漏損控制系統在供水管網漏損控制工作中的應用

苑忠堂， 李俊江， 尹學銳， 阮 軍， 劉 鍇， 鄂 劍

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

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

《水污染防治行動計劃》中明確規定，到2020年，全國公共供水管網漏損率控制在10%以內。住房和城鄉建設部、國家發展改革委《關于加強公共供水管網漏損控制的通知》中指出：到2025年，全國城市公共供水管網漏損率力爭控制在9%以內。華北某市水務公司根據實際情況，積極引進新技術，建設漏損控制系統，應用實踐結果表明該系統在漏損控制工作當中發揮了重要的指導作用，漏損控制工作積累了寶貴經驗。

1 供水現狀

華北地區某水務公司供水服務面積約97 km2，服務范圍內共有59個小區7.3萬戶居民及0.32萬戶非居用戶，現有水處理廠1座，占地面積140 000 m2，設計日處理能力80 000 m3/d。供水管網總長度為940 km，其中供水主干網106 km，支線和庭院管網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。

該水務公司近3年的產銷差見表1，其供水管網中各種材質的管道占比如下：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 某水務公司2019—2021年的產銷差Tab.1 The NRW of a water company from 2019 to 2021 104 m3

2 供水管網漏損原因分析

從生產經營全方位分析得出，產銷差絕大部分來自供水管網漏損，包括管網及設施中的物理漏損、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、建設時歷史遺留缺陷；計量漏損表現在水表配徑不合理、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；管理漏損體現在抄表員工作質量、水表安裝質量、日常管網養護管理、管網建設用水管理缺失、在線計量器具管理、水表定期未檢定、公共用水管理缺失、管網管理缺失、違章用水等方面。

3 漏損控制系統的應用

基于上述分析，控制管網漏損不僅需要加強管網系統本身的安全性，還需要提高相關部門的監督管理水平。目前，亟需解決的問題是降低現有管網漏損率。根據歷史經驗，傳統漏損控制手段效果并不理想，需要借助先進技術手段，實現漏損控制目標。

對此，該水務公司以“三供一業”移交改造為契機，完成硬件設施基礎建設，利用先進的數據傳輸、信息化等技術手段，建立了漏損控制系統。與生產實際結合進行磨合應用，實現漏點最小化。漏損控制系統可以展示供水管網各分區的情況，建立各個級別的分區漏損實時監測和預警，并對各個分區進行在線漏損指標分析計算和匯總，根據漏損分析確定重點排查區域，為漏損控制工作提供數據支持。確定重點排查區域后，采用專用檢漏設備確定實際漏點位置，根據漏點實際情況確定施工維修方案。漏點排除后，利用漏損控制系統在線監測漏點所在區域施工維修前后漏損指標并分析數據變化，據此判斷漏損控制工作效果。

漏損控制系統能夠實現供水各分區的計量數據統一管理(數據實時采集、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運行和最小夜間流量進行分析，依靠漏損控制系統實現漏損在線監測常態化，保障供水管網系統安全穩定運行。

3.1 區塊獨立計量

該水務公司供水管網現有供水專線共6條，承擔著水量分配的任務，各供水專線關聯若干配水間或流量計，根據用戶用水需求，通過配水支管送到用戶端。根據供水管網東西部結構，設置8個流量監測點(安裝了8臺電磁流量計)，設置16個壓力監測點和2個水質監測點，安裝了100具區域考核表，更換完成94%居民結算表73 378具，100%非居結算表3 942具，并與7家表商數據進行對接，用10個月時間完成了遠傳計量表具的基礎建設任務。

根據管網拓撲結構，梳理供水專線、配水間、居民和非居用戶水表等關聯關系，并結合DBS分區理念[1-3]，從經濟和施工、管理、成本等角度考慮，并根據地勢高程、行政區域劃分、營銷服務范圍、市政道路、河流等特性，將復雜的供水管網系統劃分為數量不等的相對獨立的供水區塊，最終達到各區塊水量獨立計量。將供水管網劃分成1個一級分區、9個二級分區、91個三級分區，見圖1。2020年10月至12月，根據現場實際情況，調整了1.6萬具表計的拓撲關系，編制完成了分區計量供水思維導圖，建立了分公司三級分區計量管理結構，實現區塊水量獨立計量。

圖1 供水管網分區展示Fig.1 Display of water supply network zoning

3.2 管網漏損分析

為加強城鎮供水管網漏損控制管理，節約水資源，提高管網管理水平和供水安全保障能力，住房和城鄉建設部于2016年發布了《城鎮供水管網漏損控制及評定標準》(CJJ 92—2016)，其中規定了水量平衡各部分組成、漏損率計算公式，據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。

按月份對各分區進行水量平衡分析，展示各分區供水量、注冊用戶用水量、漏損水量數據，以動態形式循環播放最近6個月的水量平衡分析結果，見圖2。

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

按月份統計各小區供水量、售水量(指注冊用戶用水量)、產銷差等數據，展示小區內居民、非居表具數量。產銷差數據的變化趨勢見圖3。

圖3 各分區產銷差展示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，已經被廣泛應用。為了達到預期效果，首先需要確保監測到的夜間最小流量數據的準確性，目前已能通過采用高質量采集設備及數據傳輸設備保證。其次，需要制定合理的數據應用方法，即如何科學合理地分析監測到的夜間最小流量。有關研究中列舉了多種數據應用方法，包括：通過夜間最小流量占比來判斷漏損的嚴重程度[4]；通過監測夜間最小流量估計每戶夜間最小流量數值，再根據用戶規模得到判斷漏損情況的依據，將實測數據和判斷依據進行對比，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，漏損系統采用最近30 d實時數據的平均值、最值作為觸發預警的閾值，作為判斷異常事件的初步判斷依據。如果檢測到預警事件，再通過客服接收的相同時段內用戶反饋情況、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，為下一步的現場排查工作提供數據支持。

基于夜間最小流量監測數據，判斷一個周期內(24 h)最小流量出現在夜間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，設置預警閾值。在夜間最小流量數據基礎上，進一步分析對應時刻的漏損率，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 應用案例分析

3.3.1全面分析評估治理系統漏損

生產調度中心每天分析流量、壓力、水質和大用戶水量等重要參數，積累數據評估并確定各個分區的漏損水平。評估各分區供水拓撲關系，分析每個時段的供售水情況，確定漏水區域后派發工單，利用供水稽查、夜間關閥、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日至今派發內部管理工單162單，夜間查漏41個小區，分段關停閥門330余次，翻查各類井室4 000余個，稽查795戶，共完成46個分區的漏損治理工作。發現并處理漏點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及時統計分析發現系統新增漏損

生產調度中心派專人負責監控每天水量、水壓和水質情況，每天編制生產報表，每日環比產差量、產差率和夜間最小流量等關鍵數據，發現問題及時組織相關人員進行分析，確定問題原因，制定實施方案并監督落實。

3.3.3采取有效措施控制系統存量漏損

設置巡查點位3 850個，覆蓋供水區域內全部管網及附屬設施。每日派發巡檢工作單，由專人進行巡檢。2021年1—10月，派發巡檢工單980件，發現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的情況，結合外管網無加壓泵站的實際情況，多次研究分析16個管網壓力點每天的監控數據(見圖7)，依據“高峰不低、低峰不高”的原則，在現有設備調控有局限制約的條件下，制定了分時段外供水調壓運行方案。每天晚上調壓運行，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 分時段外供水調壓運行壓力監測結果Fig.7 Pressure data of external water supply pressure regulation operation by time period

4 結論

漏損控制系統的應用大幅度提高了管理效率，加快了相關部門的反應速度，提高了服務質量，降低了管網漏損率，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，實現了漏損控制工作的預期目標。