中国供水系统漏损监控技术的创新性研究与应用

毋 焱，杨 帆，刘志强，邓 勇

(北京埃德尔公司，北京100086)

一、引 言

国家“十二五”重大科技专项中“供水管网漏损监控设备研制及产业化”的研究课题的提出，说明我国漏损监控技术的发展进入一个新的发展历程，本文主要从4个方面对研究和应用进行探讨。

二、中国供水系统漏损状况及其控制技术研究发展概况

管网漏失是供水行业普遍存在的严重问题，它直接影响着供水系统的经济效益和社会效益。有效降低产销差，控制损失水量，已成为世界范围内水行业亟待解决的问题。根据中国城镇供水排水协会2011年的统计数据，2011年供水总量352.67×108m3，售水总量271.36 ×108m3，漏失总量 58.62 ×108m3，漏失率为16.62%，有些中小城镇的管网漏失率高达35% ～42%。因此，如何控制管网漏失、持续稳定降低产销差、改善供水系统运行效率、改善管理、节约水资源、减少对公共环境的危害、增强供水系统竞争力已成为中国供水行业迫切需要解决的问题。

我国检漏技术的研发起步于解放初期，20世纪50年代中叶上海公用水务局启动检漏饼的研制，并投入应用;70年代中期扬州中学的检漏仪试验成功，衍生扬州的3个小生产企业;北京埃德尔研发的检漏相关仪，在2004年通过了北京市科委组织的科技成果鉴定。这3个检漏技术发展的历程标志着中国检漏技术研究与成功应用的发展历程。直到2011年11月，以埃德尔为组长的4个单位承担了住建部下达的“十二五”水专项课题“供水管网漏损监控设备研制及产业化”。这充分说明中国的漏损控制技术从基层走向国家，从民间走向政府，从几家企业的作坊研制走向国家作为重大科技专项的正式投资，规范研究开发。从供水行业保障技术的发展，可以深深体会到中国产业结构调整的深层次和市场经济发展的广泛性、普遍性、扎根基底的深入性。

三、国家“十二五”课题“供水管网漏损监控设备研制及产业化”的研究重点

按照“十二五”规划，要加快经济转型和技术创新。对于供水行业来说，不能再像过去单纯依赖进口设备和技术，而应在引进、消化、吸收的基础上，结合中国国情进行技术创新，加快设备的国产化、规模化。

我国应用供水管网检漏技术至今已延续了40年，大批应用检漏技术产品是从1996年左右起。传统的检漏技术对漏损控制起了比较好的作用，取得了可喜的经济效益和社会效益。但随着社会的发展，仅应用被动检漏方法和技术，解决复原的漏失、偷水、人情水和水资源严重亏乏等问题，已经显得力不从心。管道在不断老化，水压、供水量、水温随季节不停地变化，漏水也不断发生。实施过漏水检测的区域，经过一段时间，又会发生漏水复原现象。复原率为检测后漏水量的30% ～50%之间，如果管道多数都已老化且漏水严重的地区，漏水复原率几乎达到100%。而目前水司或专业检测公司一般是一年检测一次或两次。因此，如何快速研究、开发出我国自己的、先进的、主动的、常态的漏损控制技术已经成为目前很急切解决的重要问题。

“十二五”重大科技专项“供水管网漏损监控设备研制及产业化”课题的核心任务是:为我国建立中国特色的供水系统DMA分区定量管理系统，研制配套的软硬件设备，包括传统检漏产品技术水平的提升、改进完善、制定标准、实施规范及监控技术的全面发展，包括数字供水系统平台的建立。主要任务有:

1)保障供水安全运营，推进漏损监控设备的国产化、市场化、规模化。

2)研究漏损监控的预警技术、检漏技术、压力一体化管理技术及其设备，以及漏损监控绩效考核系统。

3)开发DMA分区定量漏损监控系统、渗漏预警系统、漏损监控设备等，提高我国管网检漏技术和装备水平。由于承担国家任务的企业早期进入供水管网漏损控制技术领域，吸收了国际上先进的理念和技术，并有机结合国内供水行业的现状，为国家任务的实施和完成奠定了雄厚的技术基础。

到目前为止，承担任务的课题组单位共获得各类专利、软件著作权等具有完全自主知识产权的技术计86项。其中，已先后开发与应用在供水管网漏损控制方面的产品近30种，发明2项;填补国内空白的产品有5项，如相关仪、渗漏预警系统、wDMA管理系统等。这些坚实的技术基础，使我国在漏损控制技术的快速、保质保量的发展，且与国际同行同步共进成为事实和可能。

四、3项关健技术的创新性研究与应用

虽然由于中国供水管网漏损的严重性、中国管网设计的特殊性、敷设的管网材质的多样性、检漏产品技术发展与国际同行的差距，以及中国管理体制、管理水平在全国范围的不一致性对漏损控制的影响，对创新性研究与应用带来一定的难度，但是在政府、供水企业等各方面的大力支持下，笔者所在单位承担的“十二五”课题的任务目前已取得突破性进展。目前，检漏设备已出口11个国家:美国、英国、澳大利亚、南非、乌克兰、尼泊尔、多米尼加、土耳其、菲律宾、埃及、德国，有些技术产品还进入示范工程和应用阶段，并且已取得良好的应用效果。本文重点汇报3项技术。

1.供水管网分区定量漏损监控管理软件系统——wDMA

wDMA是“十二五”水专项课题中核心技术产品之一，其系统结构如图1所示。

图1 20DMA系统结构

wDMA主要根据中国实际情况，参考国际水协DMA管理指导要点研发而成。它的研制是基于漏损控制的ALR理论和产销差分析的理论基础，应用物联网技术和感知仪器，实施管网信息采集、信息传输、信息分析、信息应用，利用监测、检测、控制、处置等技术，对管网健康状况进行智能化识别、问题定位、跟踪和监管定量监控漏损，达到降低产销差、提高经济效益、实现低碳环保的目的。wDMA是保障供水系统持续、长久、稳定把漏损有效、快速减低到一个合理水平的必备的技术方法和管理方法。当然它的应用和实施需要供水系统的管理理念、管理思维，以至运营流程的改变。

2.多种功能漏损监测技术产品

多功能漏损监测仪产品系列是研究课题中的创新型技术产品。笔者所在单位在多年推广应用检测、监控漏损技术产品的基础上，结合考察国外各类同行的技术装备，包括对国际水协DMA管理指导要点的研究和学习，提出了集监测管网流量、压力、噪声数据于一体的综合监控区域泄漏情况的技术思路，并且把这种感知设备通过物联网技术和wDMA融为整体，充分发挥wDMA的强大智能分析功能，更加增强了三合一(流量、压力、噪声)漏损监测仪的实时监测应用效果。通过将压力、流量和噪音3参数传感器的有机整合，减轻了设备重量;同时，使供水系统大大减少了分别安装调试3套设备的工作量，降低了成本，提高了工作效率，更重要的是由于应用了物联网技术使持续、长久实时控制漏损成为可能和事实。并且由于采样点的一致性，使结果在分析时更具有精准性。通过GPRS模式数据记录仪的配合，能够更加有效地解决数据采集，传输和分析处理的能力，降低了系统维护的难度和费用。

3.渗漏预警技术系列产品

渗漏预警产品系列是为了解决管网普查或重要管段运行监测问题而开发的。该系列产品通过噪声记录探头采集被测点噪声信号，分析其强度和主要频率成份并记录，通过比对最小噪声强度的变化来判断被监测区域的泄漏状态。根据记录信息的传输方式，可以分为巡检式和GPRS远传方式两种。使用该系统能够尽早发现漏损的迹象，最大限度地降低漏损时间，减少损失。在我国渗漏预警技术的创新有两点:一是渗漏预警技术的研发成功;二是两种方法——巡检和在线监测的混合应用。

五、应用wDMA的必用的配套运营管理流程，是保障实施DMA后长效收益的关键环节

通过很多案例充分说明，分区计量这项技术本身的实现没有任何问题，不管是对支状管网还是环状管网。但有两个问题是业内高层管理关注的问题:一是如何保证在实施DMA后持续地、永久地提升“收益体系”指标;二是投入产出比。笔者所在单位承担的“十二五”水专项课题“供水管网漏损监控设备研制及产业化”主要解决第二个问题。关于第一个问题，核心在于管理，包括管理理念、管理结构、管理流程、管理方法和人力资源需要作必要的调整。其中一个关键环节是DMA分区定量漏损监控系统后的运营管理问题，这是DMA实施后是否能保证持续、稳定、长久的收益的关键环节所在。

1.运营管理流程

运营管理流程如图2所示。

图2

2.wDMA系统运营要点

1)供水企业在wDMA系统运行前，首先设计好漏损监控的阶段目标和最终目标，根据系统实际运行情况调整阶段目标值，直到最终目标值的实现。

2)系统分析工程师利用人机交互，按照设定的目标值，监管wDMA运行;应用系统采集到的反馈数据，作水平衡简析，执行系统功能，实现3个快速。

3)坚持持续地、不间断地监管系统运行，并有效执行之;最终必然能稳定地、长久地把供水管网漏损控制在一个良好的水平。

六、中国未来供水管网漏损监控技术应用前景展望

从我国目前供水系统，包括其他行业的供水系统应用的检漏技术产品状况分析有3个特点:

1)应用的95%的检漏产品都是进口产品，当前和未来漏损监控产品数量的配备和已经应用产品的更新潜力比较大，这说明国家对于推进国产产品的应用配套政策需要积极推进。

2)绝大部分供水系统配备的均为检测技术产品，只有极少量的水司配有监测技术产品，但在应用频度上有很大差距;检测方法基本上是被动方式，其周期长，漏点复原率高。

3)对应用于漏损控制的供水管网DMA分区管理系统和方法，在国外已有30年左右，并且取得了成功经验和良好的效果。在国内，尽管我国提出得很早，但就实实在在应用该技术的总体情况看，和国际同行比较，在应用DMA管理系统的管理理念、管理思维、运营流程的配套推进方面仍需下比较大的功夫。可喜的是，对于DMA管理技术应用的认知单位比例在不断增高。尤其是自2005年以来，国内对漏损控制日益重视，DMA分区定量管理也越来越受到各水业领导的重视，很多水司(绍兴、北京、天津、郑州、南昌、镇江、绵阳、黄石、铜陵、沈阳等)都在全面或以示范区模式推广DMA管理模式，取得了一定的效果和经验，绍兴效果尤为突出，产销差近几年一直维持在6%左右，最低时达到4.4%，达到了世界先进水平。

随着中国水业管理者，尤其是高层决策者对实施DMA于供水收益体系，水业管理水平的持续提高理念的感悟，同时，鉴于DMA和wDMA的发展如同SCADA、GIS、水力模型、压力管理系统一样，也是建立数字供水、智慧城市必不可少支撑技术体系。供水系统必然加速供水管网DMA分区定量漏损监控管理平台的应用和建立，这就是说，我国未来漏损监控技术将来不久会有一个腾飞。作为国家“十二五”课题的承担单位，笔者所在单位将秉承“管网医院“的经营理念，不断创新为完成好“十二五”课题“供水管网漏损监控设备研制及产业化”，为智慧城市的建设贡献出自己的力量。笔者相信，“十二五”水专项课题研究成果必将在中国的漏损控制发展中开花结果。

略)