沪太路沿线DMA 分区计量的前期方案优化

杨 华，韩 超

(上海市自来水市北有限公司，上海 200086)

1 引言

1．1 NRW的控制

NRW(无收益水量)是系统供水量与用户计量水量之间的差值，NRW使收益流失、水资源浪费、运营成本增加。NRW的“恶性循环”是影响水厂绩效的主要原因之一。

上海市自来水市北有限公司是由多个水厂向一个互相连通的大型开放式管网系统供水的企业。因此只有准确地从整体上认知企业供水量的每一个构成要素，特别是其中导致企业供水成本增加的无收益水量的构成要素(真实漏损、非法用水、计量误差、免费用水等)及所占比重，才能分析寻找出NRW形成的真正原因。为了更有效地实现无收益水量的管理策略和削减目标，有必要把这片供水管网分割成一些较小的、较易管理的独立供水区域(分区计量DMA)。

1．2 DMA的原理

把一个开放的供水管网分割成一些较小的、易于管理的区域或检漏区(DMA)是目前国际上公认的最好的实践方式。它使供水企业更好地了解管网，以便分析问题区域的压力与流量。

在过去的20余年中，DMA已被成功地运用到世界上许多国家的管网管理中，DMA作为一个工具，可以使漏失的管理更有效。短期来讲，充分理解现状管网的布设，对DMA管理所需计量做出规划，并加以实施是必要。长期来讲，从运行、数据分析、爆管定位与修复等方面进行系统的维护也十分必要。传统的漏失控制方法是消极、被动的，应用声学检漏设备使不可见的漏失能被探寻到，但在整个管网系统利用设备检漏是一项庞大而耗时的行为。解决方案就是把管网系统划分成DMA，只有这样才能量化每一个DMA的漏失，使检漏活动总指向真实漏损最多最大的区域的那部分管网。

2 DMA在市北区域沪太路沿线的实施

2．1 现状与问题

上海市自来水市北有限公司供水面积550 km2，服务人口逾600万，管网长度超5 000 km，下属沪东、沪北、宝山三家供水管理所，三个分所的管网互相连通，在边界处已经安装了相应的分区计量设备，但各分所内部仍为一张网的管理模式。

为推进DMA的细化工作，市北公司决定首先对沪北所所辖的闸北、普陀两区进行DMA细分，两区以沪太路为界，北到蕴藻浜，南到恒丰路立交桥，沪太路以东属闸北区，以西属普陀区。鉴于沪太路两侧都有输配水管，自北向南共有10处过笼阀门，其中编号2、3、4、9的阀门原本就处于关闭状态，而其他过笼阀门则处于开启状态，如图1(a)所示。

图1 沪太路流量仪安装位置示意图Fig．1 Installation Position of Flow Meter Along Hutai Road

原方案:保持原有4处过笼阀门关闭状态，在边界上都安装流量仪，共需要安装25台流量仪，其中直路流量仪12台，支路流量仪10台，过笼流量仪3台。

2．1．1 过笼管阀门的管理

原管敷设时为确保安全供水，两侧的输水管相隔一定距离就会设置过笼管，现在为保证分区计量的准确性，就需要在这些过笼处的水管上安装流量仪，或选择关闭这些过笼管的阀门，以取消这些流量仪的安装，如图2所示。

图2 关阀示意图Fig．2 Diagram of Closing Valve

若选择在所有过笼管上安装流量仪则会大幅度增加预算。若通过关闭过笼管阀门来代替安装流量仪，则可以减少流量仪的安装数量，降低工程预算，同时有利于今后的日常维护工作，但盲目关闭过笼阀门，对管网现状运行方式进行大幅度的变动可能会带来新的用水问题，违背安全供水的目标，甚至引发用户对供水服务的不满和投诉。

综上，对于过笼管是采取关闭阀门还是采取安装流量仪是需要认真研究的一个问题。

2．1．2 建设难度

流量仪的安装位置必须临近电网，机柜需安装在人行道上，流量仪与机柜的位置不能离开太远，常规情况下流量仪前端要预留原管直径5倍长度的直管段，流量仪后端要预留原管直径3倍长度的直管段，这些因素在一定程度上限制了流量仪的安装位置，加大了建设难度。减少流量仪的安装数量可以在一定程度上降低建设难度，加快项目推进速度。

2．2 主要应对措施

针对DMA在市北区域沪太路沿线实施中存在的难点，本次沪北地区实行DMA的主要过程如下:首先依据现有管网进行分区划分，记录划分区域边界过笼阀门的数量、位置和状态，对该区域进行InfoWorks WS建模，分析现状和关闭所有过笼阀门两个状态下的水力模型，根据得到的相关数据进行第一次理论方案调整，然后实际操作经建模分析可以关闭的这部分过笼阀门，并且安排在关阀前后进行测流、测压，汇总数据后进行第二次实际方案调整，同时启闭受到影响的阀门，以此最终解决DMA计量设备的合理布局和安全供应的矛盾。

2．2．1 InfoWorks WS 建模

InfoWorks WS——供水系统模拟是一款供水管网模型管理软件，它将关系数据库、水力引擎以及空间分析工具相结合，并将管网资产管理和商务计划的需求集成到一起，提供一个一体化的灵活的供水管网模拟软件环境。

2．2．1．1 关阀模拟方式

首先在软件中加载市北区域的供水管网图以及最近日(2012年4月6日)的水厂、泵站工况运行参数，分别对早晚高峰、关阀前后的压力情况进行模拟，再以图形化模式输出，供管理人员进行分析。

本次软件模拟时假定关闭沪太路上所有过笼阀门，为确保在用水量最大的情况下管网各节点的正常供水，在进行软件模拟时选择了早晚高峰用水集中的时段进行模拟，以测试在最不利情况下的供水情况。

2．2．1．2 水力分析过程

通过软件计算，得到了早高峰(8:00)、晚高峰(16:00)关阀前后管网节点水头和关阀前后节点水头变化值。

以晚高峰16:00关阀前后节点水头变化为例，沪太路涵青路西侧、沪太路汶水路两侧压力有较明显的下降，沪太路南大路两侧则有压力上升的情况，其他区域压力变化不明显，如图3所示。

图3 软件模拟关阀前后压力变化图Fig．3 Pressure Variation before and after Closing Valve by Software Simulation

2．2．1．3 结论

根据软件得出的模拟数据，关阀前后供水范围内节点水头均大于19 m，即满足服务压力16 m的要求，对供水影响较小。从关阀前后节点水头的变化图可以看出，对节点压力影响较大的阀门位置于沪太路(涵青路—上大路)和沪太路汶水路区域，而汶水路以南地区压力几乎不受影响。根据分析，沪太路涵青路附近管网运行方式以由北向南直路供水为主比较单一，可能是造成关阀前后压力变化较大的原因;而沪太路汶水路的过笼阀门连接的是汶水路东西向DN1400与沪太路南北向DN500的大口径输水管，所以对附近的压力影响比较大;汶水路以南地区，管网运行方式以环状供应居多，可以互相调剂的水量较多，所以关闭过笼阀门对汶水路以南地区影响较小，如图1、图3所示。

据此，决定第一次调整方案，保持沪太路汶水路阀门开启状态，此处安装流量仪，该方案下的阀门关闭状态如表1所示。

表1 沪太路过笼阀门位置、状态表Tab．1 Position and State of the Valve along Hutai Road

2．2．2 测流、测压

测流、测压是供水行业最常见的技术手段，可以准确实时地了解当前管网的供水情况。在此次沪北地区实行分区计量过程中，同样借助测流、测压的方法验证建模的结果。并对实际关闭过笼前后管网情况进行跟踪、监测。

2．2．2．1 测压

针对本次沪北地区实行DMA的要求，在沪太路沿线相关管线上共设置了14处测压点，沪北阀门队于5月24日9:30～11:30根据建模后的调整方案对5处过笼阀门予以关闭，测压点在过笼阀门关闭前两日至后两日连续监测，获得的圆盘记录纸数据每隔30 min进行一次取样，共获得14个点的1 590个数据，再根据这些数据绘制关阀前后压力情况变化曲线图，如图4所示。

根据对测压数据的分析，压力变化主要分为以下三种情况:

图4 沪太路涵青路关阀前后压力监测图Fig．4 Pressure Monitoring Diagram before and after Closing Valve on Hutai-Hanqing Road

(1)关阀后压力出现明显降低

以沪太路涵青路该测压点为例，该处过笼为蕴藻浜以南第一个过笼阀门，距上游最近的过笼阀门距离超过1．5 km，周边DN1800输水网管以支状通过(如图3)。从沪太路西侧涵青路北侧DN500上测得的压力数据看，过笼阀门关闭后压力出现了较为明显的下降，凌晨至中午压力下降0．15 kg，下午部分时段压力下降 0．3 kg，最低压力1．7 kg(如图4)，可见该处受到关闭阀门的影响较大。

(2)压力变化不明显

除沪太路涵青路外，其余测压点在关阀前后压力变化都不太明显。以新村路北侧沪太路西为例，该处位于沪太路的南端，周边大口径输水管网已形成多个环状布局(如图3)。从该处过笼阀门关闭前后压力的变化情况看，并没有出现第一种情况中的明显下降，变化并不明显(如图5)。

图5 新村路沪太路西关阀前后压力监测图Fig．5 Pressure Monitoring Diagram before and after Closing Valve on Xincun-Hutai Road

(3)边界附近敏感地区

考虑到宜川地区是市北范围内的一个老式小区，主要依靠宜川泵站供应服务压力，为避免该地区边缘地带受到关闭过笼阀门的影响，特别在宜川地区内安排了3处测压点。从其中一处——宜川路北侧沪太路西侧DN500上测得的压力数据看，过笼阀门关闭前后压力并无明显变化(如图6)，其他两处的情况也与该处较为相似，较可能的一个原因是因为该处管网位于汶水路以南，运行方式比较复杂，可以互相支援的渠道较多(如图3)，所以关闭一个过笼阀门对该处压力影响不大。

图6 宜川路沪太路西关阀前后压力监测图Fig．6 Pressure Monitoring Diagram before and after Closing Valve on Yichuan-Hutai Road

2．2．2．2 测流

针对本次沪北地区实行DMA的要求，在沪太路沿线DN1800、DN1200主要输水管及DN500配水管上设置了若干处测流点，并在过笼阀门关闭前后分别进行测流，根据测流获得的数据分析得出，大口径输水管上关阀前后流量变化较小，而随着沿线DN500配水管上阀门的关闭，该配水管上游管段流量增加，分流的支路管段流量减少。

2．2．2．3 总结

根据测压、测流获得的数据，从确保DMA项目的顺利开展，减少流量仪安装数量，进一步降低建设难度的角度出发，市北公司决定仍然维持第一次修改后的方案，但需要对沪太路(涵青路—上大路)区域加强监测，如该区域不发生显著的用水问题则保留阀门关闭状态，不安装流量仪;如出现用水量增加，必要时可重开过笼阀门，并加装流量仪。

3 结果与讨论

通过对DMA区域进行建模分析，并在实际关阀前后进行测压、测流，逐步优化方案，在原有关闭的2号、3号、4号、9号共4个过笼阀门的基础上再关闭1号、5号、7号、8号、10号共5个过笼阀门，如图1(b)所示，将原方案的安装25台流量仪减少到新方案的18台流量仪，与原方案相比，减少DN500流量仪4台，DN300流量仪3台，直接减少工程费逾200万元，涉及区域供水压力平稳过渡，未发生由于变更管网运行方式导致的用水问题，较为圆满地完成了DMA分区计量的前期工作。目前该项目所有流量仪已完成安装，2013年6月完成了信号箱柜的安装和接电，2013年10月通过初步验收，即将正式投入使用。2014年市北公司将利用该系统收集、统计、分析DMA区域块水量数据，并以此为基础预测块水量的变化趋势，作为年度水量统筹安排的一项重要依据。

新方案:新关闭5处过笼阀门，仅保留沪太路汶水路过笼阀门开启状态，共需要安装18台流量仪，其中直路流量仪8台，支路流量仪9台，过笼处流量仪1台。