計(jì)量小區(qū)（DMA）管理技術(shù)在城市供水節(jié)水中的應(yīng)用

代影君，任 崇

（遼寧省水文水資源勘測(cè)局，遼寧 沈陽(yáng) 110003）

供水管網(wǎng)系統(tǒng)的滲漏是城市常年存在的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)供水節(jié)水主要是通過(guò)把供水中的滲漏控制在節(jié)水和經(jīng)濟(jì)合理的范圍內(nèi)。2002年國(guó)家頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定城市供水企業(yè)管網(wǎng)基本漏損率不應(yīng)大于12%。但是多數(shù)城市的管網(wǎng)漏損率都超過(guò)20%，有的甚至達(dá)到40%，遼寧的多數(shù)城市管網(wǎng)漏損率就在30%以上。傳統(tǒng)的管網(wǎng)滲漏探測(cè)都是被動(dòng)探測(cè)，是在被報(bào)告已經(jīng)發(fā)生明顯的滲漏后才開(kāi)始進(jìn)行探漏維修，中英合作水資源需求管理項(xiàng)目提出了基于主動(dòng)滲漏控制政策，建立城市供水管網(wǎng)GIS信息系統(tǒng)，在設(shè)計(jì)計(jì)量小區(qū)管理的基礎(chǔ)上，利用管網(wǎng)模型，減少供水系統(tǒng)的漏損的供水節(jié)水技術(shù)。

主動(dòng)滲漏控制通常基于區(qū)域計(jì)量，區(qū)域計(jì)量是指建立確定的水力區(qū)域、計(jì)量流入其中的水量，并在適當(dāng)情況下計(jì)量流出水量。這些地區(qū)被稱(chēng)為計(jì)量小區(qū)（DMA），這是一種管理工具，計(jì)量小區(qū)允許使用結(jié)構(gòu)化方法確定滲漏水平，并對(duì)每個(gè)計(jì)量小區(qū)（隨后對(duì)整個(gè)供水管網(wǎng)）的無(wú)收入水量進(jìn)行分析。

1 計(jì)量小區(qū)設(shè)計(jì)與建立要求

1.1 設(shè)計(jì)要求

計(jì)量小區(qū)設(shè)計(jì)從評(píng)價(jià)可用管網(wǎng)數(shù)據(jù)開(kāi)始，數(shù)據(jù)質(zhì)量將決定設(shè)計(jì)過(guò)程從何種程度開(kāi)始。計(jì)量小區(qū)的規(guī)模必須便于管理，但需要包括足夠的管網(wǎng)連接，以支持建設(shè)成本。計(jì)量小區(qū)需要對(duì)住戶(hù)計(jì)數(shù)，以確定小區(qū)管網(wǎng)連接數(shù)量。但同時(shí)計(jì)量小區(qū)越大，開(kāi)展?jié)B漏探測(cè)所需的時(shí)間也越長(zhǎng)。因此，國(guó)際上一般認(rèn)為一個(gè)計(jì)量小區(qū)內(nèi)科學(xué)的管網(wǎng)連接數(shù)量應(yīng)該在1000～5000個(gè)之間。

計(jì)量小區(qū)必須確定邊界，例如：河流、主路、鐵路等。計(jì)量小區(qū)安裝的流量計(jì)應(yīng)當(dāng)能夠測(cè)量滿足需求的充足流量，而且也應(yīng)當(dāng)能夠測(cè)量夜間通常出現(xiàn)的低流量。必須嚴(yán)格檢查建立每個(gè)計(jì)量小區(qū)所帶來(lái)的影響，以確保不對(duì)計(jì)量小區(qū)內(nèi)部或外部用戶(hù)的供水服務(wù)造成有害影響。必須確定每個(gè)計(jì)量小區(qū)入口處的可能的流量范圍，從而確定水表的大小以精確測(cè)量最小和最大流速。應(yīng)當(dāng)在建立計(jì)量小區(qū)時(shí)，盡可能少地關(guān)閉閥門(mén)。必須對(duì)每個(gè)計(jì)量小區(qū)進(jìn)行測(cè)試，以確保在需求高峰期有足夠水壓。

1.2 建立要求

在建立計(jì)量小區(qū)時(shí)，必須通過(guò)在實(shí)地檢查成功隔離小區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)校驗(yàn)計(jì)量小區(qū)的設(shè)計(jì)。需要確認(rèn)隔離每個(gè)計(jì)量小區(qū)時(shí)所需的閥門(mén)，即邊界閥門(mén)，及其水密性。應(yīng)當(dāng)在實(shí)地和通過(guò)與自來(lái)水公司操作人員協(xié)商確認(rèn)管網(wǎng)連接。

必須提前安裝水表，檢查測(cè)量流入水量的水表安裝位置，以確保其位置合適。

應(yīng)當(dāng)在計(jì)量小區(qū)邊界以?xún)?nèi)和以外安裝壓力采集器，以監(jiān)測(cè)可用水壓。

必須關(guān)閉邊界閥門(mén)及入水口處的控制閥，以保證計(jì)量小區(qū)可以成為獨(dú)立水力區(qū)。然后通過(guò)完全打開(kāi)消防龍頭或其他裝置來(lái)模擬計(jì)量小區(qū)內(nèi)的高峰需求。采集并報(bào)告重要位置的壓力，這一測(cè)試旨在示范將計(jì)量小區(qū)設(shè)為獨(dú)立區(qū)域并未減小其內(nèi)部的有效可用水壓。

在成功測(cè)試之后，在入水口處安裝永久性水表，并且采集數(shù)據(jù)以表明流量和壓力。

2 計(jì)量小區(qū)數(shù)據(jù)記錄和分析要求

要定期對(duì)計(jì)量小區(qū)進(jìn)行分析，以確定滲漏量和無(wú)收入水量（供水管網(wǎng)中的水量減去開(kāi)具帳單和付費(fèi)的水量）。

2.1 相關(guān)數(shù)據(jù)

通過(guò)數(shù)據(jù)采集器下載計(jì)量小區(qū)流量以獲得供水量數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶(hù)水表讀數(shù)可以獲得開(kāi)具帳單的水量數(shù)據(jù)。

2.2 夜間最小流量和夜間凈流量

流量數(shù)據(jù)最重要的是測(cè)量最小流量，通常最小流量出現(xiàn)在夜間。這一測(cè)量數(shù)據(jù)被稱(chēng)為夜間最小流量（MNF），以此來(lái)計(jì)算滲漏水平。由于夜間家庭用水量很小，如果住宅區(qū)的最小流量較大，那么通常是存在滲漏。因此，在出現(xiàn)較高的夜間流量時(shí)，應(yīng)當(dāng)確定其原因。

當(dāng)然，夜間最小流量也確實(shí)包含一些合理的耗水和一些特殊情況下的耗水量。通過(guò)實(shí)地調(diào)查，可以獲得平均合理耗水量。在沒(méi)有實(shí)地?cái)?shù)據(jù)的情況下，通常假設(shè)合理耗水量為 2L/（戶(hù)·h）。

夜間最小流量減去平均夜間耗水量就可以得出可能滲漏量指標(biāo)。可以將所有計(jì)量小區(qū)的滲漏水平進(jìn)行對(duì)比和排序，然后對(duì)滲漏水平最高的計(jì)量小區(qū)調(diào)查其原因 。

3 遼寧省北票市計(jì)量小區(qū)設(shè)計(jì)建立與監(jiān)測(cè)

3.1 設(shè)計(jì)建立

根據(jù)國(guó)際公認(rèn)的計(jì)量小區(qū)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合北票市實(shí)際情況，項(xiàng)目確立了天緣和七彩虹社區(qū)為試點(diǎn)計(jì)量小區(qū)。

天緣和七彩虹社區(qū)由二工村泵站供水。可以通過(guò)關(guān)閉新安裝的閥門(mén)，將天緣社區(qū)和七彩虹社區(qū)隔離，而且只需要用這個(gè)閥門(mén)就可以將天緣社區(qū)與供水網(wǎng)絡(luò)的其余部分隔離。

計(jì)量小區(qū)建立的工作包括：建造三間流量計(jì)室 、安裝超聲波傳感器（測(cè)量流量）和壓力傳感器、安裝3個(gè)閥門(mén)；一個(gè)用于隔離天緣和彩虹社區(qū)，另外兩個(gè)用于隔離天緣社區(qū)延伸出來(lái)的未計(jì)量的主管道。

3.2 監(jiān)測(cè)和分析

由于缺水，天緣社區(qū)和周邊社區(qū)的供水情況復(fù)雜，任何社區(qū)都沒(méi)有24h持續(xù)供水，二工村泵站對(duì)5個(gè)社區(qū)輪流供水。

項(xiàng)目組制定了控制二工村泵站供水的計(jì)劃，為天緣和七彩虹社區(qū)提供48h持續(xù)供水。對(duì)于最后24h，只對(duì)天緣社區(qū)供水。持續(xù)供水是為了創(chuàng)造一個(gè)需求被滿足的狀況。這樣，在夜間進(jìn)行流量測(cè)量可以獲得天緣計(jì)量小區(qū)的夜間最小流量（MNF）。

2007年7月19日夜間，項(xiàng)目組對(duì)天緣社區(qū)的流量和壓力進(jìn)行了測(cè)量。

根據(jù)地點(diǎn)1測(cè)出的流量（流入天緣社區(qū)的總流量），最小流量出現(xiàn)在7月19日凌晨2:46。利用這一時(shí)間的流速和地點(diǎn)2，3的流速可以確定最小夜間流量（MNF）。地點(diǎn)2和3的水表測(cè)出了流出計(jì)量小區(qū)的流量。

2007年 7月 19日凌晨 2：46測(cè)出的最小夜間流量（MNF）如下：

計(jì)量小區(qū)流入量(水表1)=75.3m3/h；

計(jì)量小區(qū)流出量(水表2)=4.0m3/h；

計(jì)量小區(qū)流出量(水表3)=10.39m3/h。

因此，最小夜間流量=60.91m3/h，[壓力=620kPa(63m)]。

基于計(jì)量小區(qū)的3435戶(hù)，最小夜間流量為17.7L/（戶(hù)·h）。

這一數(shù)字與一般允許2L/h的夜間用水量相比，顯然，該計(jì)量小區(qū)供水管網(wǎng)存在嚴(yán)重滲漏。

3.3 計(jì)量小區(qū)管網(wǎng)模型建立

項(xiàng)目采用國(guó)際先進(jìn)的供水管網(wǎng)模型InfoWorks WS，旨在加強(qiáng)北票自來(lái)水公司的供水管網(wǎng)調(diào)度運(yùn)行管理、運(yùn)行費(fèi)用優(yōu)化、管網(wǎng)漏損控制、應(yīng)急預(yù)案制定、供水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)和管網(wǎng)局限性診斷及修復(fù)計(jì)劃等方面能力。

3.3.1 模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本次計(jì)量小區(qū)區(qū)域包括天緣社區(qū)和七彩虹社區(qū)，供水區(qū)域共有樓房58棟，用水戶(hù)3435戶(hù)（包括43戶(hù)商業(yè)用水戶(hù)），用水人口11552人。

因管網(wǎng)管線較新，設(shè)定管段的摩阻系數(shù)均為100；用水量類(lèi)型簡(jiǎn)化設(shè)置為一類(lèi)用水類(lèi)型 JM（居民）；平均用水量初步設(shè)定平均每戶(hù)每天用水量100L，然后根據(jù)計(jì)量小區(qū)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

在計(jì)量小區(qū)測(cè)試過(guò)程中，從泵后壓力圖來(lái)看，供水壓力全天比較均勻，因此可以初步確定漏損水平全天均勻統(tǒng)一，但考慮到期間的停泵過(guò)程，為保持?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)一，將停泵過(guò)程中的漏損水平設(shè)置為0。

將計(jì)量小區(qū)計(jì)算模塊進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)引入，泵站的總供水量作為模型中的總供水量 （3260m3/d），3號(hào)井通過(guò)流量作為模型中的輸出水量（250m3/d），得到管網(wǎng)中的總供水量為3010m3/d。

根據(jù)計(jì)量小區(qū)漏損測(cè)算方法，選用漏損索引計(jì)算方法，基礎(chǔ)設(shè)施修正系數(shù)按默認(rèn)設(shè)置為1；壓力修正系數(shù)按照模擬計(jì)算結(jié)果自動(dòng)設(shè)置為0.77771。

3.3.2 模型校驗(yàn)

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，包括管網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實(shí)測(cè)的蓄水池水位數(shù)據(jù)、泵站的開(kāi)關(guān)泵時(shí)間數(shù)據(jù),以及計(jì)量小區(qū)用水量平衡核算得到的居民用水量曲線和漏損平均水平，組成模型計(jì)算的初始數(shù)據(jù)。從而得到模型計(jì)算結(jié)果。然后以泵站的泵后壓力以及通過(guò)水泵的流量（1號(hào)井的實(shí)測(cè)壓力及流量），以3號(hào)的實(shí)測(cè)流量作為模型校驗(yàn)數(shù)據(jù)，校驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1。

從圖1可以看出：模擬值與實(shí)測(cè)值完全一致，保證了供水量與蓄水量的完全平衡，模型校驗(yàn)結(jié)果良好。

圖1 泵后壓力(1號(hào)井壓力)實(shí)測(cè)值與模擬值比較圖

將整個(gè)管網(wǎng)劃分為不同的計(jì)量小區(qū)區(qū)域，調(diào)查及評(píng)估各計(jì)量小區(qū)區(qū)域中的漏損水平，并建立各計(jì)量小區(qū)區(qū)域的模型，并以模型分析計(jì)量小區(qū)區(qū)域中可能存在的問(wèn)題以及提出改善方案，并根據(jù)實(shí)際情況逐步實(shí)行。最終逐步形成整個(gè)北票水司管網(wǎng)的整合模型，并以此整合后的模型提高管網(wǎng)的服務(wù)水平及運(yùn)營(yíng)管理水平。

4 結(jié) 語(yǔ)

本項(xiàng)目在遼寧省北票市進(jìn)行的計(jì)量小區(qū)（DMA）管理技術(shù)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)于中小大城市供水管網(wǎng)漏失管理具有普遍的推廣價(jià)值，通過(guò)計(jì)量小區(qū)單獨(dú)的計(jì)量來(lái)實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)漏失的及時(shí)監(jiān)測(cè)和有效管理將會(huì)大大提高供水公司供水效率，從而有力促進(jìn)城市節(jié)水。

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