城市给水排水管网智能化改造技术与应用实践

摘要

随着城市化进程的加快和智能城市建设的深入推进，传统的城市给水排水系统面临着运行效率低、信息滞后、资源浪费和安全隐患等诸多问题。为实现城市基础设施的高效、安全、绿色运行，推进给排水管网的智能化改造已成为发展趋势。本文从城市管网现状出发，系统探讨了智能化改造的技术体系构成，包括物联网感知技术、智能监测预警、数据采集分析与数字孪生平台建设等核心内容，并结合典型城市实践案例，对管网智能化改造在漏损控制、排水调度、水质监控、应急响应等方面的应用成效进行了深入分析。研究表明，通过构建集“感、传、知、控”为一体的智能管网系统，能够有效提升供排水系统运行效率、保障水质安全、优化资源配置，全面支撑城市智慧治理目标的实现。文章最后对未来智能管网发展方向进行了展望，强调技术集成、标准完善与系统融合的重要性。

关键词

智能管网；城市给排水；物联网；数字孪生；智慧水务

引言

城市给水排水系统是城市运行的生命线工程，其安全高效运行直接关系到居民生活质量、城市生态安全与公共卫生水平。长期以来，传统给排水管网多依赖人工巡检、经验管理和分散控制，缺乏系统化、数字化、动态化的感知与决策机制，导致运行中常见管网老化、漏损严重、调度滞后、水质波动等问题频发，难以满足现代城市对安全、节能、高效与绿色发展的综合要求。随着信息技术和智能设备的快速发展，智慧水务理念日益成熟，推动城市基础设施向数字化、智能化方向转型成为共识。智能化管网系统借助传感器网络、GIS、物联网、大数据、人工智能与云平台等技术，实现对供排水全过程的实时监控、数据采集、故障诊断、动态调度与精细管理，不仅提升了城市管网的运行能力和服务水平，也为城市可持续发展提供了强有力的支撑。尤其是在面对突发性降雨、水质污染、供水中断等城市水务风险时，智能管网系统能够迅速感知、智能研判并高效联动，极大提高了城市的抗风险能力与应急响应水平。

一、城市给水排水管网智能化改造的背景与现状分析

当前我国多数城市的给水排水系统普遍存在管网老旧、监测手段滞后、信息孤岛严重、运行效率不高的问题。在供水方面，部分城市供水管网漏损率超过15%，严重浪费水资源并造成运营成本上升；在排水方面，雨污混接、内涝频发、调度不及时等问题依然突出，对城市运行安全构成威胁。与此同时，随着城市空间结构不断拓展和用水需求不断增长，传统管网系统的运行压力日益加剧，亟需通过科技手段实现系统升级。智能化改造的提出正是在这一背景下应运而生，其核心目标是通过“感知+决策+执行”闭环机制提升管网运行的动态响应能力、管理水平和运行效率。尤其是在国家大力推进新型城镇化与智慧城市建设的大背景下，多地已开展以智能水表、管网在线监测、实时调度系统与应急响应平台为核心内容的管网智能化建设试点，并取得一定成效。

二、城市给水管网智能化改造的核心技术路径与系统集成模式

城市给水管网智能化改造以“全域感知、智能分析、精准调控”为目标，围绕供水系统中的压力监测、水质追踪、漏损检测、调度优化等关键环节，形成多技术融合、多层级集成的技术体系。首先，传感器和物联网设备布设是实现数据感知的基础，应在主要干管、水表节点、加压泵站、阀门节点等关键位置布设压力传感器、流量计、水质传感器与智能终端，实现数据的实时采集与传输。其次，通过构建SCADA系统与GIS平台，实现对整个供水系统空间信息、运行参数与状态数据的可视化管理与动态跟踪。在数据处理层面，依托大数据平台与AI算法，分析运行状态与历史数据，识别运行规律、预测异常风险，进而实现供水系统的智能优化调度。

三、城市排水系统智能化改造的技术应用与运行优化

与给水系统相比，城市排水系统面临的挑战更为复杂，尤其是在极端气候频发与城市内涝风险上升背景下，排水系统的动态响应与调度能力成为城市安全运行的关键保障。智能排水系统建设需以雨量监测、水位感知、流速测量、水质检测等多维监测为基础，构建高时效、高精度的管网监控网络。在技术实现上，应重点部署集成型智能井盖、无线水位传感器、雨量雷达与在线监测终端，构建“点-线-面”结合的数据获取系统。在数据传输方面，采用NB-IoT、5G等新一代通信技术，确保数据的广域覆盖与低功耗高效率传输。在管理平台层，通过建设智慧排水管理系统，集成实时数据展示、预警发布、排水调度与应急指挥功能，可实现排水系统运行状态的一体化感知与可视化调控。

四、典型城市实践案例分析与技术成效评估

近年来，国内多个城市积极推进给水排水管网智能化试点，形成了一系列可复制、可推广的实践成果。例如，某大型沿海城市通过建设“智慧水务综合平台”，整合给排水系统所有监测设备与运行数据，建立了以数据驱动的城市水务管理新模式。该城市在给水系统中部署超过2000个传感器节点，实现对主干管网压力、水质、流量的全天候监控；在排水系统中构建了雨量-水位联动模型，结合城市地形与管网结构，建立了城市内涝风险地图，并将监测数据与气象预报系统对接，实现暴雨期间排水调度的自动化与最优路径选择。经过两年运行实践，该城市供水管网漏损率由原来的18%下降至7.6%，年均节水超300万吨；排水系统的报警响应时间缩短40%以上，城市主要易涝点数量显著减少。此外，通过平台的数据挖掘能力，城市水务部门建立起按需维护机制，减少了重复开挖与不必要维修，提高了设备使用寿命和运维效率。这些成功案例表明，智能化改造不仅在技术层面实现了突破，更在管理理念、组织模式和运营机制上推动了深层次变革，提升了城市基础设施的治理能力和服务水平。

五、智能化改造面临的挑战与未来发展趋势

尽管当前城市给排水管网智能化改造取得了一定成果，但在推进过程中仍面临诸多挑战。一方面，城市基础设施建设存在历史欠账，管网分布复杂、资料不全，影响传感器布设与系统建模的精准性；另一方面，多部门、多系统之间的数据壁垒依然存在，制约了信息共享与平台集成的效率。同时，缺乏统一的技术标准和评价体系也使得智能化改造在实际应用中存在重复建设、资源浪费等问题。此外，智能管网的建设和维护成本较高，尚需政策引导与资金保障支持。在未来发展中，应加强顶层设计，建立涵盖系统结构、通信协议、数据接口、安全标准等内容的行业规范，推动跨部门、跨系统的数据融合与协同运维。

结论

城市给水排水管网智能化改造是实现城市可持续发展、基础设施现代化和公共服务高效化的必由之路。本文系统梳理了智能化改造的背景与必要性，阐述了关键技术路径及系统集成模式，结合典型实践案例对技术成效进行了分析评估，指出了当前存在的问题并提出未来发展方向。研究表明，构建集感知、分析、控制、服务为一体的智能管网系统，能够显著提升城市水务系统的运行效率、安全保障与智能服务能力。未来，应继续深化智能技术与城市水务系统的融合，完善标准体系与平台建设，推动多方协同与智慧治理，助力城市实现绿色、智能、韧性发展的战略目标。

参考文献

[1]陈勇民.基于GIS的城市排水管网规划及管理系统的开发研究[D].湖南大学，2003.

[2]陈勇民，陈治安，许志英，等.基于GIS的排水管网规划管理系统的开发及应用[J].浙江科技学院学报，2005，（03）：200-203.

[3]高飞.市政排水管网系统的研究与开发[D].华中科技大学，2007.