城市供水管網分區供水技術研究

郭維劍

(鄭州高新供水有限責任公司，河南 鄭州 450000)

0 引言

城市化進程進一步加快，城市人口大幅增長，供水需求越來越大。如何提高用水安全，保障用水質量成為了供水行業發展的重點。然而，在城市供水管網分區當中，仍存在諸多影響因素，嚴重影響管網分區的質量和成效。為此，開展城市供水管網分區供水技術研究具有重要的現實意義。

1 影響供水管網分區的主要因素

1.1 經濟漏損水平

供水管網獲取經濟效益最大值時的漏損水平被稱為經濟漏損水平。在供水管網分區中，要對漏損水量損失效益、漏損控制費用進行全面考慮，并了解其與漏損總費用之間的關系。

伴隨漏損率變化，漏損總費用呈凹形曲線發展，漏損總費用最低值位于谷底處，此時相對應的漏損率具有合理性，也就是所說的經濟漏損率。與經濟漏損率相差越大，漏損總費用越多，為此，需要在經濟漏損率上下控制管網漏損情況。

對于供水單位而言，管網經濟漏損水平是管網分區方案實施的關鍵。每一個供水單位的情況不同，則制定的分區方案也會有所不同，隨之對應的經濟漏損控制指標和漏損控制目標也會不同。對于供水管網的主動漏損控制方針、計量分區數目等來講，經濟漏損水平將起到決定性的作用。

1.2 DMA的分層和大小

供水管網是由多個層次分區系統構成，而非一個復雜、巨大的供水區域。管網分區前期，需要先將DMA層次結構確定下來，從而為后期分區工作提供便利。然而，在地形、水文條件、供水需求、資金狀況等眾多因素的制約下，將大大增加DMA分層的難度。一般來講，城市當中一個DMA用戶數量基本上可以達到3 000戶左右。也就是說，管網實際狀況和系統特征決定單個DMA面積，表1為其主要影響因素。

表1 DMA面積的影響因素

1.3 供水管網高程

若供水區域內供水管網高程變化明顯，勢必會加大DMA管理的困難程度，甚至會產生水質、水力安全隱患。為此，在計量區域劃分過程中，必須將供水管網高程分布規律等考慮在內，做好統籌規劃工作，合理、有效控制一個獨立計量區域內供水管網的高程變化情況。

1.4 水質條件

在DMA分區供水時，往往需要將計量區域邊界上的閥門關閉掉，這種情況下，將減慢管網區域邊界位置水的流速，增大水齡，導致大量死端產生于管網末梢處，基于長期滯留等因素，死端水質將變差，嚴重影響管網水質質量。當DMA閥門數目增多，將會大幅影響管網水質。一般情況下，可利用管道沖洗等方法解決水質惡化等情況。通過定期沖洗，可以將管網末梢死水更新換掉，從而提高供水水質。

2 分區方案的擇優確定

2.1 管網漏損水平

管網分區供水的主要目標是為了有效做好管網漏損控制，因此，在擇優選擇分區方案時，應將管網漏損水平擺在第一位。

管網漏損水量計算，一般可采用最小夜間流量法。在計算中須確定AZP點，即管網平均壓力節點，此節點值應接近管網加權平均值。在具體操作中，可根據管網實際狀況，合理選擇AZP點。目前，常用的方法包括2種：①壓力最接近管網所有節點壓力流量加權平均值的點。②高程最接近管網所有節點高程流量加權平均值的點。

2.2 壓力分布均衡性

為便于供水管理，減小管理漏損水平，須合理管控DMA內節點壓力變化。若管網壓力分布均衡性由ΔP2表示，那么可通過下式進行計算分析。

其中，最接近管網分區前PFW值的節點壓力值可由AZP表示；DMAi內最接近PFWi值的節點壓力值可由AZPi表示；分區前管網中節點i的壓力值可由Pi表示；分區后管網中節點j的壓力值可由Pj表示；管網節點數目可由m表示；管網分區數目可由N表示；分區后第i個DMA包含節點數目可由mi表示。

2.3 分區費用

管網分區必須遵循經濟性原則。在制定管網分區方案時，要對管網供水實際情況進行深入分析，綜合考慮施工難易程度、是否具備裝表條件、供水效果等因素。水表儀器購置費用、安裝費用、后期維護費用等是構成分區費用的主體。目前，多采用年等額資金回收法進行分析研究。在上述3種因素中，要根據實際情況擇優確定最佳方案。

3 案例分析

某城市供水管網面積為40 km2左右，約12萬人口。管網供水中，工業企業用戶所占比例較大，集中于區域北方地區。而南方地區為居民用戶區域。根據管網用戶分布情況，區域內主要用水為工業用水，其次為居民生活用水。經地質勘查可知，本地區管網布設范圍內并無丘陵、河流等地勢地貌，為平原地區，按照城市供水管網分區規定，在對壓力分區、管理分區、DMA分區進行全方位考慮的情況下，初步將其DMA分為6個結構形式，具體如圖1所示。

圖1 管網初始分區示意圖

為驗證分區是否合理，本文提出了3種分區方案，如圖2、圖3、圖4所示。按照上述分區方案擇優確定的3點，本案例仍從管網漏損水平、壓力均衡性、分區費用進行對比分析，擇優選擇既經濟又合理的分區方案。

圖4 方案3分區示意圖

圖3 方案2分區示意圖

圖2 方案1分區示意圖

3.1 管網漏損水平對比分析

通過分析計算可以了解到，上述3種方案均能很好地控制管網漏損水平，相比分區前，管網平均漏損量均有所下降，方案1降低17.2%，方案2降低19.0%，方案3降低15.1%，由此可見，分區后，在平均漏損量控制方面，3種方案基本相同，其中漏損控制效果最佳的為方案2。

3.2 壓力均衡性對比分析

為了解3種分區方案的壓力均衡性，須對分區前、后方案的ΔP2值進行計算分析。分區前ΔP2值為829.85，分區后，方案1的ΔP2值為361.52；方案2的ΔP2值為272.92；方案3的ΔP2值為129.97。據相關研究表明，ΔP2值越小，壓力均衡性越好。由此可知，在管網壓力分布均衡性方面，3種分區方案效果最好的為方案3，按照由好到次的順序劃分，均衡性控制效果依次為方案3>方案2>方案1。

3.3 分區費用對比分析

本供水管網分區項目采取等額資金回收法進行分區費用計算，其中方案1分區費用為6.66萬元/年，方案2分區費用為6.24萬元/年，方案3分區費用為7.82萬元/年。

通過上述分析，在3種方案中，漏損控制效果最好的為方案2，壓力分布均衡性最好的為方案3，分區費用最低的為方案2，經綜合考慮，可得出方案2為最優分區方案。

4 結語

城市建設離不開供水系統，完善供水管網系統對美化城市、塑造城市形象具有重要意義。城市供水管網分區供水技術的應用，可以有效監控管網漏損情況，大幅減小產銷差率，完善城市供水系統，推進城市化建設事業可持續發展。