我國城市供水管網漏損控制技術發展與展

    城市供水管網安全運行是城市建設和人民生活的基本保障。隨著我國社會經濟的快速發展和城市化進程的加快，城市供水管網的建設規模日益增長。然而，由于城市供水管網漏失，導致每年損失的水量超過太湖的實際蓄水量，不僅造成了大量優質水資源的浪費、干擾正常生產生活秩序，而且可能帶來供水水質風險和地下公用設施損壞等次生危害。因此，對于供水企業來說，防控由于管網漏損或破損導致的供水事故、水量損失和水質風險是管網運行管理中的重要內容。

    “十二五”期間，國家高度重視給排水管網建設，做好管網漏失控制是實現城市節水降耗、提高水資源利用效率的重要措施。目前，我國供水管網漏損嚴重，平均管網漏損率約為18%，在部分地區漏損率高達35%以上。在城鎮供水管網漏損控制方面，與國際先進水平相比仍存在較大差距，存在漏損構成不清、漏損監測與控制效率低的問題，亟需形成適合我國情況的管網漏損綜合監測與控制共性關鍵技術。基于水平衡分析與分區管理的管網漏損評價、監測與控制技術，從我國供水管網漏損現狀與管理技術水平出發，由定量漏損的水平衡分析方法、綜合漏失監測方法和漏失綜合控制方案等多項技術內容組成，形成了基于分區調度、區域控壓、DMA壓力調控的漏失控制與管理綜合技術，技術路線如圖1所示。通過技術應用示范為供水企業漏損控制提供了技術支撐和解決方案，在北京市供水管網的應用取得了年節水3000余萬m3的效果，未來有望通過行業標準的頒布實施與北京的示范作用在全國進行推廣應用。

    1基于水平衡分析與分區管理的管網漏損評價與監測技術

    由于管網深埋于地下，漏失點的監測非常困難，對管道破損點的修復、管網更新、壓力控制等方法的實施造成困難，因此管網漏失的監測和控制是目前減少管網漏損的一個重點和難點。管網漏損評價是有效進行漏失監測和控制的基礎，可以從漏損水量評估、管線漏損狀況評價和管網漏損狀態評價等不同尺度上進行。對漏損水量進行定量評估，可以反映管網的整體健康狀況以及企業的管理水平和用戶的文明水平。而管線或管網漏損狀態評價，則可以為漏損檢測和管網維護方案的優化提供支持。

    1.1適合我國供水管網的水平衡分析方法

    我國目前采用漏損率指標評價供水管網漏損，雖然規定了漏損率的計算方法及評定標準，但對如何確定各構成要素的影響程度，缺乏必要的分析方法。水量平衡表是明確漏損主要組成的一種非常好的工具。國際水協的標準水量平衡表已經被很多國家的供水部門采用并作為供水管網漏損控制工作的基本依據。但由于我國管網特征和計量方式等多方面的差異，不能照搬國際水協的水平衡分析方法，需要提出適合我國情況的可實施的方法。因此，在學習吸收國際水協的水平衡法的基礎上，對標準水量平衡表的部分內容進行調整和細化(見表1)，一是摒棄了“表觀漏損”這一難以理解的術語，而將計量誤差單獨拿出來作為一個大項，將竊水、用戶拒查、水表漏立戶等造成的損失統一歸入“其他損失”;二是將真實漏失分為明漏、暗漏、背景漏失和水箱、水池的滲漏及溢流。修正后的水平衡表更符合我國供水企業運行管理實際情況，且各項概念更加清晰，不容易給人帶來誤解，解決了之前我國供水行業對漏損水量構成要素不明確的難題。

    使用修正的水量平衡表對各構成要素的水量進行量化分析時，供水總量和計費用水量可根據計量數據直接計算，免費用水量可通過向消防部門收集相關數據獲得，其他免費用水量(如管線沖洗等)也可通過計量或估算方式獲得，漏損水量構成要素中的漏失水量、計量損失水量和其他損失水量則需要以樣本試驗的結果進行計算確定。如計量損失水量是由于各級計量表具之間的計量差值以及水表本身計量性能限制造成的水量損失，前者主要是居民查表入戶后的總分表誤差，后者主要是大用戶水表的計量損失。通過開展總分表計量損失試驗以及不同計量精度水表的串聯試驗，可以得到這兩種因素的計量損失率。從而能夠確定整個管網由于計量損失造成的損失水量。

    1.2基于噪聲信號和DMA流量數據的管網漏損綜合監測技術

    我國管網漏失嚴重的主要原因之一是漏失監測水平有限、效率較低。基于漏失探測儀的漏失監測技術是主動檢漏法的一種，能監測到漏水點，對于漏水點定位具有直接的作用，但不能判斷漏失的大小。我國很多供水單位都在嘗試管網分區管理，這就為管網漏失的監測評價提供了另一層尺度。基于DMA的漏失監測可以監測到流量變化，直接反映漏失量，但無法定位漏水點。盡管理論上通過逐步縮小檢測區域的方法，可以最終找到漏失點的位置及漏失量的大小，但是這種方法工作強度非常大，經常需要在深夜進行，而且在一個區域內頻繁地開閉一些閥門，會導致管道內水流頻繁發生變化，使管垢脫落，帶來水質惡化風險。將DMA流量判斷和漏失探測儀監測相結合，形成綜合的漏失監測方法，技術路線見圖2。即根據DMA夜間最小流量曲線和漏失探測儀的報警信號，能同時得到漏失大小和漏失位置信息，可以大大提高漏失檢測效率。

    2基于DMA漏失控制與水廠泵站調節的管網漏損高效控制技術

    漏失控制可以從主動檢漏、管網維護、壓力控制、科學管理4個方面進行。主動查找漏水點并及時進行修復是目前絕大部分供水單位主要采取的漏失控制措施，也是一項最基本的漏失控制措施。壓力控制，相對來講是見效最快的漏失控制措施。因為漏水點的泄漏速率是與壓力直接相關的，壓力降下來后漏水速率會立即有所降低。但是，要進行壓力控制需要對管網進行分區管理，同時需要在區域入水口處安裝相應的壓力控制設備，這一投資高于漏水點檢測和修復，但低于管網更新改造。因此，壓力控制是管網漏損控制的重要技術手段之一，在滿足用戶用水需求的前提下，通過合理降低管網壓力，可以有效降低漏失水量、破損頻率和漏失自然生長率，實現節水、節能、降耗和延長管網資產壽命的目的。

    目前我國在管網分區管理、壓力調控方面進行了一些嘗試，但仍缺乏足夠的科學支持。在北京市供水管網10個DMA進行壓力控制試驗，發現壓力控制對于漏損控制均有一定的效果，并且不同DMA對壓力控制的響應效果不同。平均每km管道上，每降1m的壓力可以節水0.11L/s。由于DMA一般在管徑300mm以下的管道中實施，因此，若將上述壓力控制效果擴展到全北京市，則可以估算出壓力控制所取得的效果。據統計，北京市供水管網管徑在300mm以下管道總長為4863km，按上述壓力控制效果計算，每降1m的壓力可以節水1690萬m3，節水潛力巨大。但同時，由于不同DMA控壓節水效果差異較大，壓力控制不應盲目地去開展，而是應該有針對性地進行。

    調研收集全國36個DMA數據(其中北京21個，其他15個)，通過背景流量評估模型可以得到DMA基本屬性對可達最低夜間流量的影響，從而定量地計算出在某一目標壓力下可以達到的最低夜間流量水平，進而明確壓力控制的效果。根據管網基礎屬性和目標控制壓力，可以計算出在不同漏失控制策略下的節水效果，進而分析每種漏失控制策略的成本和效益，最終針對不同的DMA選擇適當的漏失控制策略。