苑忠堂， 李俊江， 尹學(xué)銳， 阮 軍， 劉 鍇， 鄂 劍

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

在城鎮(zhèn)發(fā)展過程中，存在部分供水管網(wǎng)老化、超負(fù)荷運(yùn)行等情況，加上缺乏必要的更新改造、技術(shù)手段投入有限、監(jiān)管不到位等多方面因素，導(dǎo)致部分供水管網(wǎng)跑冒滴漏現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成管網(wǎng)漏失率加大，進(jìn)而給城鎮(zhèn)安全供水帶來不利影響。如何有效控制管網(wǎng)漏損率，提高城鎮(zhèn)供水效率，已成為亟需解決的問題之一。

《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》中明確規(guī)定，到2020年，全國公共供水管網(wǎng)漏損率控制在10%以內(nèi)。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部、國家發(fā)展改革委《關(guān)于加強(qiáng)公共供水管網(wǎng)漏損控制的通知》中指出：到2025年，全國城市公共供水管網(wǎng)漏損率力爭(zhēng)控制在9%以內(nèi)。華北某市水務(wù)公司根據(jù)實(shí)際情況，積極引進(jìn)新技術(shù)，建設(shè)漏損控制系統(tǒng)，應(yīng)用實(shí)踐結(jié)果表明該系統(tǒng)在漏損控制工作當(dāng)中發(fā)揮了重要的指導(dǎo)作用，漏損控制工作積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。

1 供水現(xiàn)狀

華北地區(qū)某水務(wù)公司供水服務(wù)面積約97 km2，服務(wù)范圍內(nèi)共有59個(gè)小區(qū)7.3萬戶居民及0.32萬戶非居用戶，現(xiàn)有水處理廠1座，占地面積140 000 m2，設(shè)計(jì)日處理能力80 000 m3/d。供水管網(wǎng)總長度為940 km，其中供水主干網(wǎng)106 km，支線和庭院管網(wǎng)834 km，有配水間87座、控制閥池2 074個(gè)、水表間22個(gè)、表井775個(gè)、消火栓1 114個(gè)、二供泵房12處。

該水務(wù)公司近3年的產(chǎn)銷差見表1，其供水管網(wǎng)中各種材質(zhì)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(fù)合管，0.32%；PCCP管，0.02%。

表1 某水務(wù)公司2019—2021年的產(chǎn)銷差Tab.1 The NRW of a water company from 2019 to 2021 104 m3

2 供水管網(wǎng)漏損原因分析

從生產(chǎn)經(jīng)營全方位分析得出，產(chǎn)銷差絕大部分來自供水管網(wǎng)漏損，包括管網(wǎng)及設(shè)施中的物理漏損、供水過程中的計(jì)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(wǎng)排放口、蓄水池、閥門、泵房、水表器具連接處、第三方損害導(dǎo)致、建設(shè)時(shí)歷史遺留缺陷；計(jì)量漏損表現(xiàn)在水表配徑不合理、水表選型不當(dāng)、外力沖擊損壞計(jì)量器具、水表故障、極端天氣水表失效、特殊用戶或不當(dāng)用水計(jì)量失準(zhǔn)失計(jì)、無計(jì)量用水、表位不當(dāng)；管理漏損體現(xiàn)在抄表員工作質(zhì)量、水表安裝質(zhì)量、日常管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理、管網(wǎng)建設(shè)用水管理缺失、在線計(jì)量器具管理、水表定期未檢定、公共用水管理缺失、管網(wǎng)管理缺失、違章用水等方面。

3 漏損控制系統(tǒng)的應(yīng)用

基于上述分析，控制管網(wǎng)漏損不僅需要加強(qiáng)管網(wǎng)系統(tǒng)本身的安全性，還需要提高相關(guān)部門的監(jiān)督管理水平。目前，亟需解決的問題是降低現(xiàn)有管網(wǎng)漏損率。根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)，傳統(tǒng)漏損控制手段效果并不理想，需要借助先進(jìn)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)漏損控制目標(biāo)。

對(duì)此，該水務(wù)公司以“三供一業(yè)”移交改造為契機(jī)，完成硬件設(shè)施基礎(chǔ)建設(shè)，利用先進(jìn)的數(shù)據(jù)傳輸、信息化等技術(shù)手段，建立了漏損控制系統(tǒng)。與生產(chǎn)實(shí)際結(jié)合進(jìn)行磨合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)漏點(diǎn)最小化。漏損控制系統(tǒng)可以展示供水管網(wǎng)各分區(qū)的情況，建立各個(gè)級(jí)別的分區(qū)漏損實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和預(yù)警，并對(duì)各個(gè)分區(qū)進(jìn)行在線漏損指標(biāo)分析計(jì)算和匯總，根據(jù)漏損分析確定重點(diǎn)排查區(qū)域，為漏損控制工作提供數(shù)據(jù)支持。確定重點(diǎn)排查區(qū)域后，采用專用檢漏設(shè)備確定實(shí)際漏點(diǎn)位置，根據(jù)漏點(diǎn)實(shí)際情況確定施工維修方案。漏點(diǎn)排除后，利用漏損控制系統(tǒng)在線監(jiān)測(cè)漏點(diǎn)所在區(qū)域施工維修前后漏損指標(biāo)并分析數(shù)據(jù)變化，據(jù)此判斷漏損控制工作效果。

漏損控制系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)供水各分區(qū)的計(jì)量數(shù)據(jù)統(tǒng)一管理(數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集、存儲(chǔ)、綜合展示、計(jì)算分析、預(yù)警)，能夠生成漏損率考核分析報(bào)表。同時(shí)，平臺(tái)能夠進(jìn)一步對(duì)管網(wǎng)運(yùn)行和最小夜間流量進(jìn)行分析，依靠漏損控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)漏損在線監(jiān)測(cè)常態(tài)化，保障供水管網(wǎng)系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3.1 區(qū)塊獨(dú)立計(jì)量

該水務(wù)公司供水管網(wǎng)現(xiàn)有供水專線共6條，承擔(dān)著水量分配的任務(wù)，各供水專線關(guān)聯(lián)若干配水間或流量計(jì)，根據(jù)用戶用水需求，通過配水支管送到用戶端。根據(jù)供水管網(wǎng)東西部結(jié)構(gòu)，設(shè)置8個(gè)流量監(jiān)測(cè)點(diǎn)(安裝了8臺(tái)電磁流量計(jì))，設(shè)置16個(gè)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)和2個(gè)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，安裝了100具區(qū)域考核表，更換完成94%居民結(jié)算表73 378具，100%非居結(jié)算表3 942具，并與7家表商數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)接，用10個(gè)月時(shí)間完成了遠(yuǎn)傳計(jì)量表具的基礎(chǔ)建設(shè)任務(wù)。

根據(jù)管網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，梳理供水專線、配水間、居民和非居用戶水表等關(guān)聯(lián)關(guān)系，并結(jié)合DBS分區(qū)理念[1-3]，從經(jīng)濟(jì)和施工、管理、成本等角度考慮，并根據(jù)地勢(shì)高程、行政區(qū)域劃分、營銷服務(wù)范圍、市政道路、河流等特性，將復(fù)雜的供水管網(wǎng)系統(tǒng)劃分為數(shù)量不等的相對(duì)獨(dú)立的供水區(qū)塊，最終達(dá)到各區(qū)塊水量獨(dú)立計(jì)量。將供水管網(wǎng)劃分成1個(gè)一級(jí)分區(qū)、9個(gè)二級(jí)分區(qū)、91個(gè)三級(jí)分區(qū)，見圖1。2020年10月至12月，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，調(diào)整了1.6萬具表計(jì)的拓?fù)潢P(guān)系，編制完成了分區(qū)計(jì)量供水思維導(dǎo)圖，建立了分公司三級(jí)分區(qū)計(jì)量管理結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)區(qū)塊水量獨(dú)立計(jì)量。

圖1 供水管網(wǎng)分區(qū)展示Fig.1 Display of water supply network zoning

3.2 管網(wǎng)漏損分析

為加強(qiáng)城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制管理，節(jié)約水資源，提高管網(wǎng)管理水平和供水安全保障能力，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2016年發(fā)布了《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 92—2016)，其中規(guī)定了水量平衡各部分組成、漏損率計(jì)算公式，據(jù)此進(jìn)行漏損指標(biāo)分析。

漏損率計(jì)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(cè)用戶用水量，104m3。

按月份對(duì)各分區(qū)進(jìn)行水量平衡分析，展示各分區(qū)供水量、注冊(cè)用戶用水量、漏損水量數(shù)據(jù)，以動(dòng)態(tài)形式循環(huán)播放最近6個(gè)月的水量平衡分析結(jié)果，見圖2。

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

按月份統(tǒng)計(jì)各小區(qū)供水量、售水量(指注冊(cè)用戶用水量)、產(chǎn)銷差等數(shù)據(jù)，展示小區(qū)內(nèi)居民、非居表具數(shù)量。產(chǎn)銷差數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)見圖3。

圖3 各分區(qū)產(chǎn)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(jīng)被廣泛應(yīng)用。為了達(dá)到預(yù)期效果，首先需要確保監(jiān)測(cè)到的夜間最小流量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，目前已能通過采用高質(zhì)量采集設(shè)備及數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備保證。其次，需要制定合理的數(shù)據(jù)應(yīng)用方法，即如何科學(xué)合理地分析監(jiān)測(cè)到的夜間最小流量。有關(guān)研究中列舉了多種數(shù)據(jù)應(yīng)用方法，包括：通過夜間最小流量占比來判斷漏損的嚴(yán)重程度[4]；通過監(jiān)測(cè)夜間最小流量估計(jì)每戶夜間最小流量數(shù)值，再根據(jù)用戶規(guī)模得到判斷漏損情況的依據(jù)，將實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和判斷依據(jù)進(jìn)行對(duì)比，來指導(dǎo)漏損控制工作[5]。上述方法在漏損控制工作中發(fā)揮了一定指導(dǎo)作用，仍有不足之處，用戶用水量雖然具有一定規(guī)律性，但實(shí)際用水情況受到多種因素影響而時(shí)刻變化。所以，漏損系統(tǒng)采用最近30 d實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的平均值、最值作為觸發(fā)預(yù)警的閾值，作為判斷異常事件的初步判斷依據(jù)。如果檢測(cè)到預(yù)警事件，再通過客服接收的相同時(shí)段內(nèi)用戶反饋情況、巡檢人員巡檢記錄等多方核實(shí)，確認(rèn)預(yù)警事件是否為異常事件，為下一步的現(xiàn)場(chǎng)排查工作提供數(shù)據(jù)支持。

基于夜間最小流量監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，判斷一個(gè)周期內(nèi)(24 h)最小流量出現(xiàn)在夜間2：00—4：00。計(jì)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(shè)置預(yù)警閾值。在夜間最小流量數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，進(jìn)一步分析對(duì)應(yīng)時(shí)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(yīng)用案例分析

3.3.1全面分析評(píng)估治理系統(tǒng)漏損

生產(chǎn)調(diào)度中心每天分析流量、壓力、水質(zhì)和大用戶水量等重要參數(shù)，積累數(shù)據(jù)評(píng)估并確定各個(gè)分區(qū)的漏損水平。評(píng)估各分區(qū)供水拓?fù)潢P(guān)系，分析每個(gè)時(shí)段的供售水情況，確定漏水區(qū)域后派發(fā)工單，利用供水稽查、夜間關(guān)閥、檢查雨污水井以及分段開挖等手段查找漏點(diǎn)(見圖5)，逐步降低管網(wǎng)漏損率。

圖5 漏點(diǎn)查找Fig.5 Search of leak points

開展漏損治理專項(xiàng)工作，見圖6。2021年1月28日至今派發(fā)內(nèi)部管理工單162單，夜間查漏41個(gè)小區(qū)，分段關(guān)停閥門330余次，翻查各類井室4 000余個(gè)，稽查795戶，共完成46個(gè)分區(qū)的漏損治理工作。發(fā)現(xiàn)并處理漏點(diǎn)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(xiàng)治理Fig.6 Refined management of leakage and damage

3.3.2及時(shí)統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)新增漏損

生產(chǎn)調(diào)度中心派專人負(fù)責(zé)監(jiān)控每天水量、水壓和水質(zhì)情況，每天編制生產(chǎn)報(bào)表，每日環(huán)比產(chǎn)差量、產(chǎn)差率和夜間最小流量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)組織相關(guān)人員進(jìn)行分析，確定問題原因，制定實(shí)施方案并監(jiān)督落實(shí)。

3.3.3采取有效措施控制系統(tǒng)存量漏損

設(shè)置巡查點(diǎn)位3 850個(gè)，覆蓋供水區(qū)域內(nèi)全部管網(wǎng)及附屬設(shè)施。每日派發(fā)巡檢工作單，由專人進(jìn)行巡檢。2021年1—10月，派發(fā)巡檢工單980件，發(fā)現(xiàn)并及時(shí)處置管線漏水、占?jí)骸㈤y池破損等事件162次。

為了配合該市即將投運(yùn)的新建水廠，針對(duì)老水廠工藝系統(tǒng)的情況，結(jié)合外管網(wǎng)無加壓泵站的實(shí)際情況，多次研究分析16個(gè)管網(wǎng)壓力點(diǎn)每天的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)(見圖7)，依據(jù)“高峰不低、低峰不高”的原則，在現(xiàn)有設(shè)備調(diào)控有局限制約的條件下，制定了分時(shí)段外供水調(diào)壓運(yùn)行方案。每天晚上調(diào)壓運(yùn)行，通過3個(gè)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(shí)段外供水調(diào)壓運(yùn)行壓力監(jiān)測(cè)結(jié)果Fig.7 Pressure data of external water supply pressure regulation operation by time period

4 結(jié)論

漏損控制系統(tǒng)的應(yīng)用大幅度提高了管理效率，加快了相關(guān)部門的反應(yīng)速度，提高了服務(wù)質(zhì)量，降低了管網(wǎng)漏損率，減少了水資源浪費(fèi)。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(shí)現(xiàn)了漏損控制工作的預(yù)期目標(biāo)。