1. 前言

1.1 研究背景

随着城市化发展，城市用水量快速攀升，供水管道长度逐年增加，但管线维护措施却没有得到相应完善，管网漏损日益严重。国内大部分供水管道建设年代久远，加之供水管网设施陈旧、管道连接处密封不好、供水管网布局和规划不科学、运行管理技术水平较落后等原因产生大量漏损，对经济和水资源造成了极大浪费，增加供水单位生产成本，加重政府负担，还会引发公共环境危害，故控制和降低供水管网漏损已成为当前的迫切任务。国家也逐渐认识到管网漏损控制工作的重要性，颁布了“水十条”，修订并组织实施《城市供水管网漏损控制及评定标准》。

关于如何有效控制漏损一直是国内外供水单位较关注的问题。传统分区供水是根据城市地形特点将整个供水系统分为若干区域，每个区域有独立泵站和管网，各区域之间通过串联和并联两种形式保证供水[1]。DMA管理是一种新型供水管控模式，即按照一定原则将大型管网划分为不同等级下若干个规模较小的独立区域，对每个区域进出口流量、水压进行独立管控，通过缩小计量范围来缩短漏损感知时间，从而降低漏损时间，减少管网漏损量。同时还可准确计算各区域供水产销差，分析其异常原因，便于及时发现管道泄漏问题，提高管网漏损监测效率[2]。除管道漏损监控外，基于对各类管网运行监测数据的分析，可为水量分配和设施规划提供辅助决策，有利于管网日常配水管理和对水质进行保护和控制[3]。通过DMA的建立可以确定当前供水系统的泄漏水平，并智能分析出应优先检漏的区域，及时进行漏损控制，进而达到节约水资源、降低供水成本、预防次生灾害、延缓扩建、节约投资的效果。

 

1.2 研究目的

武汉众智鸿图科技有限公司DMA管理模式应用于供水管网漏损控制管理中是对传统供水管理模式的拓展，DMA通过应用物联网技术和智能感知设备，进行管网信息采集、信息传输、信息分析、信息应用，实现了对管网健康状况的智能识别；利用漏损监测、检测、监控等技术进行管道检测，对管道漏损问题进行定位、跟踪和监管；支持设置分区原则和相关参数，并通过总结历史分区方案，实现智能化辅助分区；统计分析供水量、管道漏损、售水量之间的平衡关系，展示产销差变化趋势，用于指导管网运行管理。

武汉众智鸿图科技有限公司通过构建DMA分区计量管理，有效指导供水单位实现管网安全运营、控制管网漏损、降低产销差、节约水资源、提高经济效益等目的，具体可实现：

（1）提高管理效率：利用流量确定泄漏水平，快速识别并定位漏点，缩短感知时间和定位时间，快速控制管网漏损，降低产销差；

（2）提高用户安全：监控预防管道爆管、泄漏，降低对用户生活、生产的影响；

（3）降低资源损失：监控预防管道漏损、偷盗，降低资源、资产的浪费，增加收益；

（4）降低管理成本：利用数据智能化分析，精准化预估管道状态，降低人员管理成本。

 

1.3 国内外研究现状

1980年，英国水工业协会首次提出DMA管理概念，引起了国内外水行业的广泛关注，成为了各国供水单位普遍接受的供水管网控制漏损的方法。随后，Malcolm Farley[4]和英国水工业研究机构UKWIR[5]相继发布了DMA使用手册和DMA设计原则，制定了DMA分区的“漏损控制政策与实践”纲要，为DMA分区实施提供了有效指导。

近年来国内外部分专业人士已先后在一些地区尝试了DMA管理的模式。国外城市供水管网分区计量起步较早，伦敦、东京等城市较早开展了DMA的构建。而国内则起步较晚，由北京、上海、杭州等城市在DMA研究和应用方面率先进行了积极的探索，取得了很好的成果，为我国供水管网分区管理模式深入研究提供了借鉴。

2010年，凌文翠[6]以北京市二环内的供水管网为研究背景，验证了DMA分区在我国特有环状供水管网的水质与水压方面的保证。同年凌文翠[7]总结了DMA建立过程中的经验教训，形成了对国内大中型城市供水管网漏损控制具有普遍指导意义的DMA建立方法，即在进行DMA分区时主要考虑DMA的大小、完整性、独立性和管网水质。2011年，游庆元[8]将管网压力控制模型与DMA分区阀门减漏联合作用，验证出可以有效降低管网的漏损率。2013年杨帆博士在第七届中国城镇水务发展国际研讨会上[9]，提出持续控制漏损的关键技术是供水管网的DMA分区定量漏损监控管理系统，针对DMA分区定量漏损监控系统提出了可靠的理论基础，并细化了系统运营管理的流程，给相关数字水务系统，智慧城市奠定了技术支持和数据基础。2014年是DMA学术研究比较多的一年，张鹏飞[10]在研究中介绍了某公司DMA规划方案的详细编制思路，指出我国DMA分区缺乏行业指导标准和持续发挥DMA作用的管理经验。杨华[11]针对在上海市北区域沪太路沿线实施DMA分区的难点，通过INFOWORKS建模，进行测流、测压仿真实验，对设计的DMA分区方案进行优化评估，以此减少实施过程中的建设难度和安装计量设备带来的高额成本。随着社会的快速发展，城市供水管网的管理需求不断提高。相关研究学者提出对DMA进一步细化成若干子区域，王晶惠[12]结合地势平缓且供水管网拓扑简单的示范城市供水特点，将管网进行三级分区。提出三级分区原则：一级分区主要为DN800及以上输水管和部分配水管；二级分区主要为DN400-DN800输配水管；三级分区以用户数或管线长度为分区依据。张一凡[13]设计了基于物联网和云计算的城市供水管网漏损控制系统，并通过实验表明:将该系统运用于小型管网中，可有效地优选控制阀门，给出优化的阀门开启度，使管网压力分布趋于合理，从而降低管网漏损率。

 

2. 研究内容

本文研究内容详细阐述了DMA实施原理，基于供水管网分区规划原则及标准，提出了成熟的分区规划方法、辅助分区系统、DMA漏损分析管理平台，为供水单位智能化分区计量管理构建，实现管道漏损检测、管网产销差控制、管网健康运行管理等提供了有效的解决办法。

 

2.1 DMA实施原理

DMA（District Metering Area）管理以准确的管网拓扑结构为基础，通过在主干管安装流量计将供水管网划分为若干个独立的区域（计量单元），在每个区域进水管和出水管上安装流量计，利用考核表建立起一个分区分级水量分析体系，结合生产调度系统、管网地理信息系统、营销管理系统、水力模型系统等一系列信息技术管理手段，实现对各个区域入流量与出流量的监测、管网运行情况实时监控、管网漏损点及时定位追踪、各个区域产销差准确计算等。

 

2.2 DMA实施步骤

根据供水单位的供水管网现状调研结果，结合DMA分区原则，选择贴合供水单位实际情况的DMA分区路线，基于管网GIS拓扑关系，借助智能辅助分区系统，生成DMA分区方案，结合现场勘察实际情况，通过“零压力”“零流量”方法来验证所选区域是否是独立封闭，确定最终DMA分区方案。

建设DMA漏损分析管理平台，基于供水管网现状，应用物联网技术和智能感知设备，实现各区域管网信息的采集、传输、分析与应用，对管网健康状况进行智能化识别、问题定位、跟踪和监管定量监控漏损，直观地反映该区域漏损情况，达到降低产销差、提高经济效益的目的。

 

2.2.1 分区规划方法

（一）管网现状调研

供水管网现状调研是确定分区计量管理实施路线、制定实施方案的工作基础。通过对供水单位的供水管网现状进行调研，全面分析供水格局、供水管网特征、管网运行状态、漏损控制现状等基础信息，综合考虑管理、成本等因素，编制城市供水管网分区计量管理实施方案。

（二）DMA分区原则

基于现有自然边界和人为划分的行政区、营业厅等边界，根据管网结构、管网特定的水力学、水质条件等划分出DMA区域，DMA分区一般以三级分区管理为宜。

（1）一级分区

一级分区以原有城市供水自然经营区域为基础，以水厂出口和各经营区域间转供水为计量点加装流量计，以各区域转供水计量点进出平衡为原则核算各区域水量。

（2）二级分区

进行二级分区主要遵循以下原则：

A.地理条件便利原则，应考虑利用河流、山脉、铁路、主要道路等天然屏障或人为障碍作为分界线；

B.适应供水（量）格局原则，应考虑现有水厂和加压站供水加压能力、管道现状、区域内用水类型等，尽量将区域分界线划分在供水主干管上；

C.流量计便于安装和数量最少原则，应将易于安装流量计的地段作为区域分界线，同时考虑流量计数量越少则管理费用越少、计量误差越小；

D.有效关闭阀门原则，在不影响DMA区域供水的前提下，适当关闭DMA的边界阀门，以减少流量计的数量。

（3）三级分区

为了便于进一步查明各供水区域产销差的差异性，三级分区在现有二级分区的各个分区内部进行二次分区，即在大的分区中划出小的分区，进一步精细的划出更小的供水区域。区域大小可按用户数来分区，一般为2000-5000户居民；或按管网长度：20-30km来分区；或按供水量：2000~5000m3/d来划分。

（三）分区实施路线

供水单位可根据分区计量管理的基本原则，在供水管网现状调研基础上，结合供水管理机制，选择技术可行、经济合理的分区实施路线。

分区实施路线包含以下三种方式：

方式1：自上而下的分区路线：由最高一级分区到最低一级分区（或DMA）逐级细化；

方式2：自下而上的分区路线：由最低一级分区（或DMA）到最高一级分区逐级外扩；

方式3：方式1与方式2的结合应用。

一般情况下，针对基础资料较完善的管网、拓扑关系简单的管网、以输配水干线漏损为主的管网，可优先采用自上而下的分区路线；

针对基础资料不完善的管网、拓扑关系复杂的管网、以配水支线漏损为主的管网，可优先采用自下而上的分区路线；

供水单位亦可根据实际情况综合采用上述两种分区路线。

 

​​​​​​​2.2.2 辅助分区系统

DMA辅助分区系统主要是基于GIS管网拓扑结构，通过分区条件选择及分区原则设置进行分区规则设定，结合根据现场踏勘实际情况进行调整完善，从而实现DMA智能化分区，辅助供水单位进行DMA分区规划设计及实施。辅助分区系统支持在不影响现有供水管网运行（水压、水质运行稳定）的情况下对管网进行合理分区，并支持分区方案根据实际业务不断进行实时调整、扩展和优化。

 

​​​​​​​2.2.3 DMA漏损分析管理平台

DMA漏损分析管理平台，集成了供水管网地理信息系统的管线图数据、生产调度系统的在线监测数据、营销管理系统的用水量数据等，是一个综合性强、功能全面的分析管理平台，基于对供水管网各类运行数据的深度挖掘分析，提供了用于管道漏损检测定位、水量平衡分析、产销差控制分析、管网健康状况分析的诸多功能，用于评估各区域内管网漏损状况，有效识别管网漏损严重区域和漏损构成，科学指导开展管网漏损控制作业，实现精准控漏，提高漏损控制效率，达到降低产销差、提高经济效益的目的。

（一）管道漏损检测功能

DMA漏损分析管理平台提供了一系列辅助用户进行管道漏损检测的功能，主要包括：流量分析（包括：夜间最小流量分析、异常流量分析）、漏失率分析、漏损率评估、管网漏损预警等，为管道漏损检测提供科学的信息支撑，指导用户快速控制漏损，降低水量漏失，减少经济损失。

（1）流量分析

系统根据同一个区域不同日期不同时段的夜间流量数据分析，计算夜间流量各时段常规流量区间。通过对各区域夜间最小流量曲线进行实时监测，以此为依据，判断该区域是否有漏水发生。并可针对用水量突增或突减信息进行异常流量预警，提示工作人员及时处置。

流量分析功能通过对各分区管网流量实时在线监测，及时发现由管网漏损等原因造成的异常流量情况和夜间最小流量异常情况，指导用户快速、准确地定位、追踪到管网漏水点，缩短漏损感知时间和定位时间，减少漏失水量。

（2）漏失率分析

系统提供对各等级各分区的背景漏失水量、明漏水量、暗漏水量、水箱渗漏、水池溢流等漏失信息的统计分析功能。以图表的形式直观地反映出各等级各分区的管网运行情况和漏损情况，辅助管理人员对各时间段各计量区可能存在的漏损点、漏损类型、漏损原因等进行准确判断，有效指导漏损检测计划的合理制定。

（3）漏损率评估

系统根据管道漏损率、基本漏损率、抄表到户率、DN75以上管道总长、年平均出厂压力、最大冻土深度等指标信息，对各区的漏损率进行分析评估。通过分析各区的漏损率趋势变化，预测不同等级的DMA分区的漏损率情况，为优化供水管网运营管理提供科学合理的依据。

（4）管网漏损预警

系统实时监测各类管网漏损信息，当监测值到达设置的对应预警阈值时，系统会自动报警，并提供该预警点详细的判断信息，包括：预警点分区位置、突变时间、平均最小流量、突变夜间最小流量、平均增长率、突变增长率、当前状态等信息，辅助用户全面掌握每个区域的漏损预警情况，便于管理人员准确判断，并制定科学的巡检、维修处置决策，有效降低漏损率。

（二）产销差分析管理功能

系统对供水量、售水量、注册用户用水量、漏损水量等数据进行分析处理，提供产销差分析和水量平衡分析功能，为用户提供直观的数据支撑，便于及时发现产销差及存在原因，辅助管理人员针对性控制漏损，降低产销差。

（1）产销差分析

根据各DMA区域内供水管网输送的经计量的供水总量与总售水量信息，计算各区域的产销差（产销差=供水总量-总售水量）及产销差率（产销差率=(供水总量-总售水量)/供水总量×100%），作为评估水司管理水平和运行效益的重要指标，辅助管理人员准确了解各区域的产销差情况，以便做出科学的处置措施，有效降低漏损率，提高企业的经济效益。

（2）水量平衡分析

系统提供不同等级的DMA分区不同时间段（周/月/自定义）的水量平衡分析数据，包括供水总量、注册用户用水量（计费用水量、免费用水量）、漏损水量（漏失水量、计量损失水量、其他损失水量）等信息，并能以表格、曲线图、直方图等方式进行多样化显示，方便用户快速、直观、准确的掌握各计量分区的水量平衡情况。同时，系统还可判断各分区供水管网在一定时间段内的供水总量、注册用户用水量、漏损水量之间的转化是否平衡，当出现水量不平衡或产销差异常时，该分区会以高亮颜色报警，提示管理人员及时发现造成水量失衡以及产销差异常的原因。​​​​​​​

 

3. 重难点分析

本文针对在DMA建设过程中分区规划、设备安装、数据分析、实施管理等阶段所遇到的问题进行重点剖析，并就分区规划实施合理性、感知设备数据准确性、数据分析模型贴合性等方面进行难点分析。

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​​​​​​​3.1 DMA建设重点分析

（1）分区规划方面

建立基础GIS管网地理信息系统，利用完善的管网拓扑结构，更好实现分级分区。

（2）设备安装方面

选用计量准确的仪表，同时应注重设施设备的运行维护，从而及时全面获取分区计量数据。

（3）数据分析方面

A.保障数据分析模型合理可靠：分析模型符合业主实际，避免直接采用国外经验硬着陆，才能使收集到的计量数据发挥最大作用。

B.保障数据分析的模型计算准确：分析过程计算准确，才能发挥模型的本质作用。

C.保障数据分析的结果即时推送：分析结果即时推送，才能将管理系统的作用落到实处，指导采取控漏措施。

（4）管理制度方面

建立科学的考核机制，实行管网漏损管控、管网运行管理等工作进行指标分区管理、定量考核，充分发挥考核的导向作用。

 

​​​​​​​3.2 DMA建设难点分析

（1）如何协调分区规划的实施切合实际

由于DMA建设时间较晚，分区规划方案里不少监测点的位置已有完善的市政设施，难以进行道路开挖，通常只能调整分区规划方案。如何在保证合理分区且不影响正常供水的前提下，适当调整布点，是水司面临的重要难题。

（2）如何保障感知设备的数据可靠准确

困扰不少DMA建设单位的难点之一，在于感知设备的数据不可靠、不准确，由于缺乏经验、设备老旧，导致难以精准定位原因。普遍原因包括感知设备、远传设备、通讯及数据库等某一方面或多方面出现异常。

（3）如何保障数据分析的模型贴合实际

目前已经有颁布适合我国国情的水平衡表，但在实际使用过程中，仍然有水司困扰于如何确定DMA数据分析模型的诸多关联因数，例如最小夜间流量的波动范围的确定及调整，以及如何补充不易测量的用水数据。

 

4. 结论与展望

国内供水单位都相当重视漏损管理，但很大程度上缺乏系统的管理模式和方法。我司在DMA漏损管理方面进行了多年的深入研究，总结出了成熟的DMA漏损管理理论和分区方案，研发出来了辅助分区系统及DMA漏损分析管理平台，并通过多个试点的DMA管理和实践，充分验证了DMA漏损管理理论、分区方案和应用系统的切实可行性，并且有着明显的经济效益。供水单位可以根据自身实际，按照理论的程序和步骤，借助辅助分区系统及DMA漏损分析管理平台，采取必要的漏损控制措施，以达到降低漏损率，控制产销差，提高经济效益的目的。

产销差和管网漏损控制是一项系统工程，随着智慧城市推广进程不断深入，物联网、大数据、云计算等技术将不断应用在供水管网中，特别是管网地理信息系统、生产调度系统、营销管理系统、水质监测系统、水力模型系统、巡检维修系统、应急指挥管理系统与分区计量管理平台集成统一后的综合智能平台的应用。未来产销差控制中不再是单一系统的漏损检测和产销差分析，而是基于分区管理、管网运营、营销管理、水力模型、巡检维修管理等模块，对管网从管道漏损到漏点修复全周期进行精细化、流程化、智能化管理，实现管网漏损管理水平的全面升级和智能管控。

 

参考文献

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[13] 张一凡，崔建国，张峰，李红艳。物联网和云计算下的城市供水管网漏损控制系统设计[J]。华侨大学学报(自然科学版)，2019，40(1):35-40