基于NB-IOT 和DMA 技術相結合的市政管網漏損控制分析

陳 欣

（福州市自來水有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

城市供水管網受管道材質、施工質量及地面動荷載等因素影響，不可避免地將產生物理漏損，且隨著供水設施的老化日益加重。這不僅損害供水企業的經濟效益，造成資源浪費，同時嚴重影響供水服務質量。2015 年4 月，由國務院發布的《水污染防治行動計劃》中明確規定，到2017 年，全國公共供水管網漏損率控制在12%以內；到2020 年，控制在10%以內。漏損治理已經成為城市供水工作中一項重要的課題。

傳統的市政管網漏損治理采用逐條管道定期人工檢漏的方法，工作效率低且難度大。近年來，網格化管理的理念在供水行業被廣為接受。同時，技術的革新也給供水行業帶來了全新的前景，NBIOT（窄帶物聯網）技術的廣泛應用，實現了管網的實時監測，實踐證明成效顯著。

1 NB-IOT 技術應用概況和DMA 分區法簡介

1.1 NB-IOT 技術應用概況

2016 年國內首個窄帶物聯網（NB-IOT）商用的項目——福州市城市供水漏損治理合同節水管理項目在福州市倉山區落地。NB-IOT 具備覆蓋面強、功耗低、超大連接等特征，該技術應用于市政管網、小區管網流量壓力監測，實現了監測數據實時采集，終端數據經IOT 平臺與漏損治理平臺進行數據交互，為后續分析、應用提供堅實的技術支持。

1.2 DMA(獨立計量分區)分區法簡介

DMA 分區法將龐大、復雜的供水管網分割成許多個獨立計量的供水區域或小區，并安裝流量儀表進行測量累計流量、夜間最小流量，以此來分析和評估這個區域的泄漏水平和產銷差的方法，常用的有以下兩種判斷方法。

1.2.1 夜間最小流量百分比判斷法

夜間最小流量（MNF）/日平均小時流量可真實地描述管網的物理漏水率。DMA 檢測前，最好能夠檢測DMA 檢測的難易程度，以方便提高工作效率和速度，同時也為分配任務，考核檢漏人員技術水平提供可靠依據。

評估檢測難易程度通常通過分析夜間最小流量百分比和管網復雜程度來判斷，評估依據：當夜間最小流量百分比≤35%，說明DMA區域輕微泄漏，無大漏；當夜間最小流量百分比≥45%，說明DMA 區域泄漏嚴重，有大漏。數據分析可以為檢漏人員指明方向，使其有足夠的目標開展工作，同時為管理、評價檢漏工作質量提供依據。

1.2.2 戶均夜間流判斷法

當MNF≤1 升/戶/小時，無需檢漏；當10 升/戶/小時≤MNF≤20升/戶/小時，則需開展檢漏工作；當MNF≥20 升/戶/小時，應首先對給水干管查漏，再開展配水支管的檢漏工作；當任意一個DMA 區域內夜間最小流量突變時，都要及時采取檢漏排查措施。

2 牛眠山供水區域治理過程及成效

2.1 牛眠山供水區域概況

牛眠山供水區域位于倉山區中心，占地約12 萬m2，DN100 及以上市政管網長1176m。區域內主要為住宅小區及城中村居民用戶，初步統計約1481 戶。該區域為雙路進水。利用關閉邊界閥門的辦法將其切換為單路DN300 水源，利用一臺DN300 邊界流量計實現整個供水區域的供水流量監控，流量計數據利用NB-IOT 技術實時采集，定時傳輸至漏損治理平臺用于監控分析。

2.2 利用DMA 分區數據分析區域泄漏水平

漏損平臺記錄該區域2018 年10 月供水情況，根據平臺數據展開如下分析：

分析一：2018 年10 月該區域夜間最小流量（MNF）約為55t/h。以2018 年10 月4 日數據測算，該區域日供水量為1822t，日平均小時流量78t。夜間最小流量/日均供水量=70.5%，夜間最小流量百分比大于45%，可判斷該DMA 區域泄漏水平較高。

分析二：根據初步統計的區域內用戶1481 戶，該區域夜間流量37.1 升/戶/小時，數據顯示該區域泄漏水平高。

2.3 牛眠山供水區域治理過程

根據以上分析結果，判定該區域泄漏水平高，隨即對該區域開展漏損治理工作。

首先對該區域開展人工檢漏排查，由于該區域涉及城中村，管線情況復雜，檢漏排查未見明顯效果。

接著采用支管閉水分析法進一步縮小排查范圍。對現界定的供水邊界區域分段進行閉水試驗，據前期現場管網排查結果羅列5 個支管閥門，制定分部閉閥方案，分步關閉閥門1 至閥門5，觀察流量計瞬時流量變化值，縮小排查范圍。支管閉閥示意圖見圖1。

為了最大限度減小用戶用水干擾，閉水時間宜選取用水低峰期，首選凌晨時段，其次為午間1 點至3 點。此次閉水試驗時間為2018年11 月26 日中午1 時。

圖1 支管閉閥示意圖

閉水試驗結果如下：

關閉閥門1 后，瞬時流量下降至7.8t/h；關閉閥門2、3 后，瞬時流量下降至7.6t/h；關閉閥門4 后，瞬時流量下降至6.2t/h；閥門5 為常閉狀態。根據對支管用戶對應關系的梳理，這幾條支路上無大的泄漏點。

試驗結果判定異常流量出現在牛眠山巷供水區給水主管道，采用人工檢漏法進行排查，未檢出漏點。

同時沿河道觀察管線情況，在南側區域過河管道處發現不明管線（GIS 無資料）往河道滲漏，在該管線處加裝閥門，并關閥，無用戶投訴，判定是廢棄管道未斷堵，關閥后，牛眠山巷供水區域的夜間最小流量由50t/h 大幅下降至24.7t/h，測算此次治理漏量16000t/月。

2.4 持續治理及控制效果

2.4.1 治理前后效果對比

對比牛眠山巷供水片區治理前后情況，區域產銷差率大幅下降，日漏損量由700t 左右下降至200t 左右，效果顯著，治理對比見圖2、表1。

圖2 治理前后日供水曲線對比圖

表1 治理前后產銷差對比

2.4.2 后續成果跟蹤

基于NB-IOT 結合DMA 技術對該供水片區持續一年的數據監測，自2020 年7 月至2021 年6 月，片區供水量364812t，注冊用戶用水量為317871t，年產銷差率為12.87%。2021 年7 月14～21 日，平臺監測該供水片區的夜間最小流量為19t/h 左右，由數據分析可知，牛眠山巷片區供水管網漏控策略是有效的，值得其它供水片區借鑒。

3 漏損治理經驗總結及建議措施

3.1 市政管網漏損控制步驟

（1）建立DMA 分區。根據DMA 的建立原則建立分區，調查分區的概況：區域大小、用戶分布情況、管網分布情況。

（2）測算泄漏水平。基于NB-IOT 結合DMA 分區概況，利用漏損平臺上的數據測算分區的泄露水平。通常采用夜間最小流量百分比判斷法或戶均夜間流量判斷法。

（3）查閱管網資料。通過查閱GIS 資料，摸清區域內管網分布情況及主管道、支管閥門分布情況，給檢漏工作和后續閉水方案提供基礎信息。

（4）制定治理方案并實施。一般首先采用人工檢漏的方法進行整體篩查，若人工檢漏效果不明顯，則考慮采用支管閉閥法進一步縮小治理區域。

3.2 市政管網漏損控制經驗總結

3.2.1 健全管網資料是控漏的基礎

在本文案例中，最終的漏點位于一條不明管線，往河道內滲漏。因GIS 無該管線資料，最終因河道水位下降才發現問題，存在一定的偶然性。若前期管網資料健全，則可避免這一問題。供水企業應充分重視管網資料的收集，健全和完善管網資料。

3.2.2 精準控漏是未來趨勢

隨著大數據、NB-IOT 技術等新一代信息技術的發展和普及，智慧管理勢在必行。通過DMA 分區管理手段，可以快捷獲取區域內的供水情況。當產銷差降低到15%甚至更低水平，只有采用數據指導精準控漏的方式才有所突破，供水企業必須正視和迎接這一趨勢。

3.2.3 多管齊下是控漏的關鍵

人工檢漏受到管道漏量大小、漏點朝向、管網埋深以及土質等影響。本文案例中的過河管道，由于受到水流聲影響，給檢漏工作帶來極大困難。加之管網往河道中泄露，更加難以發現。因此，在實際的治理過程中，應避免“檢漏無果則無漏”的觀念陷阱，根據數據分析結果加強排查，尋找蛛絲馬跡。

4 結束語

綜上所述，基于NB-IOT 和DMA 技術相結合的市政管網漏損控制方法進行治理，牛眠山DMA 分區治理成效顯著，產銷差大幅下降，月節約水量約16000t。實踐證明該方法是一種有效的、科學的方法，可推廣應用。在智慧水務的大背景下，先進的技術手段已被充分應用在實際生產中，其中NB-IOT 技術為我們提供的管網監測數據就像我們的眼睛，幫助我們精準控漏并輔助我們尋找解決方案。以數據為切入點，不僅可以提高控漏工作效率，也是供水企業管網管理的必然趨勢。