我國城市供水管網(wǎng)漏損控制技術(shù)發(fā)展與展
城市供水管網(wǎng)安全運(yùn)行是城市建設(shè)和人民生活的基本保障。隨著我國社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快，城市供水管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模日益增長。然而，由于城市供水管網(wǎng)漏失，導(dǎo)致每年損失的水量超過太湖的實際蓄水量，不僅造成了大量優(yōu)質(zhì)水資源的浪費(fèi)、干擾正常生產(chǎn)生活秩序，而且可能帶來供水水質(zhì)風(fēng)險和地下公用設(shè)施損壞等次生危害。因此，對于供水企業(yè)來說，防控由于管網(wǎng)漏損或破損導(dǎo)致的供水事故、水量損失和水質(zhì)風(fēng)險是管網(wǎng)運(yùn)行管理中的重要內(nèi)容。
“十二五”期間，國家高度重視給排水管網(wǎng)建設(shè)，做好管網(wǎng)漏失控制是實現(xiàn)城市節(jié)水降耗、提高水資源利用效率的重要措施。目前，我國供水管網(wǎng)漏損嚴(yán)重，平均管網(wǎng)漏損率約為18%，在部分地區(qū)漏損率高達(dá)35%以上。在城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制方面，與國際先進(jìn)水平相比仍存在較大差距，存在漏損構(gòu)成不清、漏損監(jiān)測與控制效率低的問題，亟需形成適合我國情況的管網(wǎng)漏損綜合監(jiān)測與控制共性關(guān)鍵技術(shù)。基于水平衡分析與分區(qū)管理的管網(wǎng)漏損評價、監(jiān)測與控制技術(shù)，從我國供水管網(wǎng)漏損現(xiàn)狀與管理技術(shù)水平出發(fā)，由定量漏損的水平衡分析方法、綜合漏失監(jiān)測方法和漏失綜合控制方案等多項技術(shù)內(nèi)容組成，形成了基于分區(qū)調(diào)度、區(qū)域控壓、DMA壓力調(diào)控的漏失控制與管理綜合技術(shù)，技術(shù)路線如圖1所示。通過技術(shù)應(yīng)用示范為供水企業(yè)漏損控制提供了技術(shù)支撐和解決方案，在北京市供水管網(wǎng)的應(yīng)用取得了年節(jié)水3000余萬m3的效果，未來有望通過行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的頒布實施與北京的示范作用在全國進(jìn)行推廣應(yīng)用。
1基于水平衡分析與分區(qū)管理的管網(wǎng)漏損評價與監(jiān)測技術(shù)
由于管網(wǎng)深埋于地下，漏失點(diǎn)的監(jiān)測非常困難，對管道破損點(diǎn)的修復(fù)、管網(wǎng)更新、壓力控制等方法的實施造成困難，因此管網(wǎng)漏失的監(jiān)測和控制是目前減少管網(wǎng)漏損的一個重點(diǎn)和難點(diǎn)。管網(wǎng)漏損評價是有效進(jìn)行漏失監(jiān)測和控制的基礎(chǔ)，可以從漏損水量評估、管線漏損狀況評價和管網(wǎng)漏損狀態(tài)評價等不同尺度上進(jìn)行。對漏損水量進(jìn)行定量評估，可以反映管網(wǎng)的整體健康狀況以及企業(yè)的管理水平和用戶的文明水平。而管線或管網(wǎng)漏損狀態(tài)評價，則可以為漏損檢測和管網(wǎng)維護(hù)方案的優(yōu)化提供支持。
1.1適合我國供水管網(wǎng)的水平衡分析方法
我國目前采用漏損率指標(biāo)評價供水管網(wǎng)漏損，雖然規(guī)定了漏損率的計算方法及評定標(biāo)準(zhǔn)，但對如何確定各構(gòu)成要素的影響程度，缺乏必要的分析方法。水量平衡表是明確漏損主要組成的一種非常好的工具。國際水協(xié)的標(biāo)準(zhǔn)水量平衡表已經(jīng)被很多國家的供水部門采用并作為供水管網(wǎng)漏損控制工作的基本依據(jù)。但由于我國管網(wǎng)特征和計量方式等多方面的差異，不能照搬國際水協(xié)的水平衡分析方法，需要提出適合我國情況的可實施的方法。因此，在學(xué)習(xí)吸收國際水協(xié)的水平衡法的基礎(chǔ)上，對標(biāo)準(zhǔn)水量平衡表的部分內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整和細(xì)化(見表1)，一是摒棄了“表觀漏損”這一難以理解的術(shù)語，而將計量誤差單獨(dú)拿出來作為一個大項，將竊水、用戶拒查、水表漏立戶等造成的損失統(tǒng)一歸入“其他損失”;二是將真實漏失分為明漏、暗漏、背景漏失和水箱、水池的滲漏及溢流。修正后的水平衡表更符合我國供水企業(yè)運(yùn)行管理實際情況，且各項概念更加清晰，不容易給人帶來誤解，解決了之前我國供水行業(yè)對漏損水量構(gòu)成要素不明確的難題。
使用修正的水量平衡表對各構(gòu)成要素的水量進(jìn)行量化分析時，供水總量和計費(fèi)用水量可根據(jù)計量數(shù)據(jù)直接計算，免費(fèi)用水量可通過向消防部門收集相關(guān)數(shù)據(jù)獲得，其他免費(fèi)用水量(如管線沖洗等)也可通過計量或估算方式獲得，漏損水量構(gòu)成要素中的漏失水量、計量損失水量和其他損失水量則需要以樣本試驗的結(jié)果進(jìn)行計算確定。如計量損失水量是由于各級計量表具之間的計量差值以及水表本身計量性能限制造成的水量損失，前者主要是居民查表入戶后的總分表誤差，后者主要是大用戶水表的計量損失。通過開展總分表計量損失試驗以及不同計量精度水表的串聯(lián)試驗，可以得到這兩種因素的計量損失率。從而能夠確定整個管網(wǎng)由于計量損失造成的損失水量。
1.2基于噪聲信號和DMA流量數(shù)據(jù)的管網(wǎng)漏損綜合監(jiān)測技術(shù)
我國管網(wǎng)漏失嚴(yán)重的主要原因之一是漏失監(jiān)測水平有限、效率較低。基于漏失探測儀的漏失監(jiān)測技術(shù)是主動檢漏法的一種，能監(jiān)測到漏水點(diǎn)，對于漏水點(diǎn)定位具有直接的作用，但不能判斷漏失的大小。我國很多供水單位都在嘗試管網(wǎng)分區(qū)管理，這就為管網(wǎng)漏失的監(jiān)測評價提供了另一層尺度。基于DMA的漏失監(jiān)測可以監(jiān)測到流量變化，直接反映漏失量，但無法定位漏水點(diǎn)。盡管理論上通過逐步縮小檢測區(qū)域的方法，可以最終找到漏失點(diǎn)的位置及漏失量的大小，但是這種方法工作強(qiáng)度非常大，經(jīng)常需要在深夜進(jìn)行，而且在一個區(qū)域內(nèi)頻繁地開閉一些閥門，會導(dǎo)致管道內(nèi)水流頻繁發(fā)生變化，使管垢脫落，帶來水質(zhì)惡化風(fēng)險。將DMA流量判斷和漏失探測儀監(jiān)測相結(jié)合，形成綜合的漏失監(jiān)測方法，技術(shù)路線見圖2。即根據(jù)DMA夜間最小流量曲線和漏失探測儀的報警信號，能同時得到漏失大小和漏失位置信息，可以大大提高漏失檢測效率。
2基于DMA漏失控制與水廠泵站調(diào)節(jié)的管網(wǎng)漏損高效控制技術(shù)
漏失控制可以從主動檢漏、管網(wǎng)維護(hù)、壓力控制、科學(xué)管理4個方面進(jìn)行。主動查找漏水點(diǎn)并及時進(jìn)行修復(fù)是目前絕大部分供水單位主要采取的漏失控制措施，也是一項最基本的漏失控制措施。壓力控制，相對來講是見效最快的漏失控制措施。因為漏水點(diǎn)的泄漏速率是與壓力直接相關(guān)的，壓力降下來后漏水速率會立即有所降低。但是，要進(jìn)行壓力控制需要對管網(wǎng)進(jìn)行分區(qū)管理，同時需要在區(qū)域入水口處安裝相應(yīng)的壓力控制設(shè)備，這一投資高于漏水點(diǎn)檢測和修復(fù)，但低于管網(wǎng)更新改造。因此，壓力控制是管網(wǎng)漏損控制的重要技術(shù)手段之一，在滿足用戶用水需求的前提下，通過合理降低管網(wǎng)壓力，可以有效降低漏失水量、破損頻率和漏失自然生長率，實現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能、降耗和延長管網(wǎng)資產(chǎn)壽命的目的。
目前我國在管網(wǎng)分區(qū)管理、壓力調(diào)控方面進(jìn)行了一些嘗試，但仍缺乏足夠的科學(xué)支持。在北京市供水管網(wǎng)10個DMA進(jìn)行壓力控制試驗，發(fā)現(xiàn)壓力控制對于漏損控制均有一定的效果，并且不同DMA對壓力控制的響應(yīng)效果不同。平均每km管道上，每降1m的壓力可以節(jié)水0.11L/s。由于DMA一般在管徑300mm以下的管道中實施，因此，若將上述壓力控制效果擴(kuò)展到全北京市，則可以估算出壓力控制所取得的效果。據(jù)統(tǒng)計，北京市供水管網(wǎng)管徑在300mm以下管道總長為4863km，按上述壓力控制效果計算，每降1m的壓力可以節(jié)水1690萬m3，節(jié)水潛力巨大。但同時，由于不同DMA控壓節(jié)水效果差異較大，壓力控制不應(yīng)盲目地去開展，而是應(yīng)該有針對性地進(jìn)行。
調(diào)研收集全國36個DMA數(shù)據(jù)(其中北京21個，其他15個)，通過背景流量評估模型可以得到DMA基本屬性對可達(dá)最低夜間流量的影響，從而定量地計算出在某一目標(biāo)壓力下可以達(dá)到的最低夜間流量水平，進(jìn)而明確壓力控制的效果。根據(jù)管網(wǎng)基礎(chǔ)屬性和目標(biāo)控制壓力，可以計算出在不同漏失控制策略下的節(jié)水效果，進(jìn)而分析每種漏失控制策略的成本和效益，最終針對不同的DMA選擇適當(dāng)?shù)穆┦Э刂撇呗浴?/span>