袁 君，王 瑞，笪躍武

(無錫市水務集團有限公司，江蘇無錫 214031)

分區(qū)計量管理是指將整個城鎮(zhèn)公共供水管網(wǎng)劃分成若干個供水區(qū)域，進行流量、壓力、水質(zhì)和漏點監(jiān)測，實現(xiàn)供水管網(wǎng)漏損分區(qū)量化及有效控制的精細化管理模式[1]。國外在分區(qū)計量管理方面起步較早，取得了不錯的漏損控制效果；國內(nèi)在紹興、天津、北京、常州等地也取得了一些成效。作為漏損控制的有效管理手段，分區(qū)計量管理正積極地在供水行業(yè)內(nèi)進行推廣。

W市在幾年前開展了分區(qū)計量的試點工作，對降低漏損率起到了一定的積極作用，但試點分區(qū)覆蓋面不大(總水量占比35%)，大多集中在管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)簡單的周邊鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域，對指導全市漏損控制及重點檢漏區(qū)域的力度不夠。為全面系統(tǒng)地進行分區(qū)計量工作，W市對整個供水管網(wǎng)進行了系統(tǒng)的分區(qū)計量規(guī)劃，結(jié)合實際情況采用自上而下與自下而上兩者相結(jié)合的路線。

紹興水司在分區(qū)計量管理方面有成功的經(jīng)驗，但紹興的區(qū)域面積相對較小且擁有高度完整準確的管線資料[2]，W市受限于供水區(qū)域大、地下管網(wǎng)的隱蔽性、復雜性及管理技術(shù)水平，一級分區(qū)的建立較為曲折。對此，本文結(jié)合已有實踐，提出了一級分區(qū)在拓撲結(jié)構(gòu)與計量管理兩方面的完善措施，以確保后續(xù)考核管理等工作的開展。

1 一級分區(qū)建立

1.1 一級分區(qū)的規(guī)劃

以供水管網(wǎng)地理信息(GIS)系統(tǒng)資料為基礎(chǔ)，根據(jù)已有分公司數(shù)量及其相應的管轄范圍，利用供水區(qū)域內(nèi)的運河、溪流等天然屏障或鐵路、快速路等重要設施，實現(xiàn)W市供水6個一級分區(qū)計量區(qū)域的劃分，如圖1所示。一級分區(qū)劃分中，為了維持供水系統(tǒng)的靈活調(diào)度，盡可能不關(guān)閉閥門，以安裝流量儀為主。

圖1 W市一級分區(qū)劃分示意圖Fig.1 Schematic Diagram of the First-Level Zones in W City

1.2 一級分區(qū)的建立

對規(guī)劃需要加裝流量監(jiān)測點處，進行現(xiàn)場環(huán)境狀況查看，判斷施工安裝的可行性，如管道狀況(直管段、材質(zhì)、空間大小等)、供電狀況(市電、鋰電池、太陽能等)、施工難度大小等。同時考慮壓力、水質(zhì)監(jiān)測等管網(wǎng)其他附屬硬件設施同步安裝的必要性，選定流量儀型號并進行流量儀及相關(guān)硬件設施的安裝、調(diào)試和驗收等工作。利用分區(qū)計量管理軟件進行一級分區(qū)算法的編輯，統(tǒng)計時、日、月等的供水水量，通過其同營收相關(guān)水量的比對分析，統(tǒng)計分區(qū)的漏損水量、產(chǎn)銷差等指標。

2 拓撲結(jié)構(gòu)完善

一級分區(qū)的運行數(shù)據(jù)是定量考核管理等后續(xù)工作的基礎(chǔ)，其可信度和可靠性至關(guān)重要。在管理中，除結(jié)合管網(wǎng)的建設、更新、廢管等日常工作的開展進行一級分區(qū)拓撲結(jié)構(gòu)動態(tài)維護外，還應對其閉合性進行持續(xù)判斷與驗證，確保分區(qū)邊界劃分清晰。實踐中，由于一級分區(qū)覆蓋區(qū)域廣泛，不能輕易停水，即便停水需同時操作的閥門數(shù)量也較多，不具備可操作性，所以不能仿照可計量分區(qū)(DMA)的零壓測試來檢驗一級分區(qū)的閉合性。根據(jù)已有實踐，提出以下幾種方案。

2.1 一級分區(qū)數(shù)據(jù)穩(wěn)定可靠性

一般而言，一級分區(qū)的范圍基本上是對應一個分公司管轄區(qū)域，如果區(qū)域范圍內(nèi)不發(fā)生大的停水等意外事件，其分區(qū)的供水量時變化曲線以及日供水量變化趨勢應同總公司一致。一級分區(qū)建立初期，可通過分區(qū)形態(tài)特征、日供水量變化趨勢、日供水量占比等指標來判定分區(qū)的可靠性。以W市供水A、B兩個一級分區(qū)為例，其日供水量與占比情況如圖2所示。A、B兩個分區(qū)日供水量占總?cè)展┧康谋壤竞愣?，分區(qū)運行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定從側(cè)面驗證不閉合可能性較小。

圖2 A、B一級分區(qū)日供水量及其占比Fig.2 Daily Water Supply and Corresponding Proportion of A and B Zones

對一級分區(qū)供水量大小可靠性的判定，初期可將其同營收水量進行比對，相對直觀。營收水量受抄收周期等因素的影響，波動較大，建議采用營收水量占比這一指標進行比對。為避免各個分公司因抄收周期設置不一致造成的影響，建議選用上一年度分區(qū)的營收水量占比進行參考比較。

一級分區(qū)供水量由一級分區(qū)流量儀經(jīng)確定的算法實時獲取，日供水量占比、月供水量占比均可求得。圖3是W市供水6個一級分區(qū)(以A～F表示)實施初期分區(qū)月供水量占比同上一年度營收水量占比之間的比較。

圖3 各分區(qū)月供水量占比同上年度營收水量占比的比較Fig.3 Comparison between the Proportion of Monthly Water Supply and the Proportion of Revenue in Previous Year in Each Zone

由圖3可知，分區(qū)的月供水量占比同上一年度營收水量占比基本接近，絕對偏差在±5%之內(nèi)，可以初步判斷，一級分區(qū)的閉合性不存在較大偏差，數(shù)據(jù)較為可信。如果上述兩種占比偏差過大，則需考慮是否存在不閉合區(qū)域，需要重新結(jié)合GIS以及現(xiàn)場管路進行梳理與排查。

2.2 非正常管網(wǎng)運行工況下的跟蹤分析

管網(wǎng)實際運行中，由于接管、應急、維修等工作的需要，會處于非正常運行工況，部分管段流速發(fā)生較大變化，甚至反向。此時，安裝在管網(wǎng)中的流量儀可以實時感知這些變化，部分一級分區(qū)流量儀數(shù)值的變化也會比較明顯，偏離正常運行區(qū)間。上述情況下，盡管供水工況改變，但由于未大面積停水，用水習慣等也未改變，如果一級分區(qū)閉合，理論上各個分區(qū)的供水量時變化曲線、日供水量等同正常工況應基本一致；反之，則會出現(xiàn)異常現(xiàn)象，需要進一步排查原因。本文選用實際工作中的1個非正常工況管網(wǎng)運行案例來具體闡述。

一級分區(qū)D的相鄰分區(qū)有3個，一級分區(qū)D同其相鄰的一個分區(qū)C的分界線上的流量儀分布如圖4所示。閥門F所在管道的口徑為DN1200，是D分區(qū)的主要供水通道之一，因管網(wǎng)檢修需要，閥門F需關(guān)閉30 h(圖5中第2 d 9∶00～第3 d 15∶00)，關(guān)閉期間引起了該片區(qū)內(nèi)絕大部分一級分區(qū)流量儀的不同幅度變化。兩分區(qū)分界線上8個流量儀(編號24～31)的流量變化情況(流量取絕對值)及其形成的進入D分區(qū)水量(即8個流量儀的流入流出疊加)情況如圖5所示。C、D分區(qū)時水量形態(tài)特征曲線如圖6所示。

圖4 C、D分區(qū)的分界線上流量儀示意圖Fig.4 Schematic Diagram of Flowmeters on the Boundary Line of C and D Zones

圖5 C、D分區(qū)的分界流量儀運行數(shù)據(jù)Fig.5 Operation Data of Flowmeters on the Boundary Line of C and D Zones

圖6 C、D分區(qū)供水量時變化曲線Fig.6 Water Supply Morphological Characteristic Curve of C and D Zones

由圖5和圖6可知，D片區(qū)主要供水通道之一上閥門F的關(guān)閉，導致其與C片區(qū)的水量分配發(fā)生了較大的改變，其中，由于閥門F關(guān)閉，期間部分地區(qū)低壓供水，水量略有下降[圖6(a)中第2 d下午與第3 d上午高峰時段水量略有下降]，而C片區(qū)無此影響。但兩個分區(qū)的供水量時變化曲線同正常日(第1 d)基本一致。一級分區(qū)反映的數(shù)據(jù)同實際情況能夠較好匹配，說明一級分區(qū)是閉合可信的，且構(gòu)成分區(qū)的各流量儀之間的誤差傳遞也在可以接受的范圍之內(nèi)。

2.3 一級分界線局部排查

在實際實施中，如果一級分區(qū)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常，可通過對一級分區(qū)分界線逐一局部排查的方法對分區(qū)進行完善。具體為：根據(jù)管網(wǎng)GIS資料，對可能存在問題的邊界進行小范圍的分區(qū)構(gòu)建(構(gòu)建的小分區(qū)可以是臨時分區(qū)，也可以是二級甚至小區(qū)級DMA的永久分區(qū))，如圖7所示。如排查無問題，說明此段分界面設置合理；反之，進行實地排查，理清管路關(guān)系，完善并提高管網(wǎng)資料及其準確度，重新構(gòu)建合理的分界。

圖7 包含一級分界線的小范圍分區(qū)構(gòu)建示意圖Fig.7 Schematic Diagram of the Construction of DMA Containing Partial First-Level Divisional Boundary

圖9 流量計運行數(shù)據(jù)與相對誤差Fig.9 Operation Data and Relative Errors of the Flowmeters

3 計量管理優(yōu)化

由于W市供水區(qū)域較大，一級分區(qū)流量儀安裝地點多樣：包括城市道路、人行道、偏遠荒地等，根據(jù)不同的現(xiàn)場環(huán)境狀況，選用不同品牌的管段式或插入式流量儀。在運行管理期間，軟件系統(tǒng)中數(shù)據(jù)異常時有發(fā)生[3-4]，這給一級分區(qū)運行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計工作帶來了不必要的麻煩。為解決這一問題，除有計劃巡檢與適時校驗外，實踐中還從計量管理的角度進行優(yōu)化完善，適當采用冗余的流量計安裝原則進行規(guī)避。

3.1 計量關(guān)系構(gòu)建

隨著不同層級分區(qū)計量的實施推進，結(jié)合管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，部分流量儀間存在著一定的流量關(guān)系。如圖8所示，某一水廠的出廠東線(記為Q)，A-1是一級分區(qū)流量儀，在其與出廠流量儀之間有兩處支管，因二級分區(qū)需求，安裝流量儀B-1和B-2。根據(jù)管網(wǎng)拓撲關(guān)系，出廠東線的流量為流量儀A-1、B-1和B-2流量之和。

圖8 流量計位置示意圖Fig.8 Schematic Diagram of Three Flowmeters’ Location

如圖9所示，上述4處流量的關(guān)系可以在運行中相互校驗，正常工況下出廠流量同A-1、B-1、B-2流量之和的相對誤差應在4%之間，如遇流量儀的異常情況，可以根據(jù)其他運行完好的流量儀進行合理推測，從而確保各項統(tǒng)計數(shù)據(jù)準確及時。

3.2 雙表在線比對

圖10為局部管網(wǎng)及附屬設備的簡圖。在一級分區(qū)流量計A-2的北端建有增壓站，增壓站進口處有一流量計Z，當閥門F關(guān)閉時，流量計A-2與Z就形成了時時在線比對的關(guān)系，兩者的水量與相對誤差如圖11所示，在1%之內(nèi)，能夠互相校驗。

圖10中，閥門F的關(guān)閉對供水的影響不大，且只需通過一個閥門F的動作，即可形成雙表的在線比對。但在更多的實際管網(wǎng)中，閥門的動作會對供水造成影響。因此，當流量計的計量數(shù)據(jù)比較重要且要求不間斷時，可以在同一管道安裝兩處流量計，雙表在線比對，雖產(chǎn)生了一定的硬件冗余，但可保證后續(xù)的運營維護穩(wěn)定，利于分區(qū)計量工作的深入推進。

圖10 局部管網(wǎng)及附屬設備示意圖Fig.10 Schematic Diagram of Local Pipe Networks and Accessory Equipments

圖11 采用雙表時的運行數(shù)據(jù)與相對誤差Fig.11 Operation Data and Relative Errors of Two Flowmeters

4 結(jié)語

一般而言，對供水區(qū)域面積較大、管線基礎(chǔ)資料相對齊全的供水管網(wǎng)采用自上而下與自下而上兩者相結(jié)合的路線進行分區(qū)計量的開展與推進是比較科學合理的。為確保一級分區(qū)的可靠可信，運行中需關(guān)注分區(qū)數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性，跟蹤分析非正常管網(wǎng)運行工況下分區(qū)情況，對存疑處構(gòu)建包含局部一級分界線的小分區(qū)進行排查；在計量管理方面，除有計劃巡檢與適時校驗外，結(jié)合管網(wǎng)拓撲結(jié)構(gòu)，構(gòu)建多表計量關(guān)系，適當采用冗余的流量計安裝進行雙表實時比對，對異常及缺失數(shù)據(jù)進行有根據(jù)的修復，確保數(shù)據(jù)的完整準確。