我国城市供水管网漏损控制技术发展与展望

2 基于DMA漏失控制与水厂泵站调节的管网漏损高效控制技术

漏失控制可以从主动检漏、管网维护、压力控制、科学管理4个方面进行。主动查找漏水点并及时进行修复是目前绝大部分供水单位主要采取的漏失控制措施，也是一项最基本的漏失控制措施。压力控制，相对来讲是见效最快的漏失控制措施。因为漏水点的泄漏速率是与压力直接相关的，压力降下来后漏水速率会立即有所降低。但是，要进行压力控制需要对管网进行分区管理，同时需要在区域入水口处安装相应的压力控制设备，这一投资高于漏水点检测和修复，但低于管网更新改造。因此，压力控制是管网漏损控制的重要技术手段之一，在满足用户用水需求的前提下，通过合理降低管网压力，可以有效降低漏失水量、破损频率和漏失自然生长率，实现节水、节能、降耗和延长管网资产寿命的目的。

目前我国在管网分区管理、压力调控方面进行了一些尝试，但仍缺乏足够的科学支持。在北京市供水管网10个DMA进行压力控制试验，发现压力控制对于漏损控制均有一定的效果，并且不同DMA对压力控制的响应效果不同。平均每km管道上，每降1 m的压力可以节水0.11 L/s。由于DMA一般在管径300 mm以下的管道中实施，因此，若将上述压力控制效果扩展到全北京市，则可以估算出压力控制所取得的效果。据统计，北京市供水管网管径在300 mm以下管道总长为4 863 km，按上述压力控制效果计算，每降1 m的压力可以节水1 690万m3，节水潜力巨大。但同时，由于不同DMA控压节水效果差异较大，压力控制不应盲目地去开展，而是应该有针对性地进行。

调研收集全国36个DMA数据(其中北京21个，其他15个)，通过背景流量评估模型可以得到DMA基本属性对可达最低夜间流量的影响，从而定量地计算出在某一目标压力下可以达到的最低夜间流量水平，进而明确压力控制的效果。根据管网基础属性和目标控制压力，可以计算出在不同漏失控制策略下的节水效果，进而分析每种漏失控制策略的成本和效益，最终针对不同的DMA选择适当的漏失控制策略。漏失控制策略包含：保持现状、只检漏不控压、只控压不检漏、既检漏又控压。

DMA压力控制是在管网末端进行压力调控，而要实现全管网的压力控制，从水厂泵站端进行压力控制是最经济、高效的措施。对于单水厂供水的管网来说，水厂泵站压力调控比较简单，只需要确定好管网中的最不利点之后，再由此来反推水厂出厂压力即可。但对于多水厂供水的环状管网来说，任何一个水厂的压力调控都会影响到整个管网的压力空间分布，因此，情况要复杂得多。通常供水单位可以通过每个水厂逐步减压的方式进行尝试，最终得到一个相对较低的管网平均压力。例如，北京市近年来通过尝试，已经将全市管网平均压力水头降低了2 m左右，每年可以节水3 000万m3以上。

为了更好地实现水厂泵站的调节，可以参考DMA的概念，提出水厂控压区的概念(PRZ)，通过管网局部管道的管理，使每个水厂的供水范围相对固定，使得调节某个水厂的压力时，对供水范围外的压力影响降低。基于DMA漏失控制与基于水厂泵站调节相结合的漏失综合控制方法的基本思想和技术路线见图3是：首先，通过按照水厂的供水范围将管网划分成多个压力调度区(PRZ)，根据各区域的最不利点压力情况，分析水厂泵站减压的可行性;其次，在每个PRZ内部再划分多个DMA，根据局部压力情况及DMA属性，确定适合的漏失控制策略。PRZ的压力调控与DMA的漏失控制相互作用，反复联动考虑，形成管网分级分区的漏失控制方案。图4给出一个管网分级分区漏失控制的示意图，一般先根据管网拓扑关系、地面高程以及水厂供水范围，划分水厂压力调度区，如PRZ 1和PRZ 2，这两个区域的总体压力分别主要由水厂1和水厂2调控，调控目标由两个区的最不利点A和B分别确定。同时，在两个PRZ内，又划分成多个DMA，根据其属性计算最低可达到的夜间流量，进而通过成本效益分析，得到各DMA的最优漏失控制策略。PRZ的压力调控与DMA的漏失控制相互作用，应把二者协同考虑。这就形成了管网分级分区的漏失控制方案。

分级分区的管网漏失控制技术在北京市供水管网进行应用，得到了良好的节水效果。在保证满足有效需求的前提下，对西南部田村山、东北部孙河和五厂供水区域采取相对独立的供水调度，实现了“一张大网、三个区域”的供水调度格局，每年节水2 600余万 m3，节电730多万kW˙h。在分区控压方面，目前已累计建成望京、回龙观、亦庄等6个压力控制区，年节水1 600万m3，节电480万kW˙h。北京市自来水集团结合独立计量区(DMA)建设，对压力较高小区进行压力控制，累计建设压力控制小区(PMA)29处。在已完成压力调控的小区中，日节水量最高为205 m3，最低为8 m3，平均日节水量约76 m3(年节水约2.77万m3)，单位管长单位压降节水量平均值为0.32m3/(h˙km˙m)。

3 结论与展望

管网漏损控制是节约水资源、提高管网运行效率的重要措施，也是降低管网水质恶化风险的重要保障。我国在管网漏损控制与管理技术已经取得了一些有益的研究成果和应用经验。基于水平衡分析与分区管理的管网漏损评价、监测与控制技术，从认识漏损、掌握漏损和控制漏损三个层面提出了漏损控制与管理的高效方法。在漏损评价方面，建立适合我国管网运行和管理特点的水平衡分析方法，定量化解析漏损，为漏损的精准化控制提供了前提。在漏损监测方面，将基于分区流量监测的存量漏损估算方法和新增漏损预警方法与基于噪声监听的漏损监测方法进行融合，形成综合的漏损监测方法，实现了漏损流量与位置的同时判别，提高了监测能力。在漏损控制方面，将基于DMA的管网压力调控的漏损控制策略与基于泵站调节的方法相结合，形成了基于压力控制的管网漏损综合控制方法，为水厂漏损控制提供了优化方案。

漏损管理是一项复杂的系统工程，对于规模较大的供水管网，漏损控制和管理的难度更为突出。对于供水企业，漏损控制的好坏直接体现了企业产供销全过程管理水平和资源使用效率，各供水单位在管网漏损控制方面做了大量的工作，初步取得了一些成效，当仍还有许多需要继续完善的内容，如加强漏损解析方法的精确性、建立更准确的计量损失水量和漏失水量计算方法、完善基于DMA的漏损控制技术、优化基于管网分区和智能调度的压力调控技术。管网分区管理是压力调控、管网精细化管理的基础，只有开展了分区计量才能实现区域漏损的测定与压力控制。目前，上海、南京、合肥、绍兴等地的供水企业多采用了分区计量和大表远传等较先进的技术手段和管网的分区管理，这也在一定程度上反映了我国供水管网管理的现状和发展趋势。未来，在DMA数据资料管理和分析利用方面都还有待于进一步提升，例如完善基于最小夜间流量变化的新增漏失甄别预警技术，开展DMA进口至一级水表、楼门表至户表两级水量对比分析，建立融合最小夜间流量和总分表水量差的管网漏损量化考核指标体系，以逐步形成更精细化的综合管理体系和指标。此外，对不同的管网分区应根据其特性制定不同的管理目标，对压力调控效果在不同分区的差异应进行深入分析以指导压力控制的优化实施等。

致谢

本文研究成果是在水专项“十二五”课题“城市供水管网水质安全保障与运行调控技术(2012ZX07408002)”的资助下完成的，课题承担单位为中国科学院生态环境研究中心，合作单位包括同济大学、浙江大学、清华大学、哈尔滨工业大学、北京市自来水集团有限责任公司、郑州自来水投资控股有限公司。本文介绍的管网漏损综合监测评价与控制技术内容为课题的研究成果，主要由中国科学院生态环境研究中心和北京市自来水集团有限责任公司完成。