漏損控制系統(tǒng)在供水管網(wǎng)漏損控制工作中的應(yīng)用

苑忠堂， 李俊江， 尹學銳， 阮 軍， 劉 鍇， 鄂 劍

(1.天津水務(wù)集團濱海水務(wù)有限公司 大港油田水務(wù)分公司， 天津 300280；2.天津三博水科技有限公司， 天津 300100)

在城鎮(zhèn)發(fā)展過程中，存在部分供水管網(wǎng)老化、超負荷運行等情況，加上缺乏必要的更新改造、技術(shù)手段投入有限、監(jiān)管不到位等多方面因素，導致部分供水管網(wǎng)跑冒滴漏現(xiàn)象時有發(fā)生，造成管網(wǎng)漏失率加大，進而給城鎮(zhèn)安全供水帶來不利影響。如何有效控制管網(wǎng)漏損率，提高城鎮(zhèn)供水效率，已成為亟需解決的問題之一。

《水污染防治行動計劃》中明確規(guī)定，到2020年，全國公共供水管網(wǎng)漏損率控制在10%以內(nèi)。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家發(fā)展改革委《關(guān)于加強公共供水管網(wǎng)漏損控制的通知》中指出：到2025年，全國城市公共供水管網(wǎng)漏損率力爭控制在9%以內(nèi)。華北某市水務(wù)公司根據(jù)實際情況，積極引進新技術(shù)，建設(shè)漏損控制系統(tǒng)，應(yīng)用實踐結(jié)果表明該系統(tǒng)在漏損控制工作當中發(fā)揮了重要的指導作用，漏損控制工作積累了寶貴經(jīng)驗。

1 供水現(xiàn)狀

華北地區(qū)某水務(wù)公司供水服務(wù)面積約97 km2，服務(wù)范圍內(nèi)共有59個小區(qū)7.3萬戶居民及0.32萬戶非居用戶，現(xiàn)有水處理廠1座，占地面積140 000 m2，設(shè)計日處理能力80 000 m3/d。供水管網(wǎng)總長度為940 km，其中供水主干網(wǎng)106 km，支線和庭院管網(wǎng)834 km，有配水間87座、控制閥池2 074個、水表間22個、表井775個、消火栓1 114個、二供泵房12處。

該水務(wù)公司近3年的產(chǎn)銷差見表1，其供水管網(wǎng)中各種材質(zhì)的管道占比如下：PE管，69.50%；鋼管，18.77%；球墨鑄鐵管，5.29%；PPR管，2.90%；鑄鐵管，2.52%； UPVC管，0.68%；鋼骨架聚乙烯塑料復合管，0.32%；PCCP管，0.02%。

表1 某水務(wù)公司2019—2021年的產(chǎn)銷差Tab.1 The NRW of a water company from 2019 to 2021 104 m3

2 供水管網(wǎng)漏損原因分析

從生產(chǎn)經(jīng)營全方位分析得出，產(chǎn)銷差絕大部分來自供水管網(wǎng)漏損，包括管網(wǎng)及設(shè)施中的物理漏損、供水過程中的計量漏損、供水管理過程中存在缺陷的漏損。其中物理漏損存在于管線、管道接口、管網(wǎng)排放口、蓄水池、閥門、泵房、水表器具連接處、第三方損害導致、建設(shè)時歷史遺留缺陷；計量漏損表現(xiàn)在水表配徑不合理、水表選型不當、外力沖擊損壞計量器具、水表故障、極端天氣水表失效、特殊用戶或不當用水計量失準失計、無計量用水、表位不當；管理漏損體現(xiàn)在抄表員工作質(zhì)量、水表安裝質(zhì)量、日常管網(wǎng)養(yǎng)護管理、管網(wǎng)建設(shè)用水管理缺失、在線計量器具管理、水表定期未檢定、公共用水管理缺失、管網(wǎng)管理缺失、違章用水等方面。

3 漏損控制系統(tǒng)的應(yīng)用

基于上述分析，控制管網(wǎng)漏損不僅需要加強管網(wǎng)系統(tǒng)本身的安全性，還需要提高相關(guān)部門的監(jiān)督管理水平。目前，亟需解決的問題是降低現(xiàn)有管網(wǎng)漏損率。根據(jù)歷史經(jīng)驗，傳統(tǒng)漏損控制手段效果并不理想，需要借助先進技術(shù)手段，實現(xiàn)漏損控制目標。

對此，該水務(wù)公司以“三供一業(yè)”移交改造為契機，完成硬件設(shè)施基礎(chǔ)建設(shè)，利用先進的數(shù)據(jù)傳輸、信息化等技術(shù)手段，建立了漏損控制系統(tǒng)。與生產(chǎn)實際結(jié)合進行磨合應(yīng)用，實現(xiàn)漏點最小化。漏損控制系統(tǒng)可以展示供水管網(wǎng)各分區(qū)的情況，建立各個級別的分區(qū)漏損實時監(jiān)測和預警，并對各個分區(qū)進行在線漏損指標分析計算和匯總，根據(jù)漏損分析確定重點排查區(qū)域，為漏損控制工作提供數(shù)據(jù)支持。確定重點排查區(qū)域后，采用專用檢漏設(shè)備確定實際漏點位置，根據(jù)漏點實際情況確定施工維修方案。漏點排除后，利用漏損控制系統(tǒng)在線監(jiān)測漏點所在區(qū)域施工維修前后漏損指標并分析數(shù)據(jù)變化，據(jù)此判斷漏損控制工作效果。

漏損控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)供水各分區(qū)的計量數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理(數(shù)據(jù)實時采集、存儲、綜合展示、計算分析、預警)，能夠生成漏損率考核分析報表。同時，平臺能夠進一步對管網(wǎng)運行和最小夜間流量進行分析，依靠漏損控制系統(tǒng)實現(xiàn)漏損在線監(jiān)測常態(tài)化，保障供水管網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行。

3.1 區(qū)塊獨立計量

該水務(wù)公司供水管網(wǎng)現(xiàn)有供水專線共6條，承擔著水量分配的任務(wù)，各供水專線關(guān)聯(lián)若干配水間或流量計，根據(jù)用戶用水需求，通過配水支管送到用戶端。根據(jù)供水管網(wǎng)東西部結(jié)構(gòu)，設(shè)置8個流量監(jiān)測點(安裝了8臺電磁流量計)，設(shè)置16個壓力監(jiān)測點和2個水質(zhì)監(jiān)測點，安裝了100具區(qū)域考核表，更換完成94%居民結(jié)算表73 378具，100%非居結(jié)算表3 942具，并與7家表商數(shù)據(jù)進行對接，用10個月時間完成了遠傳計量表具的基礎(chǔ)建設(shè)任務(wù)。

根據(jù)管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，梳理供水專線、配水間、居民和非居用戶水表等關(guān)聯(lián)關(guān)系，并結(jié)合DBS分區(qū)理念[1-3]，從經(jīng)濟和施工、管理、成本等角度考慮，并根據(jù)地勢高程、行政區(qū)域劃分、營銷服務(wù)范圍、市政道路、河流等特性，將復雜的供水管網(wǎng)系統(tǒng)劃分為數(shù)量不等的相對獨立的供水區(qū)塊，最終達到各區(qū)塊水量獨立計量。將供水管網(wǎng)劃分成1個一級分區(qū)、9個二級分區(qū)、91個三級分區(qū)，見圖1。2020年10月至12月，根據(jù)現(xiàn)場實際情況，調(diào)整了1.6萬具表計的拓撲關(guān)系，編制完成了分區(qū)計量供水思維導圖，建立了分公司三級分區(qū)計量管理結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)區(qū)塊水量獨立計量。

圖1 供水管網(wǎng)分區(qū)展示Fig.1 Display of water supply network zoning

3.2 管網(wǎng)漏損分析

為加強城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制管理，節(jié)約水資源，提高管網(wǎng)管理水平和供水安全保障能力，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2016年發(fā)布了《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評定標準》(CJJ 92—2016)，其中規(guī)定了水量平衡各部分組成、漏損率計算公式，據(jù)此進行漏損指標分析。

漏損率計算公式：

RWL=(QS-Qa)/QS×100%

(1)

式中：RWL為漏損率，%；QS為供水總量，104m3；Qa為注冊用戶用水量，104m3。

按月份對各分區(qū)進行水量平衡分析，展示各分區(qū)供水量、注冊用戶用水量、漏損水量數(shù)據(jù)，以動態(tài)形式循環(huán)播放最近6個月的水量平衡分析結(jié)果，見圖2。

圖2 各分區(qū)水量平衡分析Fig.2 Analysis of water balance of each district

按月份統(tǒng)計各小區(qū)供水量、售水量(指注冊用戶用水量)、產(chǎn)銷差等數(shù)據(jù)，展示小區(qū)內(nèi)居民、非居表具數(shù)量。產(chǎn)銷差數(shù)據(jù)的變化趨勢見圖3。

圖3 各分區(qū)產(chǎn)銷差展示Fig.3 The NRW of each district

夜間最小流量法(MNF)作為判斷漏失事件的重要方法，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用。為了達到預期效果，首先需要確保監(jiān)測到的夜間最小流量數(shù)據(jù)的準確性，目前已能通過采用高質(zhì)量采集設(shè)備及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備保證。其次，需要制定合理的數(shù)據(jù)應(yīng)用方法，即如何科學合理地分析監(jiān)測到的夜間最小流量。有關(guān)研究中列舉了多種數(shù)據(jù)應(yīng)用方法，包括：通過夜間最小流量占比來判斷漏損的嚴重程度[4]；通過監(jiān)測夜間最小流量估計每戶夜間最小流量數(shù)值，再根據(jù)用戶規(guī)模得到判斷漏損情況的依據(jù)，將實測數(shù)據(jù)和判斷依據(jù)進行對比，來指導漏損控制工作[5]。上述方法在漏損控制工作中發(fā)揮了一定指導作用，仍有不足之處，用戶用水量雖然具有一定規(guī)律性，但實際用水情況受到多種因素影響而時刻變化。所以，漏損系統(tǒng)采用最近30 d實時數(shù)據(jù)的平均值、最值作為觸發(fā)預警的閾值，作為判斷異常事件的初步判斷依據(jù)。如果檢測到預警事件，再通過客服接收的相同時段內(nèi)用戶反饋情況、巡檢人員巡檢記錄等多方核實，確認預警事件是否為異常事件，為下一步的現(xiàn)場排查工作提供數(shù)據(jù)支持。

基于夜間最小流量監(jiān)測數(shù)據(jù)，判斷一個周期內(nèi)(24 h)最小流量出現(xiàn)在夜間2：00—4：00。計算最近30 d 的2：00、3：00、4：00夜間最小流量的平均值、最值，設(shè)置預警閾值。在夜間最小流量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進一步分析對應(yīng)時刻的漏損率，以柱狀圖形式展示，如圖4所示。

圖4 夜間最小流量漏損率分析Fig.4 Analysis of minimum flow leakage rate at night

3.3 應(yīng)用案例分析

3.3.1全面分析評估治理系統(tǒng)漏損

生產(chǎn)調(diào)度中心每天分析流量、壓力、水質(zhì)和大用戶水量等重要參數(shù)，積累數(shù)據(jù)評估并確定各個分區(qū)的漏損水平。評估各分區(qū)供水拓撲關(guān)系，分析每個時段的供售水情況，確定漏水區(qū)域后派發(fā)工單，利用供水稽查、夜間關(guān)閥、檢查雨污水井以及分段開挖等手段查找漏點(見圖5)，逐步降低管網(wǎng)漏損率。

圖5 漏點查找Fig.5 Search of leak points

開展漏損治理專項工作，見圖6。2021年1月28日至今派發(fā)內(nèi)部管理工單162單，夜間查漏41個小區(qū)，分段關(guān)停閥門330余次，翻查各類井室4 000余個，稽查795戶，共完成46個分區(qū)的漏損治理工作。發(fā)現(xiàn)并處理漏點227處(其中明漏167處，漏水量1 830.2 m3/d；暗漏60處，漏水量4 320 m3/d)，有效減少日漏失水量6 150.2 m3/d。

圖6 漏損專項治理Fig.6 Refined management of leakage and damage

3.3.2及時統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)新增漏損

生產(chǎn)調(diào)度中心派專人負責監(jiān)控每天水量、水壓和水質(zhì)情況，每天編制生產(chǎn)報表，每日環(huán)比產(chǎn)差量、產(chǎn)差率和夜間最小流量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題及時組織相關(guān)人員進行分析，確定問題原因，制定實施方案并監(jiān)督落實。

3.3.3采取有效措施控制系統(tǒng)存量漏損

設(shè)置巡查點位3 850個，覆蓋供水區(qū)域內(nèi)全部管網(wǎng)及附屬設(shè)施。每日派發(fā)巡檢工作單，由專人進行巡檢。2021年1—10月，派發(fā)巡檢工單980件，發(fā)現(xiàn)并及時處置管線漏水、占壓、閥池破損等事件162次。

為了配合該市即將投運的新建水廠，針對老水廠工藝系統(tǒng)的情況，結(jié)合外管網(wǎng)無加壓泵站的實際情況，多次研究分析16個管網(wǎng)壓力點每天的監(jiān)控數(shù)據(jù)(見圖7)，依據(jù)“高峰不低、低峰不高”的原則，在現(xiàn)有設(shè)備調(diào)控有局限制約的條件下，制定了分時段外供水調(diào)壓運行方案。每天晚上調(diào)壓運行，通過3個月的核算每天降低漏損0.8%左右，漏損情況得到有效控制。

圖7 分時段外供水調(diào)壓運行壓力監(jiān)測結(jié)果Fig.7 Pressure data of external water supply pressure regulation operation by time period

4 結(jié)論

漏損控制系統(tǒng)的應(yīng)用大幅度提高了管理效率，加快了相關(guān)部門的反應(yīng)速度，提高了服務(wù)質(zhì)量，降低了管網(wǎng)漏損率，減少了水資源浪費。最終將漏損水量從最初的501.99×104m3/a控制在163.86×104m3/a的水平，實現(xiàn)了漏損控制工作的預期目標。