城市供水動態評估體系的探索和數字化應用

沈 越

（上海市供水調度監測中心，上海 200080）

隨著城市化的不斷推進，城市化所帶來的問題如城市熱島、集中污染以及供排水能力不足等不斷顯現。為了更好地保障城市穩定運行，合理調度城市資源，城市需要建立起一套完善的城市運行評價體系來反映整個城市的健康指標[1]。作為城市運行安全保障的重要環節之一，城市供水安全保障是我們工作的重中之重。城市供水系統的管理與維護需要綜合考慮環境因素和社會管理因素。很多供水企業和管理部門都將重點集中在供水水質檢測和供水管網建設維護上，缺少對整個供水系統風險管控的監測[2]。本文以全國特大城市之一的上海為例，對構建城市供水動態評估體系進行探索。上海今年來供水總體安全平穩，供水水質符合國家標準，但由于受高溫、臺風、干旱、潮汐等極端天氣的影響，上海供水也存在諸多挑戰，如咸潮、藻類暴發、爆管等，這些風險事件對城市供水風險管控能力提出了更高的要求，迫切需要構建一種全新的供水系統安全風險管控體系，解決管理瓶頸，控制風險隱患，推動供水安全管理水平不斷提升。

1 城市供水運行動態評估內容

城市供水動態評估體系應在深入的業務調研和專家分析的基礎上，充分利用大數據、人工智能、移動互聯網和物聯網等先進的信息化技術，實現各類評估模型的訓練、數據的接入、預處理、評估指標的實時計算及評分、數據分析及數據可視化展示，最終達到對各環節運行風險的綜合性評估，輔助供水各類決策的制定，全面排查隱患，預測未來的風險，從事前管控的角度保障供水安全。

1.1 評估指標體系

如圖1所示，整個供水動態評估體系分為三層：宏觀評估、綜合評估、專項評估。宏觀評估所體現的就是整個城市當前的供水運行安全狀況。綜合評估則是根據城市供水環節，分成了原水運行安全評估、水廠運行安全評估、輸配運行安全評估、二次供水運行安全評估。專項評估則是根據各種獨立的事件或角度進行專題評估。

圖1 城市供水動態評估體系示意圖

1.2 評估方法

在各類評估指標體系的建立、評分規則的確定過程中采用業務調研、專家打分和機器學習相結合、定性與定量相結合的方法，在大量的調研和模型訓練后，從大量的因子中篩選出關鍵影響要素，并確立指標權重及其計算規則。評估結果在實際業務中也得到了很好的驗證，實踐證明對供水生產經營管理具有重要的指導作用。以下以綜合評估中原水運行安全評估和水廠運行安全評估以及專項評估中的管網風險評估為例進行介紹。

（1）原水運行安全評估。實現對整個原水系統的綜合評估，指標涉及5個大類44個小類。從原水水質、原水調配、設施設備、應急處置、運行管控等5個方面進行評價，囊括的指標類型包括水源地流量、壓力、水質、水位、機泵運行、規章制度、突發事件應急管理、信息化支撐系統、數據傳輸情況等。

（2）水廠運行安全評估。實現對全市40家自來水廠的運行安全評估，從出廠水質量、抗風險能力、智能化水平、運行穩定性、精細化管理這5大類50個小類的評估指標對水廠進行實時健康體檢.

（3）管網風險評估。實現對供水管網安全狀況的綜合評估，將風險發生可能性評估與風險后果評估相結合。從基礎風險評估、詳細風險評估、專項風險評估這3大類21個小類，分別評價管網風險發生可能性和風險后果，最終加權獲得管網風險等級[3]。

表1 動態評估部分指標

2 供水動態評估數字化方法

供水動態評估有別于一般的評估，它需要用數字化的手段對評估結果進行動態展示和應用，以便于使用人員能更好地實際應用評估結果。數字化技術的應用會帶來效率的提升。根據不同階段的數字化技術特點，國內數字化發展過程可劃分為4個階段：工業自動化階段、業務數據化階段、數據業務化階段和業務智能化階段[4]。供水動態評估體系的數字化展示和應用屬于第四階段即業務智能化階段。它是實現智能輔助決策的前提，通過綜合性評估，多維度量化評價決策方案的優劣，并通過預演模塊進一步分析和驗證，來達到最終的決策智能化。

2.1 數據接入及處理

數據接入：根據評估體系中確立的評估指標進行傳感器數據接入。不同類型的信號的更新頻率不同，需要根據信號的不同更新頻率進行采集及存儲，為指標計算及風險分析提供數據支撐。

數據流式預處理：通過實時處理流式數據的方式，可以為數據打上相應的標簽并進行去噪操作，而不是直接刪除異常數據。下游的數據使用者可以通過這些標簽來識別異常數據，并根據實際業務處理規則進行合理的使用。常見的數據預處理方法包括數據毛刺處理、數據中斷處理、數據時效性處理和數據波動處理。

2.2 指標實時計算及評估

基于各類評估指標體系的計算規則編寫計算程序，對于實時指標數據和衍生數據進行實時計算更新，對于靜態指標數據按年或逢變更新，計算出評估等級、總評分、各大項的評分、各小項的評分等。

2.3 評估結果數據分析

依據業務特點和監管需要，對評估結果進行多維度數據分析，挖掘數據背后的原因，對評估出的問題進行及時報警，推動突發事件的快速處置。同時定期生成和推送各類報表統計、評估報告，便于相關部門了解自身的運行狀況和問題點，有針對性地進行溯源，提升部門的精細化管理水平。

2.4 可視化監控展示平臺

原水運行安全評估專題展示包括整個原水系統整體運行風險可視化監控及展示、4大水源地運行健康評估的監控及展示，從流域水文、評估分析、關鍵指標、要素對比、評估報告、地圖展示這幾大方面剖析原水系統的運行狀況，實現對原水系統的運行風險的一屏監控及展示，實時掌握原水系統的健康狀態。

水廠運行安全評估專題展示實現了對全市40家自來水廠運行體征的一屏展現。從評估結果、評估等級、分類指標、分類統計、評估報告、地圖展現這幾大方面分析和展示水廠運行情況；實時掌握水廠的綜合運行狀況，有效地指導水廠優化生產過程。

管網風險評估專題展示以GIS地圖形式顯示全市各供水公司管網的風險情況，從評估結果、評估等級、預警信息、管網漏損、管網改造、管網關鍵影響要素、爆管時空分布、三交管線、深基坑等方面對管網進行監控、分析與可視化展示，指導供水公司的管網運維、改造工作。

3 展望

城市供水動態評估體系對原水、制水、供水業務的指導、預警預報、供水行業監管及社會信息的發布發揮重要價值。

3.1 指導供水業務

城市供水動態評估體系從多角度出發進行評估，使評估更全面，讓原水系統、水廠系統、輸配系統以及二供系統可以聯合評估，從而得出整個供水系統的評估值。業務人員可以根據各運行安全評估系統中相應的分值，來指導供水企業調整所屬水源地以及水廠工藝流程，并優化企業運行管理，加強風險防控，有效監督整個供水過程，從而提升各供水企業的管理水平，提質增效。

3.2 預警預報

實現實時在線報警，讓業務人員第一時間感知生產異常，實現從“人眼識別”向“智能監控”的轉變。常見的單點預報警可能會由于數據覆蓋面不全而導致誤報，通過供水動態評估的多指標評估聯動，可以使得原水、制水、供水預報警更加完善，提高相關供水企業的應急處置能力，保障供水安全。

3.3 對接“一網統管”

對接城市“一網統管”系統，根據供水系統運行健康的評估成果，加強供水行業的監管，為政府提供決策支持，提升政府供水管理部門的管理水平和服務水平。

3.4 社會信息發布

供水系統運行健康的評估成果向市民進行公布，有利于加強供水水質的監管與信息的發布，提高水質信息透明度，提升公眾的幸福度與參與感，有效保障人們的用水安全問題。■