發(fā)現率提升了 65% ，維修成本降低了 28% （通過平臺系統(tǒng)上線前后同期數據對比得出）。

受限于自前經費投入及項目實施周期等因素影響，后續(xù)計劃對DMA分區(qū)管理在“AI + 水力模型”等預測性維護方向進一步開展深入研究，實現漏損管理從被動修復向主動預防轉變，這將有助于進一步提升監(jiān)測數據實時處理能力，壓縮漏損識別時間。

說明：本文受到宿遷宿豫區(qū)智慧水務項目（VT-S-2023-11-013）專項經費支持。

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Abstract： Taking Suyu District of Suqian City， Jiangsu Province as a sample， the application of DMA zoning （independent metering area） in water supply network leakage management is deeply analyzed. This paper expounds the construction of the application of DMA partition in water supply network leakage management， the key realization path and the realization effect， in order to play a reference role in the construction of smart water. By building a smart water supervision platform in Suyu District， DMA zoning management divides the water supply network into several independent areas，and installs flow meters at the inlet and outlet of each area. Through GIS mapping， internet of things sensing and big data analysis，a fullchain management system covering \"zoning - equipment - monitoring - leakage\" is built.The practice results show that after the implementation of three-level DMA zoning measurement in Suyu District，the leakage rate has decreased significantly，and the repair effciency of leakage points has increased significantly. In addition， basedon the monitoring dataof DMA partition，the hydraulic database is constructed，and the data-driven intelligent decision is realized， which further reduces the leakage of pipe network. The implementation of DMA zoning management strategy can effectively improve the level of water supply management and economic benefits.

Key Words： Grid-based governance; DMA partition management; smart water; leakage control; Suyu District， Suqian City; data-driven decision