供水管网一级分区建立后的闭合判断与计量优化
2020-03-16笪跃武
袁 君,王 瑞,笪跃武
(无锡市水务集团有限公司,江苏无锡 214031)
分区计量管理是指将整个城镇公共供水管网划分成若干个供水区域,进行流量、压力、水质和漏点监测,实现供水管网漏损分区量化及有效控制的精细化管理模式[1]。国外在分区计量管理方面起步较早,取得了不错的漏损控制效果;国内在绍兴、天津、北京、常州等地也取得了一些成效。作为漏损控制的有效管理手段,分区计量管理正积极地在供水行业内进行推广。
W市在几年前开展了分区计量的试点工作,对降低漏损率起到了一定的积极作用,但试点分区覆盖面不大(总水量占比35%),大多集中在管网拓扑结构简单的周边乡镇区域,对指导全市漏损控制及重点检漏区域的力度不够。为全面系统地进行分区计量工作,W市对整个供水管网进行了系统的分区计量规划,结合实际情况采用自上而下与自下而上两者相结合的路线。
绍兴水司在分区计量管理方面有成功的经验,但绍兴的区域面积相对较小且拥有高度完整准确的管线资料[2],W市受限于供水区域大、地下管网的隐蔽性、复杂性及管理技术水平,一级分区的建立较为曲折。对此,本文结合已有实践,提出了一级分区在拓扑结构与计量管理两方面的完善措施,以确保后续考核管理等工作的开展。
1 一级分区建立
1.1 一级分区的规划
以供水管网地理信息(GIS)系统资料为基础,根据已有分公司数量及其相应的管辖范围,利用供水区域内的运河、溪流等天然屏障或铁路、快速路等重要设施,实现W市供水6个一级分区计量区域的划分,如图1所示。一级分区划分中,为了维持供水系统的灵活调度,尽可能不关闭阀门,以安装流量仪为主。
图1 W市一级分区划分示意图Fig.1 Schematic Diagram of the First-Level Zones in W City
1.2 一级分区的建立
对规划需要加装流量监测点处,进行现场环境状况查看,判断施工安装的可行性,如管道状况(直管段、材质、空间大小等)、供电状况(市电、锂电池、太阳能等)、施工难度大小等。同时考虑压力、水质监测等管网其他附属硬件设施同步安装的必要性,选定流量仪型号并进行流量仪及相关硬件设施的安装、调试和验收等工作。利用分区计量管理软件进行一级分区算法的编辑,统计时、日、月等的供水水量,通过其同营收相关水量的比对分析,统计分区的漏损水量、产销差等指标。
2 拓扑结构完善
一级分区的运行数据是定量考核管理等后续工作的基础,其可信度和可靠性至关重要。在管理中,除结合管网的建设、更新、废管等日常工作的开展进行一级分区拓扑结构动态维护外,还应对其闭合性进行持续判断与验证,确保分区边界划分清晰。实践中,由于一级分区覆盖区域广泛,不能轻易停水,即便停水需同时操作的阀门数量也较多,不具备可操作性,所以不能仿照可计量分区(DMA)的零压测试来检验一级分区的闭合性。根据已有实践,提出以下几种方案。
2.1 一级分区数据稳定可靠性
一般而言,一级分区的范围基本上是对应一个分公司管辖区域,如果区域范围内不发生大的停水等意外事件,其分区的供水量时变化曲线以及日供水量变化趋势应同总公司一致。一级分区建立初期,可通过分区形态特征、日供水量变化趋势、日供水量占比等指标来判定分区的可靠性。以W市供水A、B两个一级分区为例,其日供水量与占比情况如图2所示。A、B两个分区日供水量占总日供水量的比例基本恒定,分区运行数据的稳定从侧面验证不闭合可能性较小。
图2 A、B一级分区日供水量及其占比Fig.2 Daily Water Supply and Corresponding Proportion of A and B Zones
对一级分区供水量大小可靠性的判定,初期可将其同营收水量进行比对,相对直观。营收水量受抄收周期等因素的影响,波动较大,建议采用营收水量占比这一指标进行比对。为避免各个分公司因抄收周期设置不一致造成的影响,建议选用上一年度分区的营收水量占比进行参考比较。
一级分区供水量由一级分区流量仪经确定的算法实时获取,日供水量占比、月供水量占比均可求得。图3是W市供水6个一级分区(以A~F表示)实施初期分区月供水量占比同上一年度营收水量占比之间的比较。
图3 各分区月供水量占比同上年度营收水量占比的比较Fig.3 Comparison between the Proportion of Monthly Water Supply and the Proportion of Revenue in Previous Year in Each Zone
由图3可知,分区的月供水量占比同上一年度营收水量占比基本接近,绝对偏差在±5%之内,可以初步判断,一级分区的闭合性不存在较大偏差,数据较为可信。如果上述两种占比偏差过大,则需考虑是否存在不闭合区域,需要重新结合GIS以及现场管路进行梳理与排查。
2.2 非正常管网运行工况下的跟踪分析
管网实际运行中,由于接管、应急、维修等工作的需要,会处于非正常运行工况,部分管段流速发生较大变化,甚至反向。此时,安装在管网中的流量仪可以实时感知这些变化,部分一级分区流量仪数值的变化也会比较明显,偏离正常运行区间。上述情况下,尽管供水工况改变,但由于未大面积停水,用水习惯等也未改变,如果一级分区闭合,理论上各个分区的供水量时变化曲线、日供水量等同正常工况应基本一致;反之,则会出现异常现象,需要进一步排查原因。本文选用实际工作中的1个非正常工况管网运行案例来具体阐述。
一级分区D的相邻分区有3个,一级分区D同其相邻的一个分区C的分界线上的流量仪分布如图4所示。阀门F所在管道的口径为DN1200,是D分区的主要供水通道之一,因管网检修需要,阀门F需关闭30 h(图5中第2 d 9∶00~第3 d 15∶00),关闭期间引起了该片区内绝大部分一级分区流量仪的不同幅度变化。两分区分界线上8个流量仪(编号24~31)的流量变化情况(流量取绝对值)及其形成的进入D分区水量(即8个流量仪的流入流出叠加)情况如图5所示。C、D分区时水量形态特征曲线如图6所示。
图4 C、D分区的分界线上流量仪示意图Fig.4 Schematic Diagram of Flowmeters on the Boundary Line of C and D Zones
图5 C、D分区的分界流量仪运行数据Fig.5 Operation Data of Flowmeters on the Boundary Line of C and D Zones
图6 C、D分区供水量时变化曲线Fig.6 Water Supply Morphological Characteristic Curve of C and D Zones
由图5和图6可知,D片区主要供水通道之一上阀门F的关闭,导致其与C片区的水量分配发生了较大的改变,其中,由于阀门F关闭,期间部分地区低压供水,水量略有下降[图6(a)中第2 d下午与第3 d上午高峰时段水量略有下降],而C片区无此影响。但两个分区的供水量时变化曲线同正常日(第1 d)基本一致。一级分区反映的数据同实际情况能够较好匹配,说明一级分区是闭合可信的,且构成分区的各流量仪之间的误差传递也在可以接受的范围之内。
2.3 一级分界线局部排查
在实际实施中,如果一级分区数据出现异常,可通过对一级分区分界线逐一局部排查的方法对分区进行完善。具体为:根据管网GIS资料,对可能存在问题的边界进行小范围的分区构建(构建的小分区可以是临时分区,也可以是二级甚至小区级DMA的永久分区),如图7所示。如排查无问题,说明此段分界面设置合理;反之,进行实地排查,理清管路关系,完善并提高管网资料及其准确度,重新构建合理的分界。
图7 包含一级分界线的小范围分区构建示意图Fig.7 Schematic Diagram of the Construction of DMA Containing Partial First-Level Divisional Boundary
图9 流量计运行数据与相对误差Fig.9 Operation Data and Relative Errors of the Flowmeters
3 计量管理优化
由于W市供水区域较大,一级分区流量仪安装地点多样:包括城市道路、人行道、偏远荒地等,根据不同的现场环境状况,选用不同品牌的管段式或插入式流量仪。在运行管理期间,软件系统中数据异常时有发生[3-4],这给一级分区运行数据的统计工作带来了不必要的麻烦。为解决这一问题,除有计划巡检与适时校验外,实践中还从计量管理的角度进行优化完善,适当采用冗余的流量计安装原则进行规避。
3.1 计量关系构建
随着不同层级分区计量的实施推进,结合管网拓扑结构,部分流量仪间存在着一定的流量关系。如图8所示,某一水厂的出厂东线(记为Q),A-1是一级分区流量仪,在其与出厂流量仪之间有两处支管,因二级分区需求,安装流量仪B-1和B-2。根据管网拓扑关系,出厂东线的流量为流量仪A-1、B-1和B-2流量之和。
图8 流量计位置示意图Fig.8 Schematic Diagram of Three Flowmeters’ Location
如图9所示,上述4处流量的关系可以在运行中相互校验,正常工况下出厂流量同A-1、B-1、B-2流量之和的相对误差应在4%之间,如遇流量仪的异常情况,可以根据其他运行完好的流量仪进行合理推测,从而确保各项统计数据准确及时。
3.2 双表在线比对
图10为局部管网及附属设备的简图。在一级分区流量计A-2的北端建有增压站,增压站进口处有一流量计Z,当阀门F关闭时,流量计A-2与Z就形成了时时在线比对的关系,两者的水量与相对误差如图11所示,在1%之内,能够互相校验。
图10中,阀门F的关闭对供水的影响不大,且只需通过一个阀门F的动作,即可形成双表的在线比对。但在更多的实际管网中,阀门的动作会对供水造成影响。因此,当流量计的计量数据比较重要且要求不间断时,可以在同一管道安装两处流量计,双表在线比对,虽产生了一定的硬件冗余,但可保证后续的运营维护稳定,利于分区计量工作的深入推进。
图10 局部管网及附属设备示意图Fig.10 Schematic Diagram of Local Pipe Networks and Accessory Equipments
图11 采用双表时的运行数据与相对误差Fig.11 Operation Data and Relative Errors of Two Flowmeters
4 结语
一般而言,对供水区域面积较大、管线基础资料相对齐全的供水管网采用自上而下与自下而上两者相结合的路线进行分区计量的开展与推进是比较科学合理的。为确保一级分区的可靠可信,运行中需关注分区数据的稳定性,跟踪分析非正常管网运行工况下分区情况,对存疑处构建包含局部一级分界线的小分区进行排查;在计量管理方面,除有计划巡检与适时校验外,结合管网拓扑结构,构建多表计量关系,适当采用冗余的流量计安装进行双表实时比对,对异常及缺失数据进行有根据的修复,确保数据的完整准确。