摘要：为解决传统水务管网漏损控制方法的局限性，以物联网与大数据技术为基础，提出了一种智慧水务管网监测与漏损控制系统，阐述了该系统的功能及架构。研究结果表明：该系统能够实现对供水管网的实时在线监测和漏损分析，同时可根据分析结果采取针对性的管理措施，将漏损控制在允许范围内。研究结果为智慧水务管网监测与漏损控制提供了一种可行的方法，对提高城市供水系统的运行效率、保障供水安全具有重要意义。

关键词：物联网；大数据；智慧水务；漏损控制；优化设计

一、引言

城市供水管网的漏损现象严重影响了供水企业的经济效益，同时也是造成水资源浪费的重要原因之一。因此，如何通过有效控制漏损，提高水资源利用率，实现城市供水系统的可持续发展，已经成为社会关注的重点问题。目前，我国许多城市已开始探索智慧水务管网监测与漏损控制系统，并取得了一定成效。然而，传统的管网监测和漏损控制方法在实际应用中仍存在一定问题。因此，如何采用先进技术和管理方法，实现对供水管网的实时在线监测和漏损控制仍是亟待解决的问题。

二、物联网与大数据技术基础

2.1 物联网技术原理与架构

物联网技术通过无线网络把计算机系统、传感器系统、智能终端等设备连接起来，通过互联网技术与应用实现智能化的信息交互。在物联网体系架构中，感知层主要由各种传感设备和传感器网络组成来负责获取物体信息。传输层主要是将传感设备采集到的信息通过无线网络进行传输。应用层主要包括感知层和传输层，感知层将传感设备获取的信息通过互联网传输到应用层，应用层根据获取的信息对感知数据进行处理。

2.2 大数据技术概述

大数据技术是指对大规模数据进行处理、存储、管理、分析，以发现新知识的方法与技术。在云计算技术的基础上，大数据技术已逐渐发展成为一个由数据采集、数据存储、数据分析和处理、数据服务等几个方面组成的完整体系，且主要应用于商务智能领域。大数据技术在水务管网监测中的应用主要体现在对各种类型管网大数据的采集和存储上，并通过对这些大数据进行处理和分析来实现管网监测。

2.3 物联网与大数据在智慧水务中的协同作用

基于物联网与大数据技术的智慧水务建设中，一方面物联网和大数据技术是水务企业进行智慧管理的基础，其能够为水务企业提供强大的数据支撑，对企业运营中所产生的各类数据进行实时采集和分析，从而实现对企业运行状态的实时监测。另一方面基于物联网与大数据技术建立起来的智慧水务系统能够通过对各种数据的采集和处理，为水务企业提供全方位、多角度的分析和应用服务[1]。

三、智慧水务管网监测系统设计

3.1 监测系统总体架构

在管理层采用数据中心结构，负责整个水务管网的监测系统管理和数据管理；在信息层采用物联网技术实现水务管网数据采集与传输；在感知层采用传感器技术实现水务管网实时数据的采集；在网络层采用互联网技术实现水务管网与物联网数据的通信；在应用层采用云计算技术实现对水务管网的动态监测和智能预警。

3.2 监测指标与传感器选型

智慧水务管网监测指标应涵盖供水管网的水、气、电、热 4 大类监测指标。考虑到目前智慧水务发展阶段，本项目采用的是一套智慧水务管网监测系统，所选传感器主要采用的是压力传感器、流量传感器等，目前已有成熟产品。其中压力传感器的测量原理是基于流体力学和电磁学知识，通过对流体的流速和压力进行测量，从而获取相应的流量信息；流量传感器是利用流体流动对液体所产生的作用力来测量流量；电磁流量计则利用电磁场原理实现对水在管道中流动的测量。

3.3 数据传输与通信网络

智慧水务管网监测系统的数据传输与通信网络采用了无线局域网通信技术和广域网通信技术，实现数据的采集、传输和处理。在数据采集层，采用无线传感器网络，实时监测和采集环境信息、水文气象信息和生产运营等相关数据；在数据传输层，采用有线以太网、无线广域网等技术进行数据传输；在通信层，通过有线以太网和无线广域网等技术，将各种监测设备（如水泵、流量计、水表等）接入到水务管网监测系统中，实现数据的实时传输 [2]。

四、管网漏损机理与影响因素分析

4.1 管网漏损类型与表现形式

管网漏损类型与表现形式有以下几种：（1）管漏失：供水管网的漏水主要是由于供水管道质量差、管网老化等原因引起的，由于管网漏损造成的供水损失占总损失的 70%～80% 。（2）水量损失：指供水企业因管道、阀门等设施漏水而造成的水量损失，包括非季节性水量损失两类，前者是指由于管道、阀门等设施漏水引起的供水系统水头损失，后者是指因管道漏水引起的非季节性水量损失。（3）水压损失：指因管网漏水而使管网中水流量减少而引起的水压下降，主要表现为用户水龙头出水量减少或压力降低。

4.2 管网漏损机理研究

目前，国内外学者对管网漏损的研究主要集中在水力模型、压力分布和流量变化方面。在水力模型方面，现有研究较多的是基于“稳态”理论的水力模型，其主要是通过建立管道与压力分布等相关参数来反映管道内水压和流量随时间的变化规律，但在“非稳态”条件下，如管网中存在外部干扰因素、供水压力突变等，水力模型就不能很好地反映管网运行状态。压力分布方面，目前的研究多侧重于对管网内水流量随时间变化规律的研究，而对管道内部结构、管道与外界干扰等因素对水流量分布影响的研究相对较少。同时在流量变化规律方面，目前对流量变化影响因素的研究也较少。

4.3 管网漏损影响因素分析

基于对管网漏损机理的分析可以得知影响管网漏损的因素主要包括：水压、管道材质、管道压力、阀门状况、人为因素等。其中，管网水压是造成管网漏损的最主要的因素，由于供水压力波动范围大，若水压波动过大，势必造成管网漏水，因此供水压力的稳定性是保障管网稳定运行的重要因素。管道压力的大小会影响到管道材质，当管道材质不好时，管道的强度和韧性都会降低，在管网运行过程中可能会产生爆管等问题。

五、基于大数据的漏损定位与控制方法

5.1 基于大数据的漏损定位技术

在实际应用中，可以采用基于压力波的方法进行定位。基于压力波的漏损定位方法主要包括：（1）时间序列分析法：利用压力波和时间序列之间的关系建立漏损数据库，通过对数据的分析、处理，获取漏损发生时刻、位置等信息。（2）基于声纳原理的方法：利用声发射传感器探测管道漏损，可以判断漏水发生区域，从而进行定位[3]。

5.2 漏损控制策略与方法

漏损控制策略包括两个层面：一是从宏观上控制漏损，即建立区域水资源管理信息系统，对漏损情况进行监测、评估和分析，在此基础上进行宏观漏损控制策略的制定；二是从微观上控制漏损，即对现有的漏损点进行控制。宏观漏损控制策略包括：建立区域水资源管理信息系统、优化管网布局和管网建设规划、加强管网维护管理。微观漏损控制策略包括：针对现有的漏损点进行检测、评估和分析，制定有针对性的漏损控制方案，对管网进行优化改造，完善管网基础信息，对漏损数据进行分析和监测。

结语

以物联网、大数据和云计算技术为基础，构建了一种智慧水务管网监测与漏损控制系统，在实际应用中取得了良好的效果，可有效提升漏损控制水平。与传统水务管网管理方法相比，该系统具有监测范围广、效率高、可对漏损控制进行全面优化等优势。在智慧水务时代，应进一步推动智慧水务的发展，充分利用先进技术和设备，实现供水管网的智能化管理，提高供水管理水平，以满足人们对优质用水的需求。

参考文献

[1] 吴桂良 ， 滕峰 ， 李泽鹏 ， 等 . 智慧水务在某流域水环境综合整治中的应用 [J]. 中国给水排水 ，2025，41（02）：127-131.

[2] 杨磊 ， 刘文黎 . 城市智慧水务平台架构及关键技术应用 [C]//《施工技术》杂志社.2024 年全国土木工程施工技术交流会论文集（上册）. 常州国家高新区 （ 新北区 ） 住房和城乡建设局 ; 华中科技大学土木与水利学院 ;，2024：37-40.

[3] 乔永祥 ， 江源 . 智慧水务背景下德国排水系统研究进展 [J]. 中国给水排水 ，2024，40（06）：39-45.DOI：10.19853/j.zgjsps.1000-4602.2024.06.008.