城市供水动态评估体系的探索和数字化应用

沈 越

（上海市供水调度监测中心，上海 200080）

随着城市化的不断推进，城市化所带来的问题如城市热岛、集中污染以及供排水能力不足等不断显现。为了更好地保障城市稳定运行，合理调度城市资源，城市需要建立起一套完善的城市运行评价体系来反映整个城市的健康指标[1]。作为城市运行安全保障的重要环节之一，城市供水安全保障是我们工作的重中之重。城市供水系统的管理与维护需要综合考虑环境因素和社会管理因素。很多供水企业和管理部门都将重点集中在供水水质检测和供水管网建设维护上，缺少对整个供水系统风险管控的监测[2]。本文以全国特大城市之一的上海为例，对构建城市供水动态评估体系进行探索。上海今年来供水总体安全平稳，供水水质符合国家标准，但由于受高温、台风、干旱、潮汐等极端天气的影响，上海供水也存在诸多挑战，如咸潮、藻类暴发、爆管等，这些风险事件对城市供水风险管控能力提出了更高的要求，迫切需要构建一种全新的供水系统安全风险管控体系，解决管理瓶颈，控制风险隐患，推动供水安全管理水平不断提升。

1 城市供水运行动态评估内容

城市供水动态评估体系应在深入的业务调研和专家分析的基础上，充分利用大数据、人工智能、移动互联网和物联网等先进的信息化技术，实现各类评估模型的训练、数据的接入、预处理、评估指标的实时计算及评分、数据分析及数据可视化展示，最终达到对各环节运行风险的综合性评估，辅助供水各类决策的制定，全面排查隐患，预测未来的风险，从事前管控的角度保障供水安全。

1.1 评估指标体系

如图1所示，整个供水动态评估体系分为三层：宏观评估、综合评估、专项评估。宏观评估所体现的就是整个城市当前的供水运行安全状况。综合评估则是根据城市供水环节，分成了原水运行安全评估、水厂运行安全评估、输配运行安全评估、二次供水运行安全评估。专项评估则是根据各种独立的事件或角度进行专题评估。

图1 城市供水动态评估体系示意图

1.2 评估方法

在各类评估指标体系的建立、评分规则的确定过程中采用业务调研、专家打分和机器学习相结合、定性与定量相结合的方法，在大量的调研和模型训练后，从大量的因子中筛选出关键影响要素，并确立指标权重及其计算规则。评估结果在实际业务中也得到了很好的验证，实践证明对供水生产经营管理具有重要的指导作用。以下以综合评估中原水运行安全评估和水厂运行安全评估以及专项评估中的管网风险评估为例进行介绍。

（1）原水运行安全评估。实现对整个原水系统的综合评估，指标涉及5个大类44个小类。从原水水质、原水调配、设施设备、应急处置、运行管控等5个方面进行评价，囊括的指标类型包括水源地流量、压力、水质、水位、机泵运行、规章制度、突发事件应急管理、信息化支撑系统、数据传输情况等。

（2）水厂运行安全评估。实现对全市40家自来水厂的运行安全评估，从出厂水质量、抗风险能力、智能化水平、运行稳定性、精细化管理这5大类50个小类的评估指标对水厂进行实时健康体检.

（3）管网风险评估。实现对供水管网安全状况的综合评估，将风险发生可能性评估与风险后果评估相结合。从基础风险评估、详细风险评估、专项风险评估这3大类21个小类，分别评价管网风险发生可能性和风险后果，最终加权获得管网风险等级[3]。

表1 动态评估部分指标

2 供水动态评估数字化方法

供水动态评估有别于一般的评估，它需要用数字化的手段对评估结果进行动态展示和应用，以便于使用人员能更好地实际应用评估结果。数字化技术的应用会带来效率的提升。根据不同阶段的数字化技术特点，国内数字化发展过程可划分为4个阶段：工业自动化阶段、业务数据化阶段、数据业务化阶段和业务智能化阶段[4]。供水动态评估体系的数字化展示和应用属于第四阶段即业务智能化阶段。它是实现智能辅助决策的前提，通过综合性评估，多维度量化评价决策方案的优劣，并通过预演模块进一步分析和验证，来达到最终的决策智能化。

2.1 数据接入及处理

数据接入：根据评估体系中确立的评估指标进行传感器数据接入。不同类型的信号的更新频率不同，需要根据信号的不同更新频率进行采集及存储，为指标计算及风险分析提供数据支撑。

数据流式预处理：通过实时处理流式数据的方式，可以为数据打上相应的标签并进行去噪操作，而不是直接删除异常数据。下游的数据使用者可以通过这些标签来识别异常数据，并根据实际业务处理规则进行合理的使用。常见的数据预处理方法包括数据毛刺处理、数据中断处理、数据时效性处理和数据波动处理。

2.2 指标实时计算及评估

基于各类评估指标体系的计算规则编写计算程序，对于实时指标数据和衍生数据进行实时计算更新，对于静态指标数据按年或逢变更新，计算出评估等级、总评分、各大项的评分、各小项的评分等。

2.3 评估结果数据分析

依据业务特点和监管需要，对评估结果进行多维度数据分析，挖掘数据背后的原因，对评估出的问题进行及时报警，推动突发事件的快速处置。同时定期生成和推送各类报表统计、评估报告，便于相关部门了解自身的运行状况和问题点，有针对性地进行溯源，提升部门的精细化管理水平。

2.4 可视化监控展示平台

原水运行安全评估专题展示包括整个原水系统整体运行风险可视化监控及展示、4大水源地运行健康评估的监控及展示，从流域水文、评估分析、关键指标、要素对比、评估报告、地图展示这几大方面剖析原水系统的运行状况，实现对原水系统的运行风险的一屏监控及展示，实时掌握原水系统的健康状态。

水厂运行安全评估专题展示实现了对全市40家自来水厂运行体征的一屏展现。从评估结果、评估等级、分类指标、分类统计、评估报告、地图展现这几大方面分析和展示水厂运行情况；实时掌握水厂的综合运行状况，有效地指导水厂优化生产过程。

管网风险评估专题展示以GIS地图形式显示全市各供水公司管网的风险情况，从评估结果、评估等级、预警信息、管网漏损、管网改造、管网关键影响要素、爆管时空分布、三交管线、深基坑等方面对管网进行监控、分析与可视化展示，指导供水公司的管网运维、改造工作。

3 展望

城市供水动态评估体系对原水、制水、供水业务的指导、预警预报、供水行业监管及社会信息的发布发挥重要价值。

3.1 指导供水业务

城市供水动态评估体系从多角度出发进行评估，使评估更全面，让原水系统、水厂系统、输配系统以及二供系统可以联合评估，从而得出整个供水系统的评估值。业务人员可以根据各运行安全评估系统中相应的分值，来指导供水企业调整所属水源地以及水厂工艺流程，并优化企业运行管理，加强风险防控，有效监督整个供水过程，从而提升各供水企业的管理水平，提质增效。

3.2 预警预报

实现实时在线报警，让业务人员第一时间感知生产异常，实现从“人眼识别”向“智能监控”的转变。常见的单点预报警可能会由于数据覆盖面不全而导致误报，通过供水动态评估的多指标评估联动，可以使得原水、制水、供水预报警更加完善，提高相关供水企业的应急处置能力，保障供水安全。

3.3 对接“一网统管”

对接城市“一网统管”系统，根据供水系统运行健康的评估成果，加强供水行业的监管，为政府提供决策支持，提升政府供水管理部门的管理水平和服务水平。

3.4 社会信息发布

供水系统运行健康的评估成果向市民进行公布，有利于加强供水水质的监管与信息的发布，提高水质信息透明度，提升公众的幸福度与参与感，有效保障人们的用水安全问题。■