智慧水务系统在给排水管理中的应用

引言

当前城市化快速推进，城市用水量与排水量激增，传统给排水管理存在数据滞后、决策依赖经验等短板，导致供水调度失衡、管网漏损率高、内涝应急被动、污水处置能效低等问题频发，既浪费水资源，又影响城市运行安全。在此背景下，依托物联网、大数据等技术的智慧水务系统，成为破解给排水管理困境、提升水务治理能力的关键路径。

1 智慧水务系统的内涵与构成

智慧水务系统是以物联网、大数据、人工智能、云计算为技术核心，覆盖水务全生命周期的现代化管理体系，其内涵在于打破传统水务“分环节管理、信息孤岛”的局限，通过对水源采集、给水处理、管网输送、用户用水、排水收集、污水处理及再生利用等环节的实时感知、数据互通与智能分析，实现水务管理从“经验驱动”向“数据驱动”的转型，最终达成水资源高效利用、运营成本降低、安全保障能力提升的目标。

该系统由四层构成：感知层是“神经末梢”，部署水质（pH 值、浊度、余氯）、压力、流量传感器及智能水表，实时采集关键数据；网络层是“通信血管”，通过光纤、4G/5G、LoRa 等，实现数据稳定传输；平台层是“大脑中枢”，依托数据库与算法模型，完成数据存储、处理及智能分析；应用层是“功能出口”，落地给水、排水等场景化管理功能，支撑实际业务运转。

2 智慧水务系统在给水管理中的应用

2.1 智能供水调度与管网压力优化

智能供水调度与管网压力优化依托“感知-预测-调控”闭环体系，破解传统经验调度的供需错配与压力失衡难题。系统通过管网关键节点部署的千余个压力、流量传感器及分区计量（DMA）单元，实时捕捉全域供水量、节点压力及用户用水动态。

平台层的水量水压预测模型结合历史数据与实时参数，可提前24 小时精准预判用水需求，偏差控制在 1% 以内，为调度提供“晴雨表”。联动在线水力模型与AI 算法，系统能自动生成最优方案：通过“一键操作”调控水厂泵组启停与频率，优先启用低能耗设备降低电耗；远程调节智能调压阀实现分区稳压，将压力波动控制在±0.1MPa 内。如济南采用“末端压力动态补偿”技术，深圳实现“无人干预、秒级计算”调度，既消除高峰低压问题，又降低管网超压漏损风险，同时使配水能耗下降约 5% 。

2.2 漏损检测与管网运行状态实时监控

漏损检测与管网运行状态实时监控，通过“全域感知+智能诊断”双机制，解决传统人工巡检漏损定位难、效率低的问题。系统在供水管网DMA 分区（独立计量区域）关键节点、老旧管道段及阀门井部署压力传感器、流量传感器与噪声监测仪，实时采集管网压力波动、流量异常及管道振动噪声数据。平台层搭载漏损分析模型，通过对比DMA 分区夜间最小流量与正常基准值，自动识别流量异常区域；结合噪声传感器捕捉的管道漏水声纹特征，与数据库中上万组漏水声纹样本比对，精准定位漏点，误差可控制在3 米内。同时，系统通过GIS 地图可视化呈现管网运行状态，实时显示各管段压力、流量、流速及设备工况，当管网出现压力骤降、流量突增等异常时，自动触发声光预警并推送漏损位置至运维人员，实现“发现即处置”，助力漏损率降低至8%以下。

2.3 水质在线监测与风险预警

水质在线监测与风险预警构建“全流程感知+动态预警”体系，破解传统人工采样检测滞后、风险难预判的问题。系统在水源地、水厂进水口、处理工艺关键环节（沉淀池、滤池）、管网节点（出厂干管、小区入口）及用户端，部署多参数水质传感器，实时监测pH 值、浊度、余氯、溶解氧、COD 等10 余项核心指标，数据采样间隔缩短至1-5 分钟，确保水质变化“秒级捕捉”。

平台层水质分析模型会自动比对监测数据与国家标准限值，若出现余氯低于 0.05mg/L 、浊度超 1NTU 等异常，立即触发分级预警——轻度异常推送提示至管理人员，重度异常联动水厂工艺控制系统，自动调整投药剂量或切换备用水源。同时，系统存储历史水质数据，通过趋势分析预判水质风险，如汛期前提前预警水源地浊度升高风险，助力水厂提前调整处理方案，保障从“源头到龙头”的水质安全。

3 智慧水务系统在排水管理中的应用

3.1 城市排水管网监测与运行调控

城市排水管网监测与运行调控依托“全域感知+动态调控”模式，解决传统管网“淤积难发现、溢流难管控”的问题。系统在排水管网关键节点（检查井、泵站进出口、合流制溢流口）部署液位传感器、流量传感器与水质传感器，实时采集管内水位、过流流量及污水COD、SS 浓度等数据，同步通过管道机器人定期检测管网结构缺陷，实现“线上监测+线下探查”双重覆盖。

平台层的排水管网水力模型，会结合实时数据模拟管网水流状态，自动识别高水位拥堵管段与淤积风险区域；当监测到管内水位超警戒值时，系统可远程调控沿线截流井阀门 开度与泵站水泵运行频率，通过“错峰排水”“分流疏导”缓解管网负荷，减少污水溢流。同时，系统会根据历史数据生成管网淤积规律报告，指导运维人员精准开展清淤作业，避免盲目养护，提升排水管网运行效率。

3.2 内涝风险预测与应急调度

内涝风险预测与应急调度构建“多维感知-精准预测-快速响应”体系，破解传统内涝应对“被动处置、预警滞后”的难题。系统整合气象部门实时降雨数据、排水管网液位数据，以及城市易涝点（低洼路段、地下通道）部署的水位传感器、视频监控设备数据，实现降雨强度、管网负荷、积水深度的同步感知。

平台层的内涝预测模型，结合历史降雨内涝数据与城市地形地貌特征，可提前 3-6 小时预测不同降雨情景下的内涝风险区域、积水深度及持续时间，通过GIS 地图分级标注高、中、低风险区，为提前布防提供依据。

当监测到易涝点积水超警戒值时，系统自动触发应急调度：推送预警信息至市政、交通等部门，联动开启雨水泵站最大功率排水，调度应急队伍布设挡水板、抽排设备，同时通过市民端APP 发布绕行提示，形成“预测-预警-处置-反馈”的应急闭环，最大限度降低内涝影响。

3.3 污水处理厂的智慧化运行与能效优化

污水处理厂智慧化运行与能效优化，通过“精准感知+智能调控”降低能耗、提升处理效率。系统在进水口、曝气池、沉淀池等环节部署水质（COD、氨氮）、溶解氧、液位传感器，实时采集水质与设备运行数据。平台层算法模型结合数据自动调控：根据进水水质动态调整曝气强度与药剂投加量，避免过度曝气或投药浪费；优化水泵、风机运行频率，实现“按需耗能”。同时，系统实时监测设备能耗与处理效果，生成能效分析报告，助力运维人员优化工艺参数，使污水处理能耗降低 8%-15% ，出水达标率稳定在 99%以上。

结语

智慧水务系统通过“感知-网络-平台-应用”的层级架构，为给排水管理提供了全流程智能化解决方案。在给水管理中，其实现了调度优化、漏损控制与水质保障；在排水管理中，有效提升了管网调控、内涝应对与污水厂能效水平。未来，随着技术迭代与数据深度融合，智慧水务系统将进一步打破管理壁垒，推动给排水管理向更高效、更安全、更低碳的方向发展，为城市水务治理现代化提供持续支撑。

参考文献

[1]雷晓霞,梁骞,徐瓒.智慧水务系统在城市水资源管理中的应用[J].中国战略新兴产业,2024,(33):188-190.

[2]鲁菁,马晓虎,杨涛.“智慧水务”平台系统的构建及关键技术分析[J].数字技术与应用,2023,41(10):199-201.

[3]张超.海绵城市理念下的智慧水务建设研究[J].四川水泥,2023,(05):43-45.