供水管網(wǎng)一級(jí)分區(qū)建立后的閉合判斷與計(jì)量?jī)?yōu)化

袁 君，王 瑞，笪躍武

(無(wú)錫市水務(wù)集團(tuán)有限公司，江蘇無(wú)錫 214031)

分區(qū)計(jì)量管理是指將整個(gè)城鎮(zhèn)公共供水管網(wǎng)劃分成若干個(gè)供水區(qū)域，進(jìn)行流量、壓力、水質(zhì)和漏點(diǎn)監(jiān)測(cè)，實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)漏損分區(qū)量化及有效控制的精細(xì)化管理模式[1]。國(guó)外在分區(qū)計(jì)量管理方面起步較早，取得了不錯(cuò)的漏損控制效果；國(guó)內(nèi)在紹興、天津、北京、常州等地也取得了一些成效。作為漏損控制的有效管理手段，分區(qū)計(jì)量管理正積極地在供水行業(yè)內(nèi)進(jìn)行推廣。

W市在幾年前開(kāi)展了分區(qū)計(jì)量的試點(diǎn)工作，對(duì)降低漏損率起到了一定的積極作用，但試點(diǎn)分區(qū)覆蓋面不大(總水量占比35%)，大多集中在管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域，對(duì)指導(dǎo)全市漏損控制及重點(diǎn)檢漏區(qū)域的力度不夠。為全面系統(tǒng)地進(jìn)行分區(qū)計(jì)量工作，W市對(duì)整個(gè)供水管網(wǎng)進(jìn)行了系統(tǒng)的分區(qū)計(jì)量規(guī)劃，結(jié)合實(shí)際情況采用自上而下與自下而上兩者相結(jié)合的路線。

紹興水司在分區(qū)計(jì)量管理方面有成功的經(jīng)驗(yàn)，但紹興的區(qū)域面積相對(duì)較小且擁有高度完整準(zhǔn)確的管線資料[2]，W市受限于供水區(qū)域大、地下管網(wǎng)的隱蔽性、復(fù)雜性及管理技術(shù)水平，一級(jí)分區(qū)的建立較為曲折。對(duì)此，本文結(jié)合已有實(shí)踐，提出了一級(jí)分區(qū)在拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與計(jì)量管理兩方面的完善措施，以確保后續(xù)考核管理等工作的開(kāi)展。

1 一級(jí)分區(qū)建立

1.1 一級(jí)分區(qū)的規(guī)劃

以供水管網(wǎng)地理信息(GIS)系統(tǒng)資料為基礎(chǔ)，根據(jù)已有分公司數(shù)量及其相應(yīng)的管轄范圍，利用供水區(qū)域內(nèi)的運(yùn)河、溪流等天然屏障或鐵路、快速路等重要設(shè)施，實(shí)現(xiàn)W市供水6個(gè)一級(jí)分區(qū)計(jì)量區(qū)域的劃分，如圖1所示。一級(jí)分區(qū)劃分中，為了維持供水系統(tǒng)的靈活調(diào)度，盡可能不關(guān)閉閥門，以安裝流量?jī)x為主。

圖1 W市一級(jí)分區(qū)劃分示意圖Fig.1 Schematic Diagram of the First-Level Zones in W City

1.2 一級(jí)分區(qū)的建立

對(duì)規(guī)劃需要加裝流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)處，進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況查看，判斷施工安裝的可行性，如管道狀況(直管段、材質(zhì)、空間大小等)、供電狀況(市電、鋰電池、太陽(yáng)能等)、施工難度大小等。同時(shí)考慮壓力、水質(zhì)監(jiān)測(cè)等管網(wǎng)其他附屬硬件設(shè)施同步安裝的必要性，選定流量?jī)x型號(hào)并進(jìn)行流量?jī)x及相關(guān)硬件設(shè)施的安裝、調(diào)試和驗(yàn)收等工作。利用分區(qū)計(jì)量管理軟件進(jìn)行一級(jí)分區(qū)算法的編輯，統(tǒng)計(jì)時(shí)、日、月等的供水水量，通過(guò)其同營(yíng)收相關(guān)水量的比對(duì)分析，統(tǒng)計(jì)分區(qū)的漏損水量、產(chǎn)銷差等指標(biāo)。

2 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)完善

一級(jí)分區(qū)的運(yùn)行數(shù)據(jù)是定量考核管理等后續(xù)工作的基礎(chǔ)，其可信度和可靠性至關(guān)重要。在管理中，除結(jié)合管網(wǎng)的建設(shè)、更新、廢管等日常工作的開(kāi)展進(jìn)行一級(jí)分區(qū)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)維護(hù)外，還應(yīng)對(duì)其閉合性進(jìn)行持續(xù)判斷與驗(yàn)證，確保分區(qū)邊界劃分清晰。實(shí)踐中，由于一級(jí)分區(qū)覆蓋區(qū)域廣泛，不能輕易停水，即便停水需同時(shí)操作的閥門數(shù)量也較多，不具備可操作性，所以不能仿照可計(jì)量分區(qū)(DMA)的零壓測(cè)試來(lái)檢驗(yàn)一級(jí)分區(qū)的閉合性。根據(jù)已有實(shí)踐，提出以下幾種方案。

2.1 一級(jí)分區(qū)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠性

一般而言，一級(jí)分區(qū)的范圍基本上是對(duì)應(yīng)一個(gè)分公司管轄區(qū)域，如果區(qū)域范圍內(nèi)不發(fā)生大的停水等意外事件，其分區(qū)的供水量時(shí)變化曲線以及日供水量變化趨勢(shì)應(yīng)同總公司一致。一級(jí)分區(qū)建立初期，可通過(guò)分區(qū)形態(tài)特征、日供水量變化趨勢(shì)、日供水量占比等指標(biāo)來(lái)判定分區(qū)的可靠性。以W市供水A、B兩個(gè)一級(jí)分區(qū)為例，其日供水量與占比情況如圖2所示。A、B兩個(gè)分區(qū)日供水量占總?cè)展┧康谋壤竞愣?，分區(qū)運(yùn)行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定從側(cè)面驗(yàn)證不閉合可能性較小。

圖2 A、B一級(jí)分區(qū)日供水量及其占比Fig.2 Daily Water Supply and Corresponding Proportion of A and B Zones

對(duì)一級(jí)分區(qū)供水量大小可靠性的判定，初期可將其同營(yíng)收水量進(jìn)行比對(duì)，相對(duì)直觀。營(yíng)收水量受抄收周期等因素的影響，波動(dòng)較大，建議采用營(yíng)收水量占比這一指標(biāo)進(jìn)行比對(duì)。為避免各個(gè)分公司因抄收周期設(shè)置不一致造成的影響，建議選用上一年度分區(qū)的營(yíng)收水量占比進(jìn)行參考比較。

一級(jí)分區(qū)供水量由一級(jí)分區(qū)流量?jī)x經(jīng)確定的算法實(shí)時(shí)獲取，日供水量占比、月供水量占比均可求得。圖3是W市供水6個(gè)一級(jí)分區(qū)(以A～F表示)實(shí)施初期分區(qū)月供水量占比同上一年度營(yíng)收水量占比之間的比較。

圖3 各分區(qū)月供水量占比同上年度營(yíng)收水量占比的比較Fig.3 Comparison between the Proportion of Monthly Water Supply and the Proportion of Revenue in Previous Year in Each Zone

由圖3可知，分區(qū)的月供水量占比同上一年度營(yíng)收水量占比基本接近，絕對(duì)偏差在±5%之內(nèi)，可以初步判斷，一級(jí)分區(qū)的閉合性不存在較大偏差，數(shù)據(jù)較為可信。如果上述兩種占比偏差過(guò)大，則需考慮是否存在不閉合區(qū)域，需要重新結(jié)合GIS以及現(xiàn)場(chǎng)管路進(jìn)行梳理與排查。

2.2 非正常管網(wǎng)運(yùn)行工況下的跟蹤分析

管網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行中，由于接管、應(yīng)急、維修等工作的需要，會(huì)處于非正常運(yùn)行工況，部分管段流速發(fā)生較大變化，甚至反向。此時(shí)，安裝在管網(wǎng)中的流量?jī)x可以實(shí)時(shí)感知這些變化，部分一級(jí)分區(qū)流量?jī)x數(shù)值的變化也會(huì)比較明顯，偏離正常運(yùn)行區(qū)間。上述情況下，盡管供水工況改變，但由于未大面積停水，用水習(xí)慣等也未改變，如果一級(jí)分區(qū)閉合，理論上各個(gè)分區(qū)的供水量時(shí)變化曲線、日供水量等同正常工況應(yīng)基本一致；反之，則會(huì)出現(xiàn)異常現(xiàn)象，需要進(jìn)一步排查原因。本文選用實(shí)際工作中的1個(gè)非正常工況管網(wǎng)運(yùn)行案例來(lái)具體闡述。

一級(jí)分區(qū)D的相鄰分區(qū)有3個(gè)，一級(jí)分區(qū)D同其相鄰的一個(gè)分區(qū)C的分界線上的流量?jī)x分布如圖4所示。閥門F所在管道的口徑為DN1200，是D分區(qū)的主要供水通道之一，因管網(wǎng)檢修需要，閥門F需關(guān)閉30 h(圖5中第2 d 9∶00～第3 d 15∶00)，關(guān)閉期間引起了該片區(qū)內(nèi)絕大部分一級(jí)分區(qū)流量?jī)x的不同幅度變化。兩分區(qū)分界線上8個(gè)流量?jī)x(編號(hào)24～31)的流量變化情況(流量取絕對(duì)值)及其形成的進(jìn)入D分區(qū)水量(即8個(gè)流量?jī)x的流入流出疊加)情況如圖5所示。C、D分區(qū)時(shí)水量形態(tài)特征曲線如圖6所示。

圖4 C、D分區(qū)的分界線上流量?jī)x示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Flowmeters on the Boundary Line of C and D Zones

圖5 C、D分區(qū)的分界流量?jī)x運(yùn)行數(shù)據(jù)Fig.5 Operation Data of Flowmeters on the Boundary Line of C and D Zones

圖6 C、D分區(qū)供水量時(shí)變化曲線Fig.6 Water Supply Morphological Characteristic Curve of C and D Zones

由圖5和圖6可知，D片區(qū)主要供水通道之一上閥門F的關(guān)閉，導(dǎo)致其與C片區(qū)的水量分配發(fā)生了較大的改變，其中，由于閥門F關(guān)閉，期間部分地區(qū)低壓供水，水量略有下降[圖6(a)中第2 d下午與第3 d上午高峰時(shí)段水量略有下降]，而C片區(qū)無(wú)此影響。但兩個(gè)分區(qū)的供水量時(shí)變化曲線同正常日(第1 d)基本一致。一級(jí)分區(qū)反映的數(shù)據(jù)同實(shí)際情況能夠較好匹配，說(shuō)明一級(jí)分區(qū)是閉合可信的，且構(gòu)成分區(qū)的各流量?jī)x之間的誤差傳遞也在可以接受的范圍之內(nèi)。

2.3 一級(jí)分界線局部排查

在實(shí)際實(shí)施中，如果一級(jí)分區(qū)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，可通過(guò)對(duì)一級(jí)分區(qū)分界線逐一局部排查的方法對(duì)分區(qū)進(jìn)行完善。具體為：根據(jù)管網(wǎng)GIS資料，對(duì)可能存在問(wèn)題的邊界進(jìn)行小范圍的分區(qū)構(gòu)建(構(gòu)建的小分區(qū)可以是臨時(shí)分區(qū)，也可以是二級(jí)甚至小區(qū)級(jí)DMA的永久分區(qū))，如圖7所示。如排查無(wú)問(wèn)題，說(shuō)明此段分界面設(shè)置合理；反之，進(jìn)行實(shí)地排查，理清管路關(guān)系，完善并提高管網(wǎng)資料及其準(zhǔn)確度，重新構(gòu)建合理的分界。

圖7 包含一級(jí)分界線的小范圍分區(qū)構(gòu)建示意圖Fig.7 Schematic Diagram of the Construction of DMA Containing Partial First-Level Divisional Boundary

圖9 流量計(jì)運(yùn)行數(shù)據(jù)與相對(duì)誤差Fig.9 Operation Data and Relative Errors of the Flowmeters

3 計(jì)量管理優(yōu)化

由于W市供水區(qū)域較大，一級(jí)分區(qū)流量?jī)x安裝地點(diǎn)多樣：包括城市道路、人行道、偏遠(yuǎn)荒地等，根據(jù)不同的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況，選用不同品牌的管段式或插入式流量?jī)x。在運(yùn)行管理期間，軟件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)異常時(shí)有發(fā)生[3-4]，這給一級(jí)分區(qū)運(yùn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)工作帶來(lái)了不必要的麻煩。為解決這一問(wèn)題，除有計(jì)劃巡檢與適時(shí)校驗(yàn)外，實(shí)踐中還從計(jì)量管理的角度進(jìn)行優(yōu)化完善，適當(dāng)采用冗余的流量計(jì)安裝原則進(jìn)行規(guī)避。

3.1 計(jì)量關(guān)系構(gòu)建

隨著不同層級(jí)分區(qū)計(jì)量的實(shí)施推進(jìn)，結(jié)合管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，部分流量?jī)x間存在著一定的流量關(guān)系。如圖8所示，某一水廠的出廠東線(記為Q)，A-1是一級(jí)分區(qū)流量?jī)x，在其與出廠流量?jī)x之間有兩處支管，因二級(jí)分區(qū)需求，安裝流量?jī)xB-1和B-2。根據(jù)管網(wǎng)拓?fù)潢P(guān)系，出廠東線的流量為流量?jī)xA-1、B-1和B-2流量之和。

圖8 流量計(jì)位置示意圖Fig.8 Schematic Diagram of Three Flowmeters’ Location

如圖9所示，上述4處流量的關(guān)系可以在運(yùn)行中相互校驗(yàn)，正常工況下出廠流量同A-1、B-1、B-2流量之和的相對(duì)誤差應(yīng)在4%之間，如遇流量?jī)x的異常情況，可以根據(jù)其他運(yùn)行完好的流量?jī)x進(jìn)行合理推測(cè)，從而確保各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確及時(shí)。

3.2 雙表在線比對(duì)

圖10為局部管網(wǎng)及附屬設(shè)備的簡(jiǎn)圖。在一級(jí)分區(qū)流量計(jì)A-2的北端建有增壓站，增壓站進(jìn)口處有一流量計(jì)Z，當(dāng)閥門F關(guān)閉時(shí)，流量計(jì)A-2與Z就形成了時(shí)時(shí)在線比對(duì)的關(guān)系，兩者的水量與相對(duì)誤差如圖11所示，在1%之內(nèi)，能夠互相校驗(yàn)。

圖10中，閥門F的關(guān)閉對(duì)供水的影響不大，且只需通過(guò)一個(gè)閥門F的動(dòng)作，即可形成雙表的在線比對(duì)。但在更多的實(shí)際管網(wǎng)中，閥門的動(dòng)作會(huì)對(duì)供水造成影響。因此，當(dāng)流量計(jì)的計(jì)量數(shù)據(jù)比較重要且要求不間斷時(shí)，可以在同一管道安裝兩處流量計(jì)，雙表在線比對(duì)，雖產(chǎn)生了一定的硬件冗余，但可保證后續(xù)的運(yùn)營(yíng)維護(hù)穩(wěn)定，利于分區(qū)計(jì)量工作的深入推進(jìn)。

圖10 局部管網(wǎng)及附屬設(shè)備示意圖Fig.10 Schematic Diagram of Local Pipe Networks and Accessory Equipments

圖11 采用雙表時(shí)的運(yùn)行數(shù)據(jù)與相對(duì)誤差Fig.11 Operation Data and Relative Errors of Two Flowmeters

4 結(jié)語(yǔ)

一般而言，對(duì)供水區(qū)域面積較大、管線基礎(chǔ)資料相對(duì)齊全的供水管網(wǎng)采用自上而下與自下而上兩者相結(jié)合的路線進(jìn)行分區(qū)計(jì)量的開(kāi)展與推進(jìn)是比較科學(xué)合理的。為確保一級(jí)分區(qū)的可靠可信，運(yùn)行中需關(guān)注分區(qū)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，跟蹤分析非正常管網(wǎng)運(yùn)行工況下分區(qū)情況，對(duì)存疑處構(gòu)建包含局部一級(jí)分界線的小分區(qū)進(jìn)行排查；在計(jì)量管理方面，除有計(jì)劃巡檢與適時(shí)校驗(yàn)外，結(jié)合管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，構(gòu)建多表計(jì)量關(guān)系，適當(dāng)采用冗余的流量計(jì)安裝進(jìn)行雙表實(shí)時(shí)比對(duì)，對(duì)異常及缺失數(shù)據(jù)進(jìn)行有根據(jù)的修復(fù)，確保數(shù)據(jù)的完整準(zhǔn)確。