DMA分區(qū)管理與評(píng)估系統(tǒng)——供水管網(wǎng)計(jì)量監(jiān)測(cè)與漏損管理解決方案

郭立旺 刁選仁 欒　冰/青島市海潤(rùn)自來(lái)水集團(tuán)有限公司

DMA分區(qū)管理與評(píng)估系統(tǒng)
——供水管網(wǎng)計(jì)量監(jiān)測(cè)與漏損管理解決方案

郭立旺 刁選仁 欒冰/青島市海潤(rùn)自來(lái)水集團(tuán)有限公司

本文從全球城市面臨的共同難題供水管網(wǎng)漏損控制出發(fā)，主要介紹了DM A分區(qū)管理、漏損噪聲在線監(jiān)測(cè)以及區(qū)域壓力控制管理及其優(yōu)點(diǎn)，通過(guò)實(shí)例對(duì)應(yīng)的在線監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，說(shuō)明了管網(wǎng)漏損控制的預(yù)警、追蹤、搶修及排除的實(shí)用價(jià)值。

管網(wǎng)漏損；供水管網(wǎng)區(qū)域計(jì)量分區(qū)；計(jì)量監(jiān)測(cè)；在線監(jiān)測(cè)

一、相關(guān)背景

管網(wǎng)漏失控制是全球城市面臨的問(wèn)題，我國(guó)問(wèn)題尤為突出，控制管網(wǎng)漏損就是非常有效的節(jié)約用水措施。輸配水管網(wǎng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，而供水管網(wǎng)漏失是全球城市面臨的共同難題。我國(guó)城市供水管網(wǎng)漏失嚴(yán)重，近年來(lái)平均產(chǎn)銷(xiāo)差率達(dá)到17.92％，部分城市甚至超過(guò)25％，造成了大量的優(yōu)質(zhì)的、經(jīng)過(guò)處理的寶貴淡水水資源浪費(fèi)，提高管網(wǎng)漏失監(jiān)測(cè)控制和爆管預(yù)防能力對(duì)于保障我國(guó)城市飲用水安全、解決城市水資源供需矛盾具有重大意義。

二、供水管網(wǎng)漏損控制的主體思路

供水管網(wǎng)漏損控制是一個(gè)系統(tǒng)的體系，融合多種漏損控制技術(shù)。其中DMA分區(qū)管理、漏損噪聲在線監(jiān)測(cè)以及區(qū)域壓力控制管理，作為目前比較先進(jìn)的技術(shù)手段，可獨(dú)立亦可相互結(jié)合，在管網(wǎng)漏損控制中發(fā)揮重要的作用。

（一）DMA計(jì)量分區(qū)的應(yīng)用

DMA計(jì)量分區(qū)是一種目前在國(guó)內(nèi)外都比較認(rèn)可的漏損控制方式，尤其在國(guó)外很早就開(kāi)展了供水管網(wǎng)區(qū)域計(jì)量分區(qū)（District Metering Area，簡(jiǎn)稱(chēng)DMA）的研究和應(yīng)用。早在1980年，英國(guó)第一次提出DMA，其目的是實(shí)現(xiàn)對(duì)管網(wǎng)漏損的長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)和可持續(xù)管理，降低漏耗。

DMA（District Metering Area，獨(dú)立計(jì)量區(qū)域）是指通過(guò)截?cái)喙芏?、關(guān)閉管段上的閥門(mén)進(jìn)行“真實(shí)分區(qū)”或安裝雙向計(jì)量?jī)x表進(jìn)行“虛擬分區(qū)”的管理方法。按照事先制定的分區(qū)規(guī)則，將供水管網(wǎng)系統(tǒng)分為若干個(gè)相對(duì)獨(dú)立真實(shí)或虛擬的區(qū)域，并在每個(gè)區(qū)域的進(jìn)水管和出水管上安裝流量計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)各區(qū)域入流量和出流量的監(jiān)測(cè)。

通過(guò)DMA把整個(gè)供水管網(wǎng)系統(tǒng)劃分為若干個(gè)小區(qū)，劃小核算單位，對(duì)各區(qū)域分開(kāi)管理，從而達(dá)到控制漏損率，并保證其持續(xù)穩(wěn)定地降低的目的。

1. DMA分區(qū)管理的目的

國(guó)際水協(xié)將總的漏水時(shí)間分為三個(gè)部分：第一部分A（Awareness），即漏損的發(fā)現(xiàn)時(shí)間；第二部分L（Location），即漏損的定位時(shí)間；第三部分為R（Repair），即漏損的修復(fù)時(shí)間。從上圖可以看出，在這三部分時(shí)間中，漏損的發(fā)現(xiàn)時(shí)間（A）占整個(gè)漏損時(shí)間的近一半，因此縮短漏損的發(fā)現(xiàn)時(shí)間可以很大程度上降低泄漏量。

圖1　ALR用戶(hù)區(qū)域漏損時(shí)間與流量關(guān)系圖

DMA計(jì)量分區(qū)的方法，將傳統(tǒng)的被動(dòng)控制漏損的模式，升級(jí)為主動(dòng)控制漏損的模式，將更多的目光和工作的重點(diǎn)從傳統(tǒng)的縮短（L）漏損定位時(shí)間轉(zhuǎn)移到對(duì)漏損控制有更大影響的縮短（A）漏損發(fā)現(xiàn)時(shí)間上。DMA分區(qū)管理能夠快速鎖定漏損出現(xiàn)的區(qū)域，大大縮短漏損的發(fā)現(xiàn)的時(shí)間，使管理者能夠作出迅速的反應(yīng)，并指導(dǎo)檢漏人員進(jìn)行漏損的定位工作，做到有目的、有重點(diǎn)的漏損檢測(cè)。

2.DMA分區(qū)管理的優(yōu)勢(shì)

DMA分區(qū)管理優(yōu)勢(shì)可表現(xiàn)為以下幾點(diǎn)：

①為區(qū)域內(nèi)的供水管網(wǎng)改造和計(jì)量器具維護(hù)更新、供水規(guī)劃等提供參考；

②有助于供水企業(yè)職能管理部門(mén)及時(shí)發(fā)現(xiàn)爆管、漏失等事故問(wèn)題；

③輔助利用檢漏工具對(duì)漏點(diǎn)精確定位，便于快速修復(fù)，減少水量損失；

④通過(guò)控制一個(gè)或是一組DMA的水壓，使管網(wǎng)在最優(yōu)的壓力狀態(tài)下運(yùn)行。

建立DMA可以判斷出當(dāng)前的泄漏水平，并隨后預(yù)定檢漏預(yù)案。通過(guò)監(jiān)測(cè)DMA中的流量，識(shí)別出新發(fā)生爆管的可能性，因此將泄漏維持在一個(gè)最佳的水平。

（二）漏損評(píng)估分析

作為國(guó)際水協(xié)給出的漏損控制的幾大方向之一，主動(dòng)漏損控制的關(guān)鍵在于策略的制定和實(shí)施。而策略的制定和實(shí)施要結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行，所以對(duì)漏損實(shí)際情況的評(píng)估分析是關(guān)鍵點(diǎn)。同時(shí)結(jié)合DMA分區(qū)的應(yīng)用，不僅僅在管理中更迅速地發(fā)現(xiàn)新增漏損，更進(jìn)一步地要通過(guò)DMA分區(qū)，對(duì)分區(qū)內(nèi)漏損狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估分析。

評(píng)估報(bào)告可為下一步的工作計(jì)劃提供參考。根據(jù)評(píng)估報(bào)告中分區(qū)的漏損情況以及造成漏損的原因，有針對(duì)性地采取漏損控制措施。并且評(píng)估報(bào)告中，可對(duì)分區(qū)情況以及建議采取的漏損控制措施進(jìn)行投入產(chǎn)出比的分析。因此，評(píng)估在一定程度上降低了盲目實(shí)施DMA分區(qū)管理的投入風(fēng)險(xiǎn)，增強(qiáng)了管理針對(duì)性。另一方面，對(duì)投資管理結(jié)果進(jìn)行預(yù)測(cè)的方式，可使管理者在方案的實(shí)施過(guò)程中更有針對(duì)性、方向更清晰。

（三）漏損噪聲在線監(jiān)測(cè)

實(shí)施DMA分區(qū)管理時(shí)，可利用漏損噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行輔助。建立DMA分區(qū)后，可先利用漏損噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備對(duì)分區(qū)中的管網(wǎng)進(jìn)行漏損普查，對(duì)檢測(cè)出的明顯漏損進(jìn)行修復(fù)后再進(jìn)一步監(jiān)測(cè)DMA分區(qū)情況。同時(shí)，此套漏損監(jiān)測(cè)普查系統(tǒng)還可用于日常的DMA分區(qū)管理，輔助漏點(diǎn)的快速定位。

在未實(shí)施DMA分區(qū)管理的區(qū)域，此套漏損普查系統(tǒng)也可單獨(dú)使用。對(duì)管齡較短或漏損情況出現(xiàn)頻率較低的區(qū)域，可定期利用漏損普查系統(tǒng)進(jìn)行漏點(diǎn)的排查，快速發(fā)現(xiàn)定位漏點(diǎn)，及時(shí)修復(fù)，減少水資源的浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)的損失。

該系統(tǒng)主要解決由暗漏到明漏引起的爆管預(yù)警問(wèn)題，曾為哥本哈根氣候峰會(huì)、上海世博會(huì)等國(guó)際盛會(huì)提供了供水管網(wǎng)安全運(yùn)行的有效技術(shù)保障。

（四）區(qū)域壓力控制系統(tǒng)

壓力是造成管網(wǎng)漏損的一個(gè)主要原因，對(duì)個(gè)別區(qū)域管網(wǎng)壓力的控制可以有效地避免個(gè)別管網(wǎng)中不必要高壓力的出現(xiàn)，減少爆管事故的發(fā)生進(jìn)而大幅度減少管網(wǎng)漏損率。壓力控制是目前最有效、最直接的一種管理方式。壓力控制是通過(guò)加裝調(diào)壓設(shè)備，在保證正常供水的前提下，根據(jù)用水量調(diào)節(jié)管網(wǎng)中的壓力，保證管網(wǎng)處于最優(yōu)的壓力條件下運(yùn)行。

通過(guò)壓力控制，我們可以達(dá)到：

1、控制漏損

2、延長(zhǎng)管網(wǎng)壽命（減少爆管）

3、提供穩(wěn)定供水服務(wù)

合理調(diào)配配水管網(wǎng)壓力，降低電力能耗

區(qū)域壓力控制，區(qū)別于供水管網(wǎng)整體的壓力調(diào)度，而是基于DMA分區(qū)或獨(dú)立小區(qū)域的壓力管理。它的優(yōu)勢(shì)在于影響范圍小，易實(shí)施，易對(duì)投入產(chǎn)出比做出預(yù)估；安裝施工相對(duì)比較簡(jiǎn)單（通常管徑 ≤ DN300），并且多與DMA相結(jié)合，易于分析和監(jiān)測(cè)；可選最不良資產(chǎn)先行管理，效果可能更明顯；有多種PRV(減壓閥)控制方法，根據(jù)需要具體決定；宜做較大覆蓋率設(shè)計(jì)和規(guī)劃，逐步實(shí)現(xiàn)。

壓力管理的主要實(shí)施手段是建立用水需求與壓力之間的聯(lián)系，降低管道運(yùn)行壓力可以最大限度地減少管道已存在漏點(diǎn)的漏水量。在滿足用戶(hù)需要的前提下改變了管網(wǎng)的壓力，減少輸送管網(wǎng)漏損。在重點(diǎn)地區(qū)、最不利點(diǎn)或者人口密集地區(qū)采取重點(diǎn)地區(qū)安裝便攜式壓力計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)壓力數(shù)據(jù)，控制壓力變化，保證供水安全。

首先對(duì)想要實(shí)施壓力控制的區(qū)域進(jìn)行可行性評(píng)估，評(píng)估分析后，如該區(qū)域適合實(shí)施壓力控制，則根據(jù)實(shí)施區(qū)域的具體需求，可以進(jìn)行以下兩種壓力控制方式：

（1）連續(xù)式壓力控制

（2）兩點(diǎn)式壓力控制

三、效果簡(jiǎn)述

案例

青島市李滄區(qū)內(nèi)的某小區(qū)，建立起的DMA分區(qū)，在穩(wěn)定運(yùn)行近一年之后，其運(yùn)行狀態(tài)達(dá)到預(yù)期效果。這套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運(yùn)行的水管理系統(tǒng)，提供管理者精細(xì)化管理服務(wù)，其主要成果如下：

9月20日晚間，李滄區(qū)某小區(qū)內(nèi)一處供水管道發(fā)生泄露，最后發(fā)展到爆管。到9月21日上午相關(guān)部門(mén)接到報(bào)警后，為保障居民日間的正常用水，在21日晚間對(duì)爆管處進(jìn)行了修復(fù)。

此次發(fā)生爆管的位置位于一個(gè)監(jiān)測(cè)分區(qū)內(nèi)，通過(guò)管網(wǎng)漏損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)，我們可以對(duì)整個(gè)事件的發(fā)生過(guò)程進(jìn)行追蹤：泄露最先發(fā)生在9月20日晚上，并持續(xù)至9月22日凌晨修復(fù)。圖2為系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的該小區(qū)供水管網(wǎng)流量的24小時(shí)趨勢(shì)圖。從圖中可以清晰的看出，9月21日（周五）全天流量均高于9月14日（周五）和9月7日（周五）的流量。

圖2　24小時(shí)趨勢(shì)

圖3為系統(tǒng)監(jiān)測(cè)到的該小區(qū)供水管網(wǎng)流量的一周趨勢(shì)圖。該圖顯示，9月20 日（周四）晚上供水管網(wǎng)流量突然上升，直至22日（周六）凌晨爆管處修復(fù)之前，管網(wǎng)流量始終高于以往相同時(shí)段的流量。管道修復(fù)后，流量恢復(fù)以往正常值。

圖3　一周趨勢(shì)

此次發(fā)生爆管的是一處DN150的管道，泄露時(shí)間約為1天。通過(guò)夜間最小流量可以看出（圖4），該檢測(cè)區(qū)的夜間最小流量一直穩(wěn)定在13～15L/S，約合47～54m3/h；而發(fā)生爆管的當(dāng)晚，夜間最小流量飆升至19.757L/S，約合70m3/h，相比之前正常值的水平，高出了將近5～7L/S，約合20m3/h。如果按照這個(gè)值算下來(lái)，一天的泄漏量在300～400t左右；在22日凌晨修復(fù)后，夜間最小流量從新回落到正常值的水平。

圖4　夜間最小流量

管網(wǎng)漏損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的另一大功能模塊：漏損監(jiān)測(cè)區(qū)域普查系統(tǒng)。在此次爆管事件中也展現(xiàn)了其強(qiáng)大的靈敏性和準(zhǔn)確性。在爆管發(fā)生當(dāng)晚，布置在爆管處附近的permalog+監(jiān)測(cè)探頭報(bào)告的數(shù)據(jù)信息為：Level值51dB,Spread值4（報(bào)警狀態(tài)）；在爆管處修復(fù)之后，該permalog+監(jiān)測(cè)探頭報(bào)告的數(shù)據(jù)信息為：Level值9dB,Spread值14（未報(bào)警狀態(tài)）。

圖5　permalog+監(jiān)測(cè)探頭數(shù)據(jù)信息

至此，我們通過(guò)管網(wǎng)漏損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)此次爆管事件進(jìn)行了全程的追蹤。這不僅提供了我們事件的報(bào)警，同時(shí)對(duì)于事件的回溯性上也提供了有力的支持。如此一套集管網(wǎng)數(shù)據(jù)信息于一身，提供多功能模塊，終端網(wǎng)頁(yè)登陸操作的管網(wǎng)漏損監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，為管理者提供了一個(gè)可靠的、準(zhǔn)確的、靈敏度高的精細(xì)化管理的操作平臺(tái)。