世界供水系统面临着越来越严重的社会和环境压力，供水企业希望通过新技术来满足不断增长的用水需求和越发严苛的环保标准，而智慧水务中DMA(独立计量分区)、SMS (智能计量系统)和SCADA系统(数据采集与监视控制系统)在帮助用户创造可持续用水上已做出了不小的贡献。智慧水务是基于信息和网络平台技术的一种全新概念，基于DMA的大框架下，SMS和SCADA系统之间相辅相成，在压力管理，漏失控制以及降低水资源消耗上取得了显著的效果。同时，智慧水务的应用也给社会带来了正面的效益，比如人们节水意识的提高和二氧化碳排放的控制。
什么是智慧水务?
智慧水务是一套基于网络信息技术在各个层面帮助供水企业全面优化配水系统，并通过测量、收集、分析管网中的所有数据来提高供水企业运营效率、寿命和资产可靠性的完整方案。这种全新模式意在改变水行业常规工作中操作、维护和管网规划等方面的视角。通过采用以数据为本的“智慧”技术，供水企业可以更准确地制定管理目标和投资计划，从而减少漏损率，提高用水效率和客户服务质量。智慧水务的主要价值来自于可以同时应用基础和高级数据分析技术的能力。对于供水单位和企业，更换设备和监控整个系统的运作情况都会消耗巨大的人力物力，因此利用软件技术和实时数据分析技术带来的好处显得尤为突出。进入21世纪以后，全球水行业越来越倾向于信息技术，慢慢将注意力转移到实时采集和分析水泵站和水表的数据上。企业们逐渐明白将管网所有的必要元素统一结合成一个集成式系统会提高水资源管理、降低漏水时间并改善用户服务质量。当然，这个转变可能需要若干年甚至数十年的时间，这在很大程度上取决于水司、城市和政府对接受新技术的能力和态度。事实上，越早优先考虑现代化网络技术的单位越会提早提升水的监管水平。智慧水务的出现是水行业长期模式转变的开始。通过信息我们不难发现，智能设备，通信网络和高级IT系统已开始帮助水行业解决以下几大挑战：不断上升的管网运营成本;加速全球城市化;气候变化以及供排水管网上其他的问题。
表一 城市水资源管理——智慧型vs.传统型
<表一>显示了我们目前还在使用的传统方式和未来大趋势下智慧型水资源管理的对比。可见，智慧水务(Smart Water Network)之所谓“智慧”便是指通过某种高效率低成本的管理模式和方法使得整个供水管网变得“聪明”起来，从而更好的利用和分配水资源。其特点在于用高科技信息技术和机器大量替代传统型管理的中“人和物理设施”，使整套管理体系全自动一体化。智慧水务是一个概念，是若干种技术的结合。接下来本文将会重点介绍智慧水务若干种技术中的三个核心部分，并浅析它们在应用方面为水资源管理做出的重要贡献。
独立计量分区(District Metered Area)
DMA(District Meter Area) 是智能供水管网的最基本框架，可以说如果一个区域无法形成正确合格的DMA，那么智慧水务的建立基本是纸上谈兵。姑且不论DMA在中国管网漏失量控制效果的如何，仅仅是这个概念在行业内已经越来越频繁的被提及，对于DMA概念的解释也是五花八门。在此，本文作者希望再一次为读者阐述DMA的概念。事实上，英国水务联合会在1980年《漏水控制和应用》第26号报告文件[1]中已明确地定义了DMA：“一种需要安装水表在整个供水管网特定位置点的漏水监控技术，每一个水表记录流入带有明确、永久边界的分立区域的流量——这样的一个区域叫做DMA”。在这里，尤其要搞清楚District 和 Area 这两个单词之间的区别，由于这两个单词的中文意思非常接近(District：区，Area：区域)。DMA中的DM(District Metered)代表分区性的独立计量方式，Area代表整个供水管网的区域面积。因此，DMA如果用最通俗的中文表达就是：利用水表(Metered)和阀门的方式将一个完整的供水管网区域(Area)分成若干的独立小分区(District)(图一)。到这里，笔者按照英国官方定义认为将DMA翻译为独立计量区域是比较合理的。一位就职于英国诺桑比亚水务集团公司的英国管网分析师向本文作者描述英国目前最切实的DMA应用情况：目前该公司共设有1600个DMA区域，每一个区域内都安装有流量计和压力计。这1600个分区内的所有计量装置都和水务公司控制中心的计算机紧密连接，实时记录并监测水量和压力上的变化(SCADA体系，会在接下来的文章中为读者详细介绍)。一旦计量装置的读数出现异常，计算机会迅速做出回应，公司便会派技术队伍前往对应的区域进行进一步排查和检修。
延伸阅读：
笔者通过互联网调研发现，国内水行业对DMA已经有了充分的认识，许多企业和集团公司对于DMA管理模式和应用方面的学术文章也相继在《城镇供水》、《给水排水》等业内刊物中发表，甚至上海某企业已通过研读IWA2007年推出的DMA指导手册(District Metered Area Guidance Notes)，制定出了自己的一套符合当地条件的DMA技术应用和管理手册。关于DMA实际应用方面，在2013年《城镇供水》的一篇文章中，国内某自来水公司明确描述了DMA实验区在某城市的建立和测试结果[4]，并对该技术的可行性进行了正面的总结。同时，某集团公司已于2012年10月在北京市石景山区永乐小区内实施了DMA管理模式和区域压力控制，在漏失量控制上取得了一定的成效。
图一 标准DMA设计以及水计量层级布设[1]
智能计量系统(Smart Metering System)
由于传统的水表没有通信能力，我们所熟知的抄表流程是需要抄表员定期挨家挨户的走到水表面前并记录读数。在某些情况下由于水表量数目多且地理分布不集中，大量的物理读表工作会消耗巨大的人力。不仅如此，通常一年的抄表次数一般不会超过四次，这种频率的数据收集对于帮助供水企业改善其营运效率是远远不够的。因此，便出现了SMS智能计量系统，一个由遥测技术演变出来的一个特定概念：通过远程方式自动收集用户水表中的数据并记录用水量。在这个概念下包含了一个当今行业内比较热点的技术：AMR智能读表技术(Automated Meter Reading)。Automated meter reading，或AMR，是一项自动收集能源计量设备(水表)用量和状态数据，并将数据传输到中心数据库以便收费、排除设备故障和分析数据的技术[2]。数据的传输方式包括手持设备接收、移动电话、网络技术平台(有线和无线)、射频(RF)以及电缆传输，使管网可以更广泛的布施智能通信设备和高级软件。这项技术主要帮助供水企业节省抄表人员去挨家挨户抄表收费的人工成本。对于用户的收费可以基于实时用量数据，而不再需要供水企业通过预估用量或是依靠历史用量来决定收费。这种数据分析+时间+信息的组合可以同时帮助用户和共数据企业更好的控制水用量和水压力。现如今，随着DMA概念的应用和不断上升的用水问题，SMS体系在给水系统中成为一个越发明显的趋势，供水企业是时候考虑对远程计量设备进行长远合理的投资了。
数据采集与监视控制系统
(Supervisory Control And Data Acquisition)
SCADA是由监督、控制和数据采集集成一体的技术。它可以远程监控和控制整个或部分系统，通过对信息的处理及时生成警报、报告、图表或其他对操作和维护有重要意义的相关信息[3]。在供水系统中,SCADA可以监视和控制各种设备和流程,从水源到用户的水龙头，包括传输管道、处理厂、水槽和供水管网。在城市水循环体系中，SCADA系统还可以用于监视和控制废水和雨水系统。应用SCADA体系其中一个明显的进步就是水司对供水体系中错误事件的预防和探查效果。管网的工作状态数据会实时通过SCADA系统远程传输给水司以便当问题确实发生时迅速采取行动，快速定位和修复，如管道破裂或机械故障。这种方式可以减少管网异常的持续时间从而避免之而来的服务中断。通过实时监控若干个管网参数，SCADA系统同时还提高了管网的水质、流量和压力水平。通过对水质的监测可以优化所使用的化学物质并在某些情况下尽可能减少这些添加剂的使用。不仅如此，SCADA系统提供的信息也有助于提高管网系统操作，即更好地管理水库容量、优化泵站运行模式和水压管理。通过远程控制阀门的水泵，SCADA系统可以更快的对紧急情况(比如火灾和爆管事件)做出反应。系统监控结合远程控制还大大减少了人力和交通需要，尤其是与有关机电设备操作的工作。SCADA系统提供的信息使水司减少了供水系统的实际漏失。这个技术使主动漏失控制(Active Leakage Control)效率得到了提高。举例，通过对水箱的水位监测来判断水泄漏和溢出，夜间流量监测结合逐级测试(关闭阀门)使漏水定位更加容易。因为未被发现的任何小漏点在未来都存在着大规模爆管的风险。
结论
智能管网未来会在可持续用水、缓解环境压力以及二氧化碳减排方面做出巨大的贡献。通过DMA、SMS和SCADA系统的结合应用，供水企业会节省大量的水资源;用户可以视觉上直接接收用水信息和数据，从而增加用户的节水意识，提高用水效率;远程读表(计量设备)和控制(阀门和泵等)有助于减少水司员工曾经例行的必要物理出行;远程操作这些工作可提高环境的可持续性，减少温室气体排放(不需要工人开车外出)，同时降低所需的经济开支。尽管水司在应用这些智能技术时也同样要面对一些特殊的挑战，比如无法安置的管段、缺乏可用的电力设施还有管网本身的物理条件都是可能重要的限制因素，同时在融资、常规运作模式的改变、政府对新技术的怀疑程度上都存在着风险。但笔者依然相信，预计在未来十年对于智能管网体系的应用还是会逐步稳定的增加。这个过程将会是一场进化而非革命。
参考文献
1. Leakage Management and Control - A Best Practice Training Manual
2. Erica Löfströma, 2014, Smart meters and people using the grid: exploring the potential benefits of AMR-technology, Energy Procedia 58 ( 2014 ) 65 – 72
3. 张孟涛，刘彦辉，北京市市区供水管网的分区域管理模式研究
4. J. Teoa, J. Sousab, R. Malheiroa*, 2014, SCADA and Smart Metering systems in water companies. A perspective based on the value creation analysis
延伸阅读：
原标题：【关注】浅谈智慧水务中DMA、SMS和SCADA系统及其在供水系统中的应用
