漏损控制系统在供水管网漏损控制工作中的应用

2022-10-27苑忠堂李俊江尹学锐

供水技术 2022年5期

苑忠堂，李俊江，尹学锐，阮军，刘锴，鄂剑

(1.天津水务集团滨海水务有限公司大港油田水务分公司，天津 300280；2.天津三博水科技有限公司，天津 300100)

在城镇发展过程中，存在部分供水管网老化、超负荷运行等情况，加上缺乏必要的更新改造、技术手段投入有限、监管不到位等多方面因素，导致部分供水管网跑冒滴漏现象时有发生，造成管网漏失率加大，进而给城镇安全供水带来不利影响。如何有效控制管网漏损率，提高城镇供水效率，已成为亟需解决的问题之一。

《水污染防治行动计划》中明确规定，到2020年，全国公共供水管网漏损率控制在10%以内。住房和城乡建设部、国家发展改革委《关于加强公共供水管网漏损控制的通知》中指出：到2025年，全国城市公共供水管网漏损率力争控制在9%以内。华北某市水务公司根据实际情况，积极引进新技术，建设漏损控制系统，应用实践结果表明该系统在漏损控制工作当中发挥了重要的指导作用，漏损控制工作积累了宝贵经验。

1 供水现状

华北地区某水务公司供水服务面积约97 km2，服务范围内共有59个小区7.3万户居民及0.32万户非居用户，现有水处理厂1座，占地面积140 000 m2，设计日处理能力80 000 m3/d。供水管网总长度为940 km，其中供水主干网106 km，支线和庭院管网834 km，有配水间87座、控制阀池2 074个、水表间22个、表井775个、消火栓1 114个、二供泵房12处。

该水务公司近3年的产销差见表1，其供水管网中各种材质的管道占比如下：PE管，69.50%；钢管，18.77%；球墨铸铁管，5.29%；PPR管，2.90%；铸铁管，2.52%； UPVC管，0.68%；钢骨架聚乙烯塑料复合管，0.32%；PCCP管，0.02%。

表1 某水务公司2019—2021年的产销差Tab.1 The NRW of a water company from 2019 to 2021 104 m3

2 供水管网漏损原因分析

从生产经营全方位分析得出，产销差绝大部分来自供水管网漏损，包括管网及设施中的物理漏损、供水过程中的计量漏损、供水管理过程中存在缺陷的漏损。其中物理漏损存在于管线、管道接口、管网排放口、蓄水池、阀门、泵房、水表器具连接处、第三方损害导致、建设时历史遗留缺陷；计量漏损表现在水表配径不合理、水表选型不当、外力冲击损坏计量器具、水表故障、极端天气水表失效、特殊用户或不当用水计量失准失计、无计量用水、表位不当；管理漏损体现在抄表员工作质量、水表安装质量、日常管网养护管理、管网建设用水管理缺失、在线计量器具管理、水表定期未检定、公共用水管理缺失、管网管理缺失、违章用水等方面。

3 漏损控制系统的应用

基于上述分析，控制管网漏损不仅需要加强管网系统本身的安全性，还需要提高相关部门的监督管理水平。目前，亟需解决的问题是降低现有管网漏损率。根据历史经验，传统漏损控制手段效果并不理想，需要借助先进技术手段，实现漏损控制目标。

对此，该水务公司以“三供一业”移交改造为契机，完成硬件设施基础建设，利用先进的数据传输、信息化等技术手段，建立了漏损控制系统。与生产实际结合进行磨合应用，实现漏点最小化。漏损控制系统可以展示供水管网各分区的情况，建立各个级别的分区漏损实时监测和预警，并对各个分区进行在线漏损指标分析计算和汇总，根据漏损分析确定重点排查区域，为漏损控制工作提供数据支持。确定重点排查区域后，采用专用检漏设备确定实际漏点位置，根据漏点实际情况确定施工维修方案。漏点排除后，利用漏损控制系统在线监测漏点所在区域施工维修前后漏损指标并分析数据变化，据此判断漏损控制工作效果。

漏损控制系统能够实现供水各分区的计量数据统一管理(数据实时采集、存储、综合展示、计算分析、预警)，能够生成漏损率考核分析报表。同时，平台能够进一步对管网运行和最小夜间流量进行分析，依靠漏损控制系统实现漏损在线监测常态化，保障供水管网系统安全稳定运行。

3.1 区块独立计量

该水务公司供水管网现有供水专线共6条，承担着水量分配的任务，各供水专线关联若干配水间或流量计，根据用户用水需求，通过配水支管送到用户端。根据供水管网东西部结构，设置8个流量监测点(安装了8台电磁流量计)，设置16个压力监测点和2个水质监测点，安装了100具区域考核表，更换完成94%居民结算表73 378具，100%非居结算表3 942具，并与7家表商数据进行对接，用10个月时间完成了远传计量表具的基础建设任务。

根据管网拓扑结构，梳理供水专线、配水间、居民和非居用户水表等关联关系，并结合DBS分区理念[1-3]，从经济和施工、管理、成本等角度考虑，并根据地势高程、行政区域划分、营销服务范围、市政道路、河流等特性，将复杂的供水管网系统划分为数量不等的相对独立的供水区块，最终达到各区块水量独立计量。将供水管网划分成1个一级分区、9个二级分区、91个三级分区，见图1。2020年10月至12月，根据现场实际情况，调整了1.6万具表计的拓扑关系，编制完成了分区计量供水思维导图，建立了分公司三级分区计量管理结构，实现区块水量独立计量。

图1 供水管网分区展示Fig.1 Display of water supply network zoning

3.2 管网漏损分析

为加强城镇供水管网漏损控制管理，节约水资源，提高管网管理水平和供水安全保障能力，住房和城乡建设部于2016年发布了《城镇供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ 92—2016)，其中规定了水量平衡各部分组成、漏损率计算公式，据此进行漏损指标分析。

漏损率计算公式：

RWL=(QS-Qa)/QS×100%

(1)

式中：RWL为漏损率，%；QS为供水总量，104m3；Qa为注册用户用水量，104m3。

按月份对各分区进行水量平衡分析，展示各分区供水量、注册用户用水量、漏损水量数据，以动态形式循环播放最近6个月的水量平衡分析结果，见图2。

图2 各分区水量平衡分析Fig.2 Analysis of water balance of each district

按月份统计各小区供水量、售水量(指注册用户用水量)、产销差等数据，展示小区内居民、非居表具数量。产销差数据的变化趋势见图3。

图3 各分区产销差展示Fig.3 The NRW of each district

夜间最小流量法(MNF)作为判断漏失事件的重要方法，已经被广泛应用。为了达到预期效果，首先需要确保监测到的夜间最小流量数据的准确性，目前已能通过采用高质量采集设备及数据传输设备保证。其次，需要制定合理的数据应用方法，即如何科学合理地分析监测到的夜间最小流量。有关研究中列举了多种数据应用方法，包括：通过夜间最小流量占比来判断漏损的严重程度[4]；通过监测夜间最小流量估计每户夜间最小流量数值，再根据用户规模得到判断漏损情况的依据，将实测数据和判断依据进行对比，来指导漏损控制工作[5]。上述方法在漏损控制工作中发挥了一定指导作用，仍有不足之处，用户用水量虽然具有一定规律性，但实际用水情况受到多种因素影响而时刻变化。所以，漏损系统采用最近30 d实时数据的平均值、最值作为触发预警的阈值，作为判断异常事件的初步判断依据。如果检测到预警事件，再通过客服接收的相同时段内用户反馈情况、巡检人员巡检记录等多方核实，确认预警事件是否为异常事件，为下一步的现场排查工作提供数据支持。

基于夜间最小流量监测数据，判断一个周期内(24 h)最小流量出现在夜间2：00—4：00。计算最近30 d 的2：00、3：00、4：00夜间最小流量的平均值、最值，设置预警阈值。在夜间最小流量数据基础上，进一步分析对应时刻的漏损率，以柱状图形式展示，如图4所示。

图4 夜间最小流量漏损率分析Fig.4 Analysis of minimum flow leakage rate at night

3.3 应用案例分析

3.3.1全面分析评估治理系统漏损

生产调度中心每天分析流量、压力、水质和大用户水量等重要参数，积累数据评估并确定各个分区的漏损水平。评估各分区供水拓扑关系，分析每个时段的供售水情况，确定漏水区域后派发工单，利用供水稽查、夜间关阀、检查雨污水井以及分段开挖等手段查找漏点(见图5)，逐步降低管网漏损率。

图5 漏点查找Fig.5 Search of leak points

开展漏损治理专项工作，见图6。2021年1月28日至今派发内部管理工单162单，夜间查漏41个小区，分段关停阀门330余次，翻查各类井室4 000余个，稽查795户，共完成46个分区的漏损治理工作。发现并处理漏点227处(其中明漏167处，漏水量1 830.2 m3/d；暗漏60处，漏水量4 320 m3/d)，有效减少日漏失水量6 150.2 m3/d。

图6 漏损专项治理Fig.6 Refined management of leakage and damage

3.3.2及时统计分析发现系统新增漏损

生产调度中心派专人负责监控每天水量、水压和水质情况，每天编制生产报表，每日环比产差量、产差率和夜间最小流量等关键数据，发现问题及时组织相关人员进行分析，确定问题原因，制定实施方案并监督落实。

3.3.3采取有效措施控制系统存量漏损

设置巡查点位3 850个，覆盖供水区域内全部管网及附属设施。每日派发巡检工作单，由专人进行巡检。2021年1—10月，派发巡检工单980件，发现并及时处置管线漏水、占压、阀池破损等事件162次。

为了配合该市即将投运的新建水厂，针对老水厂工艺系统的情况，结合外管网无加压泵站的实际情况，多次研究分析16个管网压力点每天的监控数据(见图7)，依据“高峰不低、低峰不高”的原则，在现有设备调控有局限制约的条件下，制定了分时段外供水调压运行方案。每天晚上调压运行，通过3个月的核算每天降低漏损0.8%左右，漏损情况得到有效控制。