住房和城乡建设部《2024年中国城乡建设统计年鉴》数据显示，全国城市排水管道总长度已达99.36万km，较2020年增长约19万km，增幅达19%，反映出城市基础设施在持续完善中。然而，相当比例的管网已进入“老龄化”阶段，大量运行超过30年甚至50年的管道进入结构性与功能性缺陷高发期。这些缺陷不仅降低了管网的排水能力，还导致地下水与土壤颗粒进入管道，增加污水处理厂运行负荷与溢流风险，并极易诱发地面塌陷风险。尤其是污水管网的入流入渗即外来水问题，已造成多种负面影响，成为近年来排水管网领域的痛点与研究热点。

与此同时，我国在供水管网的漏损控制与科学化管理方面取得显著成效，尤其是独立计量区（DMA）技术的普及应用起到了很大的作用，绍兴等地的漏损率目前甚至低于5%。供水管网的DMA概念起源于20世纪80年代的英国，旨在通过分区计量与监控提升系统效率、控制漏损，近几十年来在世界各地开展了广泛的应用实践，技术体系日益成熟。然而，与之形成对比的是，当前排水管网在监测与数据层面，仍面临排水户排水模式复杂、监测成本高、数据挖掘不足等挑战，亟须通过多源数据融合与跨系统分析方法实现精准管控。因此，近几年已有学者提出应借助供水管网的传感器数据，辅助分析排水管网关键节点水质水量问题，供排水一体化管理的理念亦方兴未艾。

为有效解决当前排水管网面临的外水入侵严重、溢流污染频发及运行效能低下等突出问题，本研究首次将供水管网的DMA理念引入排水系统，系统阐述构建排水管网分级分区的基本原则与方法，并通过案例分析验证排水管网DMA分级分区的实际效果。总体目标是做到“管理有抓手、数据有依据、诊断有方向、考核有目标”，最终实现排水管网的精细化管理。

本文提出的排水管网DMA分级分区理论，其核心内容包含“分级管理、分区计量、量化诊断、考核达标”4大核心内容，相辅相成、层层递进（见图1）。

图1 排水管网DMA分级分区管理理论框架

分级管理通过对管网拓扑关系的深度解析，将管网划分为不同级别的管理区，并将一~三级管理区的所辖范围界定明确，实现对管网的网格化管理，为下一步的分区计量提供科学依据；分区计量是在不同管理区之间实现计量区的布置，其核心内容包括监测布点方案的制定与实施。但需要强调的是，计量区的边界与管理区边界既可以重合，又可以不重合，如一个计量区可包含多个三级管理区甚至多个二级管理区，以节省计量成本。因此，在实施分区计量的过程中，需要根据本地的项目情况、设备资源、时间规划等因素综合考虑计量区的数量；分级分区构建完毕后，通过计量分区监测的水质水量数据对不同计量区的管网运行状况开展量化诊断评估，包括外水入侵率、溢流频率、管网健康度等，从而识别出存在较大问题的计量区，为下一步的考核达标提供数据支撑；而考核达标的具体内容是针对不同分级管理区或计量区制定考核或提升目标，如外水挤出量目标、管网水浓度提升目标、管网缺陷修复目标等，通过对不同管理区和计量区的考核达标，实现资源的优化配置，用有限的资金解决关键问题，从而实现经济与环境效益最大化的目标；4大核心内容相辅相成、层层递进，共同构成管网精细化管理的闭环。

1.1 排水管网分级管理区划分的原则与方法

从图论的角度，排水管网属于典型的由“点”和“线”组成的二元拓扑学范畴。检查井为点，管道为线，共同组成了复杂的网络结构用于输送雨污水到末端污水处理厂或排放水体。基于AutoCAD或地理信息系统（GIS）的排水管网拓扑图往往包含管道的坐标、尺寸、埋深、上下游关系等核心数据，基于这些核心数据，梳理出管网蕴含的主次关系与并行关系，并界定这些关系的图形边界，从而弄清管网水的来龙去脉，这是排水管网划分分级管理区的核心内容。

当前，国内尚缺乏科学的分级管理区的划分标准，本研究根据拓扑学的基本原理，并基于排水管网的特征，提出如下的分级管理区划分原则。图2清晰地展示了以1座泵站或污水处理厂为核心的排水管网分级管理区的划分体系。

图2 排水管网分级管理区划分示意

① 一级区域：指1座泵站或污水处理厂所服务的总管网里程，也包含所有管网对应的总收水范围，如图2中最大的椭圆形区域即为排水系统的最大汇水区。

② 二级区域：指与主干管网直接相连的各支路系统所对应的收水区，其污水最终汇入主干管，是构成一级区域的基本单元。在划分二级区域之前，方案实施方应首先确定主干管的路径。

③ 三级区域：是指在二级区域内部，根据更次级支路的汇水范围进一步划分的片区，以此类推，可实现更精细化的网格化管理。

在进行管网分级管理区划分时，应至少细化至一级与二级区域，以确保覆盖主要干管及其关键支路。需要注意的是，排水管网中除里程较长、来水量较大的支路汇水区外，还存在很多线路里程小、排水户不多的较短支路，可能属于二级或三级，此类管理区的划分与取舍可以依据明确的规则综合考虑确定，如可以定义节点数<10个或者里程<1 km的支路，暂不划分管理区。在实际划分过程中，除管网拓扑关系外，还应综合考虑汇水范围及来水特征，包括服务人口、用地类型（居住、工业、商业）、单位面积排水强度及历史监测水量等因素。对于同级管理区，应尽量保证其服务范围及来水规模相对均衡，以提高分区之间的可比性与评价合理性。

1.2 排水管网分区计量的原则与方法

分级面向管理，分区则面向计量。将复杂的排水管网划好分级管理区以后，便可开展计量分区的工作。分区理论传承供水管网DMA的理念，侧重于横向维度的区域划分，将排水管网划分为独立计量区域，并在每个区域的末端设置水质、水量监控点，实施数据采集和精准管控。管理区与计量区相辅相成，共同构成排水管网精细化管理的“软件建设”与“硬件投入”。

供水管网监测与计量的核心参数是水量、水质与水压，而排水管网通常按照重力非满管流设计，因此其核心计量参数是水量和水质。一方面，近年来传感器技术飞速发展，排水领域可供选择的水量与水质传感器类别非常丰富，在排水管网的流量计量方面应用比较多的是多普勒流量计与雷达流量计。在流量计选型与安装时，尤其要注意综合考虑管网内的水流流态、实际水深、井室结构、垃圾含量、信号覆盖等条件，在选型及安装前应对管网的实际运行情况做好充分的调研与点位踏勘，以避免数据失准。另一方面，水质监测正从传统的实验室分析向实时、在线、原位的方向发展，多参数集成、传感器小型化、智能化以及低功耗成为主流研发方向。特别是光学传感技术（如荧光法、光谱法）因其高灵敏度、低维护成本和无试剂消耗的优点，在溶解氧（DO）、COD、叶绿素等参数的监测中得到广泛应用。

此外，设备价格方面，市场呈现出极大的差异化。从数千元的便携式基础检测仪，到数万元至数十万元的工业在线多参数监测系统，再到上百万元的高度定制化分析解决方案，价格跨度巨大。价格主要受品牌、监测参数数量与精度、进口或国产、应用场景复杂性以及后续服务与维护成本等多种因素影响。因此，需要强调的是分区计量在实施过程中应根据自身条件、投资规模逐步建设，避免一次性投入过大，造成浪费。甚至可以用1套计量设备在不同的管理区之间轮转，实现设备资源利用的最大化。

1.3 量化诊断与考核达标的实施方案

不同计量区的水质、水量监测数据为量化诊断排水管网的外来水入侵率、溢流频率、管网健康度等提供了数据基础。当前，很多城市将外来水入侵诊断作为一项紧迫的业务。如供水管网的漏损率指标一样，可以将外来水入侵率即外来水占比作为排水管网的考核指标之一，其计算公式为：

式中：R_i为计量区i的外来水入侵率，%；Q_RW,i为计量区i的实测污水量，m³/d；Q_EW,i为计量区i的应排污水量，m³/d，计算方法见文献。

外来水入侵率能够直观反映管网系统中的水量组成和外来水入侵严重程度，根据R值大小可将外来水入侵严重程度分为4个等级：一般（R<15%）、较为严重（15%≤R<35%）、严重（35%≤R<55%）和非常严重（R≥55%）。

分级分区的量化诊断结果为后续管网的考核达标、修复设计、日常管养、项目谋划等提供了方向与目标。

2.1 H市城东污水片区排水管网分级分区实践

H市某污水处理厂的服务范围约90km²，设计处理规模为6万m³/d。自2015年投运以来，该厂长期面临“进水量不足、进水浓度低”的困境。2018年中央生态环保督察指出，其污水处理厂进水COD仅约80mg/L，大量污水直排环境，环保问题极为突出。2020年本课题组在该区域开展了排水管网分级分区示范，并基于分级分区的成果进一步开展了外来水量化诊断，取得了良好的提质增效效果。

该片区污水管网示意见图3。污水主干管的流向：南部（梦溪路泵站）、西部（万春路泵站）及东部（太平湖泵站）收集的污水，在万春东路与清水河路交叉口处汇合；汇合后再沿清水河路向北输送，最终抵达位于片区北部的城东污水处理厂。如图3所示，本研究依据排水系统的自然汇流特征（污水处理厂、提升泵站）与拓扑关系，将H市某片区排水网络划分为5个逻辑清晰的一级管理区，分别是万春路泵站一级管理区、城东污水处理厂自流一级管理区、太平湖泵站一级管理区、清闸沟泵站一级管理区以及梦溪路泵站一级管理区。

图3 H市某城东片区污水管网示意

以万春路泵站为例的分级及具体辖区范围如图4所示。对5个一级管理区域分别进行二级管理区域的划分，共划分出35个二级管理区，因各二级管理区所辖范围并不大，因此未再进一步划分三级管理区，具体分布见表1。通过一级管理区与二级管理区的划分实现了研究区域的网格化管理，为后续计量分区及量化诊断奠定基础。

图4 万春路泵站一级管理区及二级管理区划分示意

表1 二级区域分布

经过实地调查，5个一级管理分区的末端，即4座泵站与1座污水处理厂均安装了水质、水量在线计量仪表，且水量仪表为电磁流量计，计量数据较准确且具有长时间序列。因此，本研究选择将5个管理分区作为计量区，计量区之间的分界与5个一级区域的界限重合。针对5个计量区的数据进行挖掘分析，结合收集到的生活用水、企业用水情况，开展各管理区的外来水入侵量化诊断。

2.2 基于分级分区成果的外来水量化诊断

在量化诊断外来水入侵量与入侵率时，5个计量区的应排污水量Q_EW,i采用用水量折算法确定。根据《室外排水设计标准》（GB 50014 —2021），综合生活污水排放系数可取 0.88，工业废水排水系数可取0.80，结合H市近3年用水量中约 60%为综合生活用水、40%为工业用水的现状，片区总体污水排放系数经加权计算为0.85。根据华衍水务提供的用水量数据，以及通过流量计连续92 d收集监测的梦溪路泵站、清闸沟泵站以及污水处理厂2019年3月1日—5月31日的水量数据（见图5），可知研究区域排水管网普遍存在明显的外来水入侵问题。

图5 数据分析结果

图5中3个监测点的R值平均为25.21%~30.37%，整体处于“较为严重”等级，其中梦溪路泵站最为突出，其R均值最高（30.37%）且波动最大，并出现4次“非常严重”等级情况，表明该区域管网可能存在明显缺陷。空间上，污水处理厂自流区的入侵程度相对稳定，未出现“非常严重”等级；时间上，春季降雨可能对入侵程度有加剧作用。这些发现与国内外研究一致，表明高外来水占比会稀释污水浓度、增加管网与处理设施负荷，是当前管网系统提质增效需要优先解决的关键问题。

基于分级分区的外来水诊断成果，该片区2021年—2022年开展了一系列管网排查与修复设计工作，整个收水片区“挤外水”约2万m³/d，并顺利通过中央环保督察的验收，取得了良好的提质增效效果。

编辑：衣春敏

微信号：CNWW1985

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