基于水平衡供水管网漏损控制技术的研究 80页

'分类号:TU9910710-2009129013硕士学位论文基于水平衡的供水管网漏损控制技术研究王海龙导师姓名职称杨玉思副教授申请学位级别工学硕士学科专业名称市政工程论文提交日期2012年5月20日论文答辩日期2012年6月2日学位授予单位长安大学 StudyontheLeakageControlofWaterSupplySystemBasedontheWaterBalanceADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：WangHailongSupervisor：Prof.YangYusiChang’anUniversity,Xi’an,China 摘要随着地球人口数量不断攀升、各国发展水平及居民生活水平的提升，用水需求不断增加，水资源供应日趋紧张，有限的水资源和用水需求不断增长之间的矛盾更加突出，高效利用水资源，建立健全科学的水资源管理体系，走节水的发展模式才是人类可持续发展的基本保障。我国是一个缺水的国家，长期以来在生产和生活领域依然存在着严重的水资源浪费现象，水资源利用率不高，管理体制机制不够健全，随着经济的快速发展和城镇化的不断推进，供水管网改扩建频繁，管网结构越加复杂，规模越加庞大，管网漏损问题更加突出，一方面，不仅浪费了优质水资源和供排水设施的投资，加剧了供求矛盾和供需成本，同时也影响了供水企业的经济效益，另一方面，管网漏损会对管道基础和地下公用设施造成损坏，影响供水管网及其它地下管线的安全可靠性。深入系统的研究分析管网漏损的现状问题，加快漏损控制技术研究，提出并逐步实施科学、系统的漏损控制策略和经济有效的管理手段，对于城市节水和实现可持续发展意义重大。（1）深入、全面分析研究漏损原因，为漏损控制提供依据；提出通过组分分析法，量化漏损各个组成部分，有针对性的进行漏损控制（包括管理漏损和物理漏损）；并提出漏损控制系统化解决方案。（2）对漏损控制方法进行分析，对检漏的基本原理和方法、检漏仪器以及设备的发展进行分析阐述；提出通过供水管网多级区块化进行漏损控制，结合EPANET进行计算机模拟计算，对区块化进行漏损控制的效能进行模拟研究，重点就区块化之后设置减压阀进行压力调控和DMA管理对于降低漏损的作用进行研究。（3）对基于建模的漏损控制基本理论进行研究，对基于流量的供水管网水力模型和基于压力驱动的供水管网水力模型在漏损控制中的作用进行比较分析，对基于压力驱动的管网水力模型优化法指导漏损控制原理进行分析，对其建立过程进行论述，并对其漏损控制效能进行理论研究。（4）针对漏损控制这一系统性的问题，提出开展水平衡分析，给出了水平衡分析的应用条件和开展步骤；将水平衡测试应用于供水管网漏损控制，对其实施思路、基本条件和流程进行理论研究；引入审计的理念，提出在供水企业开展水量审计，给出了其设计类型、实施条件，对其流程进行理论分析研究，从技术和管理层面进行i 漏损控制。以上海自来水奉贤有限公司为例，对水平衡分析系统在管网漏损控制中的成效进行验证。希望为供水管网漏损控制提供借鉴。关键词供水管网；漏损控制；检漏；区块化；水量平衡分析；供水管网建模；ii AbstractWiththesharplyincreasingofworld’spopulation，globalclimatechangeandtheneedsofdevelopmentincreaseofthecountries,theglobalwatersupplyincreasinglynervous,waterthemostbasicsurvivalresourcesoftheearthisfacingthecrisisofexhaustionandworsen.Thecontradictionbetweentheincreasingdemandofthedevelopmentofhumansocietyandtheexhaustionoftheexistingwaterresourcesaremoreandmoreserious,thereisnotimetodelaytheroadofthefully,themoreeffectiveutilizationofthewaterresources,ascientificmanagementofwaterresources.Ourcountryisawater-shortcountries,foralongtimeinproductionandlifefield,therestillexisttheseriousphenomenonofwaterresourceswaste,watermanagementsystemandmechanismisnotenoughandperfect,withtherapiddevelopmentofeconomyandtheadvancementofurbanization,theurbanwaterdemandincrease,andpipenetworkstructuremorecomplicated,thescaleofpipelinemoremassive,pipelineleakagemoreserious,ontheonehand,Itisnotonlyawasteofwaterresourcesandwatersupplyanddrainagefacilitieswhichisinhighqualityofinvestment,increasingcontradictionsbetweenthesupplyanddemandandcostofsupplyanddemand,butalsoaffectstheeconomicbenefitofthewatersupplyenterprise,ontheotherhand,leakagewilldamagebasisofundergroundpipelineandthepublicfacilities,affectthesafetyandreliabilityofwatersupplynetworkandotherundergroundpipeline.Especiallyinthecityofwatershortage,onehandisthesituationofinsufficientwaterresources,ontheotherhanditisthewastephenomenonthathighqualitywaterresourceswithoutusing.Soitisofgreatsignificanceforthewatersavingandsustainabledevelopmenttoconductthesystemicresearchandanalysisofthepipelineleakage,putforwardandgraduallyimplementsystemicleakagecontrolstrategy,economicandeffectivemanagementmeans.(1)Thereasonofleakageisanalyzedcomprehensively,andtoprovidebasisfortheleakagecontrol;andtheapproachofcomponentanalysisisproposedtoquantitativeeverysectionsofleakage,andtomaketargetedleakagecontrol(realleakageandapparentleakage);andputforwardsystematicsolutionsofleakagecontrol.iii (2)Theleakagecontrolmethodisanalyzed,methodologyandbasicleakdetectionprinciple、thedevelopmentofleakdetectionapparatusandequipmentarediscussed;multistageblocksisproposedtocontroltheleakage,andcombinedwithEPANETsimulation,theeffectofmultistageblocksincontrolleakageissimulated,andtheeffectofpressurecontrolwithpressurereducingvalve、DMAmanagementafterthemultistageblocksisstudied.(3)Theroleofhydraulicmodelintheleakagecontrolwasanalyzed,thetraditionalhydraulicmodelbasedontheflowofthenodeandthepressure-drivenhydraulicmodelofthenodewascompared,andtheirroleinleakagecontrolofwatersupplynetworkwasanalyzed.Particllarlythebuildprocessofpressuredrivehydraulicmodelwasanalyzedandit’seffectivenessinsystemicleakagecontrolwasstudy.(4)Theideaofwaterbalanceanalysisisproposedtodevelopleakagecontrolwhichisasystematicproblem,applicationconditionsandstepsofwaterbalanceanalysisaregivenout;thewaterbalancetestisusedinleakagecontrolofwatersupplynetwork,andthedesigntype、implementationconditionsandprocessarestudied;theconceptofwaterauditisintroduced,themethodofwaterauditisproposedinthewatersupplyenterprises,andthedesigntype、implementationconditions,andtheprocessisstudied,tocontrolleakagewithtechnicalandmanagemethods.TakeShanghaifengxianCo.,LTDasanexample,theeffectivenessofwaterbalanceanalysissysteminleakagecontrolwasverified,hopingtoprovidereferencetotheleakagecontrolofwatersupplyenterprises.Keywords:watersupplynetwork,Leakagecontrol,Leakagedetection,DMA,waterbalanceanalysis,hydraulicmodelofwatersupplynetworkiv 目录第一章绪论................................................................................................................11.1课题背景.................................................................................................................11.2我国供水管网漏损现状.........................................................................................11.3供水管网漏损控制的意义.....................................................................................31.4供水管网漏损的分类和原因.................................................................................41.4.1管网漏损的形式..........................................................................................41.4.2漏损的主要原因..........................................................................................51.4.2.1物理损失的组成...............................................................................51.4.2.2管理损失的组成...............................................................................51.4.2.3漏损的原因分析...............................................................................61.5国内外漏损控制研究现状.....................................................................................81.5.1供水管网分区..............................................................................................81.5.2压力调控......................................................................................................81.5.3水力模型与探测技术相结合......................................................................81.5.4水平衡分析..................................................................................................81.5.5管网漏失仪器检漏法..................................................................................91.5.6地理信息系统（GIS）和SCADA系统...................................................91.6本文研究的主要内容和创新点...........................................................................10第二章供水管网仪器检漏法....................................................................................112.1漏损的特性...........................................................................................................112.2检漏的基本类型和原理.......................................................................................122.2.1音听法........................................................................................................122.2.2探地雷达（法）........................................................................................122.2.3相关检漏仪（法）....................................................................................132.2.4区域普查及漏点定位法............................................................................132.2.5气压检漏法................................................................................................142.3爆管预警系统.......................................................................................................142.4案例研究...............................................................................................................15第三章基于供水管网区块化的漏损控制.................................................................163.1供水管网区块化的目的.......................................................................................163.2区块化的内涵.......................................................................................................163.3区块化现状...........................................................................................................163.4区块化的设计原则...............................................................................................173.5区块化实现漏损控制...........................................................................................193.6DMA.......................................................................................................................203.6.1DMA的概念...............................................................................................203.6.2DMA与区块化的区别和联系...................................................................213.6.3DMA实施必备条件...................................................................................213.6.4DMA核心...................................................................................................223.7压力调控...............................................................................................................22 3.8案例研究...............................................................................................................253.9结语.......................................................................................................................28第四章基于供水管网建模的漏损控制.....................................................................294.1供水管网模型的概念和管网建模目的...............................................................294.2供水管网模型的类型...........................................................................................294.2.1基于流量的需水量模型............................................................................294.2.2基于压力的需水量模型............................................................................314.3基于供水管网水力模型校核的漏失检测原理...................................................324.4供水管网模型指导漏损控制...............................................................................33第五章水平衡分析...................................................................................................345.1水量平衡（分析）的内涵...................................................................................345.2水平衡分析的意义...............................................................................................345.3水平衡分析...........................................................................................................345.3.1供水系统水量分解....................................................................................355.3.2水平衡计算表的各个组分........................................................................355.3.3水量平衡计算步骤....................................................................................365.3.4管网数据搜集............................................................................................375.3.5水量数据收集............................................................................................375.3.6系统综合评价............................................................................................385.3.7评价结果进行分析....................................................................................395.4水平衡测试...........................................................................................................415.4.1水平衡测试特点和原理............................................................................415.4.2开展水平衡测试的基本条件....................................................................425.4.3水平衡测试用于漏损控制........................................................................435.4.4案例研究....................................................................................................455.4.5结论............................................................................................................505.5水量审计...............................................................................................................505.5.1水量审计....................................................................................................505.5.2水量审计类型............................................................................................515.5.3国内外水量审计发展................................................................................515.5.4供水企业开展水量审计的条件................................................................51（2）管网数据...........................................................................................52（3）用户数据...........................................................................................52（4）与相关单位的沟通协调...................................................................52（5）其它数据...........................................................................................525.5.5水量审计的社会效益和经济效益............................................................525.5.6水量审计的设计流程................................................................................535.6案例研究..............................................................................................................545.7结语.......................................................................................................................60第六章结论与建议...................................................................................................616.1主要结论...............................................................................................................616.2建议.......................................................................................................................61 参考文献......................................................................................................................63攻读硕士学位期间参与的课题和发表的文章.............................................................67致谢.............................................................................................................................68 长安大学硕士学位论文第一章绪论1.1课题背景据估计地球上水的总体积约为13.8亿立方米。表面虽然有71%的面积被水覆盖，但其中海洋水占了97.5%，淡水资源非常有限，只占总水量的2.5%，且主要分布在南北两极的冰雪中。目前人类可以直接利用的只有地下淡水、湖泊淡水和河床水，三者总和约占地球总水量的0.77%，除去不能开采的深层地下水，人类实际能够利用的水只占地球上总水量的0.2%左右。水资源的分布也很不均衡，约65%的水资源集中在不到10个国家里，而人口占世界总数的40%的80个国家却严重缺水，另外26个国家的水资源也[1][2]很少。1977年3月联合国用水协会曾发出警告说：“水不久将成为一个深刻的社会危机，石油危机之后的下一个危机便是水的危机。”我国水资源总量为28124亿m³，位居世界第六位，由于我国人口众多，人均占有量低，随着人口总数的不断增长，缺水现象越来越严重，2000—2009年平均，我国人均淡水资源为2160m³，约为世界人均占有量的1/4，是美国的1/5，加拿大的1/50，位居世界第110位，扣除不能利用的淡水资源，可供利用的人均淡水资源仅为900m³，成为严重缺水国家，被列入世界12个贫水国家名单。现在全国每年缺水约400亿m³，其中全国城市年缺水量为60亿m³。655个城市中，已有400多个存在不同程度地缺水，全国已有16个省(区、市)人均水资源量低于严重缺水线。其中宁夏、河北、山东、河南、山西、江苏6[3]省区人均水资源量低于500m³，为极度缺水地区。我国西北、华北以及某些沿海地区[4][5][6]受水资源匮乏的影响，使这些地区的经济发展受到严重的制约。水资源短缺是国际社会普遍存在的问题，缺水情况已经成为当前制约我国经济和社会可持续发展的突出问题。2011年初的中央一号文件《中共中央国务院关于加快水利改[7]革发展的决定》提出在“十二五”期间实行最严格的水资源管理制度并建立用水效率控制制度。将全世界都关注的“节水”这一话题提上了真正规划日程。输配水管网系统作为水量输送的重要载体，深入研究其漏损成因，控制并显著降低其输运送途中的水量损失非常重要；对于输配水管网系统的设计、规划、管理以及研究人员而言，致力于输配水管网系统漏损控制问题的研究已经刻不容缓。1.2我国供水管网漏损现状●根据住房和建设部2008年按省统计城市（公共供水）的漏损率和中国水协2009年1 第一章绪论按省统计的漏损率（2008年度）见表1.2。表1.2：各省供水漏损率序号城市名称建设部年报（%）水协年报（%）1全国15.217.662北京16.216.823天津15.210.324河北15.118.355山西11.413.636内蒙18.122.667辽宁32.732.148吉林29.937.719黑龙江21.720.9010上海10.217.4711江苏11.712.7512浙江13.813.5913安徽19.928.3314福建10.621.2815江西19.721.2216山东10.716.7517河南20.123.3318湖北15.524.4819湖南17.819.7420广东14.113.6121广西14.415.5422海南1417.3223重庆8.915.4324四川13.221.1325贵州14.819.9126云南14.323.0727西藏9.251.0028陕西12.614.7529甘肃8.28.6230青海21.626.2031宁夏11.913.0132新疆9.915.39根据来自住建部的统计资料分析显示，全国630个城市，漏损率超过12%以上的城市369个，占统计数58.6%。其中最高的是辽宁的凤城，达64%。全国31个省中，最高的是辽宁，达到31%；其次是吉林，达到30.8%；排第三位的是安徽，达到21.5%。2 长安大学硕士学位论文根据2008年城市供水统计年鉴，我国666个城市的平均漏损率为17.61%，666个城市的单位管长漏失量平均为2.02m³/km/h。2008年全国城市供水漏失总量为59.55亿m³，相当于近16座供水量100万m³/d的特大型水厂的一年供水总量。●据中国水协统计年鉴统计我国城市供水平均漏损率如下（表1.1）：表1.1：我国城市供水平均漏损率年份200020012002200320042005200620072008漏损率(%)15.6116.0716.7117.9216.8218.0218.6317.6117.66我国城镇供水管网系统中的漏损率普遍在15%—20%，其中有相当一部分城市供水系统的实际漏损率在20%以上。城市供水系统整体漏损情况比较严重，漏损水平与发达国家相比，属于中等偏下，而且地区差异较大。1.3供水管网漏损控制的意义供水管网是城市赖以生存和发展的重要基础设施，它的运行、维护及管理水平的高低已成为城市可持续发展的重要前提条件。应用科学技术方法，降低供水管网漏水，是缓解我国水资源短缺，保障社会和经济可持续发展的重要科学技术路线，具有重要意义。（1）自来水是通过取水、管线输水、水厂处理、管网输配水的系统工程，其建设周期较长，修建和运营需要投入大量人力、物力和资金，尤其是跨区域取调水工程，投资、运行和维护费用更高，漏损无疑将会造成严重的直接和间接经济损失。管网漏损[8]率过高，就会造成投资浪费，增加供水成本。（2）管网漏损不仅使处理水白白流失，也增加了水被二次污染的机会，影响供水的可持续性和安全保障。同时，管道漏损会影响其它地下基础设施，严重者会影响路面交通，给社会生活带来不便。（3）《国务院关于加强城市供水节水和水污染防治工作的通知（国发[2000]136号）》文件要求各级政府加强和改进城市供水、节水工作。建设部2002年制定了“城市供水管[9]网漏损控制及评定标准(CJJ92-2002)，用于城市供水管网的漏损控制及评定。“城市[10]供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标”中明确提出的目标之一就是严格控制“城市供水管网漏损率”，要求“到2010年应不大于12％，2020年大中城市的管网漏损率应控制在10％以下”。2011年中央一号文件“关于加快水利改革发展的决定”就明确提出要建立最严格的水资源管理制度，建立水资源控制制度和用水效率控制制3 第一章绪论度。综上所述，国家为了解决城市缺水，制定大量大规模水利工程，给缺水城市调水，而花费巨资供给城市的优质水资源却白白浪费掉。因此进行供水管网漏损控制，显著降低漏损率不仅有许多经济价值，可以减少对水量的需求，有助于经济社会可持续发展，同时还可以减少对大自然的认为干扰，为人类营造一个舒适的生存环境。本文按照国家建设部提出的供水管网漏损控制目标要求，以“十二五”国家水专项课题为依托，结合上海市自来水奉贤有限公司的科学技术发展规划，以奉贤供水区域为技术应用和实践对象，开展基于水平衡的供水管网漏损控制技术研究和工程应用实践，取得了良好的漏损控制和示范效果，为供水管网漏损控制技术现代化发展提供了实践应用经验。2奉贤位于上海市南部，全区面积约704.94Km，人口约80万，上海自来水奉贤有限公司是一家集原水供给、净化及自来水制水、输配和销售服务、工程管理于一体的供水企业。属于典型的城乡统筹供水模式，目前供水能力约45万m³/d，下属共三个水厂，一水厂供水能力5万m³/d，二水厂供水能力10万m³/d，三水厂供水能力30万m³/d。区块化之前全区共有18个乡镇水厂负责各自所属的区域供水，大多采用自有地下水源。公司组建以来，统一铺设管网从黄浦江引水到一、二、三水厂，三个水厂各自供水区域内形成大的环状管网，之间通过联络管相连，联络管装有流量计计量区域馈水量，形成总环。三个水厂分别向基层18个乡镇水厂供水，将原有乡镇水厂改造为加压泵站，从总环向各个乡镇水厂供水，并装表计量供水量，各个乡镇边界连接较少，仅设置必要的应急联络管，乡镇管网多位树枝状，继续逐级安装水表或流量计，各个乡镇内部继续实施DMA（分区计量），形成供水管网区块化格局，开展多级水平衡测试，漏损控制效果明显。见表1.3.表1.3:2007年—2011年漏损率年份20072008200920102011供水漏损率（%）45393529231.4供水管网漏损的分类和原因1.4.1管网漏损的形式产销差包括物理漏损、管理漏损、授权免费水量；漏损分为物理漏损和管理漏损。物理漏损是管网的实际漏损；管理漏损即表观漏损，包括计量误差和非授权用水。4 长安大学硕士学位论文1.4.1.1管网漏损主要存在明漏和暗漏两种形式（1）明漏是指易于被发现的漏损，包括爆管，具有突然性和漏水量大等特点。（2）暗漏是很难发现的管道漏水。大多是无法探测到的暗漏点，受检漏设备和仪器的局限，当其转化为明漏被发现的时候才进行控制，一般持续时间长，累积漏损量大。（3）其他漏损主要指管理漏损，表现在供、用水计量的误差、免费用水、非授权用水（用户偷、盗水）等造成损失。图1.1：典型的供水系统漏损水量1.4.2漏损的主要原因1.4.2.1物理损失的组成输配水主干管的漏损：发现的渗漏和爆管，通常流速比较大，短时间内可被发现；未发现的漏损和爆管：通常流速适中，渗漏时间较长，通过主动检漏才可以定位；背景漏损，通常发生在管道节点和配件处，流速很小不容易探测到，渗漏持续不间断。水厂蓄水池（调节构筑物）的渗漏和溢流：加压泵站，水池、水箱、水塔等调节构筑物和阀门、消防栓的渗漏及溢流。用户连接管的漏损：包括背景漏损、发现和未发现的漏损、以及未知的漏损。1.4.2.2管理损失的组成管理损失主要包括非授权用水量（非法连接，滥用消防栓和消防系统，抄表人员的腐败行为，打开边界阀门取水等）抄表误差、计量误差和数据处理误差。5 第一章绪论1.4.2.3漏损的原因分析从漏损的类别入手，对造成漏损的原因进行分析，主要包括物理因素和管理因素：（1）管材原因[11]目前我国供水管网管材品种繁多，进货渠道不统一，质量参差不齐。灰口铸铁管刚性较强，易断裂、爆裂；有钢筋骨架的管道和钢管易被腐蚀穿孔而发生漏水；塑料管易老化而发生爆裂漏水；玻璃钢管抵抗外力性能差，球墨铸铁管弹性好自身不容易发生损坏漏水。（2）管网改造滞后城市中不少输配水管道都是20世纪80年代以前敷设的，管材管件陈旧、年久失修，[12][13]为漏损控制埋下了隐患。特别是60~70年代建造的城市供水管网，水压普遍低于0.2MPa，随着城市快速扩展，管网不断扩建和延伸，为满足末端压力需求，供水企业[14]将出厂水压提高到0.4~0.6MPa，旧管网超负荷运行，导致漏损严重，爆管事故频发。（3）管道接口原因在接口刚性太强的情况下，承口处产生弯矩和剪力过大，即发生接口开裂，引起漏水，严重的会导致爆管。接口施工差，有的管道竣工后不进行试压，也有可能导致管道正常工作时出现接口漏水。如石棉水泥接口敲打不密实橡胶圈就位不准确或不密实等，[15]都会埋下管道发生漏损的可能。（4）施工原因目前，对供水管网施工人员没有特殊的技能要求，施工队伍参差不齐，施工质量难以保证。其它如排水管道和电缆、热力管道、燃气管道等施工对供水管线造成破坏。（5）管道腐蚀原因管网水中保持有一定的余氯，对金属管道（铸铁管和钢管）易发生腐蚀；同时，管道周边土壤环境中的电腐蚀等因素也会造成金属管道发生腐蚀，使管壁变薄、强度降低，甚至引起局部穿孔漏损，增加漏水机率，严重的则发生爆裂。（6）温度变化原因温度随着一年四季的不同而作周期性的变化，管道所受的温差应力也随着温度的变化而作周期性的改变，天气变暖时（夏天），管道受轴向压应力；天气变冷时（冬天），管道受轴向拉应力。因此管道受温变应力（交变应力）影响，长期运行，会发生疲劳断裂。管道的抗压强度均大于抗拉强度，因而管网冬天漏损比夏天多。特别是聚乙烯管道，[16]受温度影响发生纵向回缩，与金属管道连接处发生漏损的情况更为严重。6 长安大学硕士学位论文◆温变应力管道随温度的变化会发生伸长或收缩，在管壁上产生轴向应力，称之为温差应力或温变应力。根据线性膨胀定律和胡克定律可推导出温差应力计算公式：（1.1）式中—管材的线膨胀系数（m/(m•℃)）；—管材的弹性模量（Pa）；—温度变化的差值（℃），升温时取正值，降温时取负值。显然，温度上升时，，则，管道受轴向压应力；温度下降时，，则，管道受轴向拉应力。（7）管网压力、爆管和运行不当管网发生爆管和漏水的几率随运行压力的增大而增大。实际运行中，由于水泵机组突然失电或其他原因，造成开阀停车时，水泵及管路水流状态发生突变引起压力递变，即停泵水锤，形成的高压超过管道承压就会发生爆管事故。（8）沉降及载荷原因管道铺设地质条件和施工基础差异，在管道自身重力和覆土重量作用下会产生不均[17]匀沉降；管道埋深过浅或荷载过重都将增加管道荷载；这些都会引起管道漏损的发生。（9）供、用水计量问题出厂流量计计量不准确，用户水表质量不合格或年久失修造成计量不准，用户大口径表小流量问题，导致实际用水大于计量。（10）户盗水问题用户盗水主要表现为：水表旁通，对水表进行改造，故意损坏水表等使计量水量低于实际用水量；抄表员以人情水，少抄、低估等的腐败行为；用水户表内滴水，导致水表不计量。（11）供水企业自身浪费问题供水企业对自身生产用水和管道、设备冲洗用水不进行计量，并以存在一定的用水浪费现象。（12）检漏管理与技术问题有些供水企业由于没有建立有效的检漏队伍，缺乏严密管理制度经济责任制，缺少先进的暗漏检测设备和技术，导致漏损率不能有效控制。7 第一章绪论1.5国内外漏损控制研究现状目前，世界各国都将漏损控制作为一项重要的课题进行研究，国际水协（IWA）每届的水大会都将漏损控制列为重要的一部分。发达国家对管网漏损控制非常重视，注重检漏设备和仪器的研发，并针对漏损控制成立了学术研究机构，漏损控制成效也是非常显著。发展中国家对此也给予了足够的重视，结合自身特点对漏损及其控制问题进行研究，但是由于受到自身经济发展水平、资金、管理体制和相关法律法规等问题的限制，漏损控制水平远不及发达国家。国外漏损控制较为理想的国家如日本、英国，主要通过实施DMA和检漏，水力模型（WDM）与探测技术结合法，注重检漏仪器的研制和更新，以及基于管网建模的漏损控制研究。供水管网漏损控制系统化解决方案如图1.2所示：1.5.1供水管网分区首先进行供水管网区块化，目的是为了方便进行流量和压力管理，漏损定位更加快捷，大大提高检漏效率。1.5.2压力调控供水管网中压力分区、压力控制原理相同，通过合理的管网分区之后，在各个分区有针对性地实施压力调控，采取局部增压和减压的方式，如果分区压力过高，可以在分区入口安装减压阀，可根据全天不同时段压力需求的不同进行压力调控。如果分区压力过低，可以进行局部增压，增设加压泵站等措施，确保压力满足用户需求。如果整个城市的供水管网是一张大的系统，没有进行分区，管网在运行的时候压力往往要满足最不利点的需求，即就是地势最高点，在地势变化较大的城市，为了满足局部的压力需求而造成大部分区域在超压状态下运行，不仅增大了背景漏损水量和爆管发生的频率，对管网寿命会有严重影响。所以实施压力调控是系统性的降低物理漏损的有效措施。1.5.3水力模型与探测技术相结合建立供水管网模型，通过模型优化法，根据模拟结果找出漏损较大的分区，建立该分区的全模型，结合现场测试进行检漏工作，控制漏损。1.5.4水平衡分析水量平衡分析不仅可以评估和量化管网的物理漏损量，指导物理漏损控制，同时可以评估和量化管网的管理损失水量，是系统性的漏损控制技术和管理方法。8 长安大学硕士学位论文1.5.5管网漏失仪器检漏法在通过管网分区，管网建模，水平衡分析确定漏损区域，并使漏损定位的区域达到做小，最后进行检漏来查找具体的漏点并进行及时修复。使用检漏仪器进行漏损检测也是最直接有效的物理漏损控制措施，针对漏点，直接进行检漏并及时修复，已经成为供水企业日常管理和运营中不可缺少的一部分，最大的不足就是只能修修补补，不能够系统性的进行物理漏损的控制。1.5.6地理信息系统（GIS）和SCADA系统管网地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是利用GIS技术，[b]实现管网空间数据、属性数据和拓扑关系一体化管理的计算机系统。侧重于对管网静态信息的管理，能够为管网系统提供必要的地理数据和图形支持。供水管网SCADA（SupervisoryandDataAcquisition）系统，即数据采集与监控系统，是以计算机为基础的生产过程与调度自动化系统。侧重管网实时压力和流量等动态信息的显示和管理。GIS和SCADA系统虽然不能直接控制管网漏损，但能够对突发事故进行快速决策和抢修提供支撑，由于供水管网多埋于地下，且相邻管线错综复杂，GIS系统可以帮助水司完善管网资产管理。通过SCADA系统传回的流量和压力信息快速锁定事故区域，第一时间确定最优的应急方案，将影响范围减到最小，避免事故进一步扩大。图1.2：漏损控制系统化解决方案9 第一章绪论1.6本文研究的主要内容和创新点本文针对供水管网漏损的现状和原因，总结漏损控制研究的基础上，进行了大量的分析研究、模拟和计算，主要完成了以下方面的工作：（1）对供水管网漏损的原因进行系统、全面分析阐述，提出通过组分分析法，量化漏损各个组成部分（物理漏损和管理漏损），有针对性的进行漏损控制。并对我国供水管网漏损现状进行分析阐述，以上海自来水奉贤有限公司为实践对象，对其漏损现状进行调查分析；对其漏损控制成效进行分析。（2）对各种漏损控制方法的原理和特点进行深入分析，提出漏损控制系统化解决方案，提出对物理漏损和管理漏损进行控制的具体措施。对仪器检漏的方法和原理进行深入分析，对其特点和优缺点进行阐述，结合目前国内供水企业实际和经济状况，认为企业目前应该采用检漏棒为主进行检漏，并对其检漏效果进行案例研究。（3）对基于流量的供水管网水力模型和基于压力驱动的供水管网水力模型在漏损控制中的作用进行理论比较分析，对基于模型优化法的系统性漏损控制效能进行理论分析研究。提出通过管网分区进行漏损控制，对分区的原则和分区方法进行深入研究，通过分区设置减压阀进行局部压力调控，减少背景漏损，通过EPANET模拟计算，对分区之后实施压力调控管网压力改善所带来的漏损控制效果进行分析研究。（4）提出开展水平衡分析，对水平衡分析在漏损控制中的效能进行重点研究，对其流程和实施步骤进行分析，并对水平衡测试实施思路、基本条件和流程进行理论研究，对其漏损控制功能进行案例研究分析；提出供水企业开展水量审计的观点，给出了其设计类型、实施条件，对其流程进行理论分析研究，通过案例研究验证了水量审计强化水司管理和漏损控制的作用。10 长安大学硕士学位论文第二章供水管网仪器检漏法2.1漏损的特性如果供水管网中存在漏洞，漏损将会持续进行，漏失总水量会随着漏失时间的持续而增大，直到漏点被发现并准确定位，最终将其修复。地下的漏损可能持续数月或者数年而不被人发现。因而，必须确保最大可能的缩短漏损发现、定位、修复的时间。如图2.1所示为漏失水量与时间的关系。所以进行供水管网检漏显得尤为重要，提高检漏水平，避免造成大量自来水白白流失，成了每一个供水公[18]司的重要工作之一。图2.1：漏损水量随时间的变化关系发现—发现漏损存在所需要的时间；定位—准确定位漏点所需要的时间；维修—进行漏点修复所需要的时间；仪器检漏主要是对漏水声及其发生的声波和反射波进行侦测来定位漏点。我国供水管网主要有钢管、铸铁、球墨铸铁、预应力混凝土、塑料等，其中塑料管材应用越来越广；然而，在塑料管材中声音信号的衰减较快，所以塑料管材的自[19]来水管网检漏又面临新的挑战。检漏主要是针对管网物理漏损而进行控制的方法。根据漏水冒出地面之前或者之后进行检漏分为主动检漏法和被动检漏法。供水企业应当以主动检漏法为主，进行主动漏损控制。11 第二章检漏2.2检漏的基本类型和原理2.2.1音听法音听法应根据探测需要选择使用阀栓音听法、地面音听法或钻孔音听法。使用的设备通常有听漏棒、薄膜听漏（听漏饼）、电子放大听漏（仪）。（1）听漏棒最早出现的检漏仪器是听漏棒，它架构简单，只需要一个带有尖头的金属棒和一个类似小碗状的接听头部，用于查听管件、消火栓或入户接口。听漏棒没有声音增强，受外界环境噪声影响较大，仅靠它来确定漏点是很困难的。（2）薄膜听漏20世纪60年代出现的电子耳以使听漏的声音增强，但其工作原理和听漏棒相同。薄膜听漏仪使得漏点精确定位更进一步。它是利用了一个吊有重块的薄膜，该薄膜可以对极微弱的大地振动产生相应的反应，然后通过一个胶皮管传向捡漏人员的耳朵，它实际上就是一个机械的声音增强器。（3）电子放大听漏（仪）更进一步的听漏仪器就是电子放大听漏仪，主要由传感器、电子放大器和耳朵组成。利用传感器将地面震动声音转为音频电压输出，然后通过电子放大到用耳机可以听到的音量。配合听漏棒确定漏水管段之后进行精确定点，通常夜间工作效果更好，可以排除外界干扰声源，准确捕捉漏水声信号。2.2.2探地雷达（法）20世纪80年代中期，日本成功开发地表雷达，利用无线电波对地下漏水情况进行探查，可用图像显示地下管道及其漏水孔周围的情况。地表雷达分辨率极高，可实现漏水点的精确定位，非常直观，但是一次搜索范围极小，只能与漏失检测仪器配合使用。在塑料供水管道检漏中，与传感器置于供水管外的相关仪检漏相比也有优势；但是，探地雷达的电磁波回波图形信息必须由接受过特殊训练并有实际经验的工程人员来加以解析，通过数字仿真，可以快速辨识雷达图像，确定漏点[20,21-23]。所以，探地雷达在供水管网检漏方面虽未普及应用，但其应用将会随塑料管材的推广而越来越广。12 长安大学硕士学位论文2.2.3相关检漏仪（法）20世纪80年代中期，英国、美国、法国、日本等国相继开发成功了金属管道传声的相关检漏仪。抗外界噪声能力强，可实现漏电精确定位，利用漏水声音传到两个传感器时间差来确定漏水点，即当管道漏水时，在漏孔处会产生漏水声波，沿管道向远方传播，通过放置在漏水点两侧阀门或消火栓上的传感器探测漏水声信号（见图2.2），有相关仪主机接收而确定漏水点位置。漏水点发出的漏水声会以一定的速度沿管道向两侧传播，先传到左侧A点，后传到左侧B点，这样就产生了时间延时（即时间差），相关仪采用相关分析技术就可以确定此时间差，从而计算出漏水点的位置。图2.2：相关仪的工作原理图DVTdLx（2.1）2Lx—漏点距传感器A的距离D—相关距离（两个传感器之间的管道长度）V—声波在管道中的传播速度（管材、管径）Td—漏水声波到达两个传感器的延迟时间目前新型的集漏水预定位和精定位于一体的多探头相关检漏仪，一台主机配备多个探头，可同时多次对同一漏点进行定位。2.2.4区域普查及漏点定位法我国自1996年以来经过在全国300多个大中小城市的检漏实践，逐渐形成了听音法和相关检漏法等主动检漏方法，取得了一定的成效。但是这种检漏方式只能单纯的查找漏水点并修复，缺乏系统控制漏损的概念，单纯依赖仪器听漏，检测周期长，效率较低。区域泄漏普查法是由多探头相关仪系统实施和完成的，作业时将多台记录仪安装在管网上不同地点的消火栓、闸阀或其它管道暴露处，按预设时间（如夜间13 第二章检漏2:00—4:00，该时间段外界背景噪声最低且用户用水量最低）同时自动开/关记录仪，可记录管道各处的漏水信号，然后将记录仪所记录的数据下载到计算机，由系统软件自动建立模拟管网图，快速综合搜索程序可找出管网中漏点的大体位置，输入管道参数进行最终相关后得出漏点的准确位置。区域普查及漏点定位一次可对区域泄漏进行普查和漏点精确定位；一次可确定多个漏点。测试面积大，只需一次测试就能完成预定位和精定位；测试时不需要管段参数，可发现漏水区段；既可以像常规相关仪一样使用，又能配备多个探头用于大面积普查，一次可确认多个漏点；检漏速度快，减少劳动强度，提高检漏效率。2.2.5气压检漏法在燃气管网中使用H2Lux设备查询漏点是经过多年实践证实的可靠查询方法，在此基础上，扩展到采用示踪气体对供水管网进行漏点定位。H2Lux因其反应灵敏、精确，非常适于快速查找微小漏点。示踪气体有着较低的比重和独特的分子结构，因此它具有迅速穿透所有介质材料（如混凝土、瓷砖、柏油等）并垂直上升的特性，由此便可使用H2Lux对其进行追踪。为了确定漏点位置，应先将待测管道内充满示踪气体。失踪气体将会在管道泄漏处逸出，从而在地面上确定漏点位置。例如，新建的供水管道在投入使用前必须经过严格的验收证明其无泄漏，这样才能安全投入使用，目前国内普遍采用“打压实验法”来进行气密性检查，然而，用此方法虽然能判断管网中是否有漏，但却不能确定漏点的准确位置，而失踪气体法就可以解决这个问题。示踪气体不是完全由氢气组成的，而是由5%氢气和95%氮气组成的混合气体。这种混合气体无毒、环保、无腐蚀、不易燃。该系统适用于管径50mm以下、内壁光滑的管道。2.3爆管预警系统水锤是造成管道爆管的重要原因，通过监测管道上的水锤现象，可在很大程度上预防爆管。管道预警系统就是基于此点原理出发。供水管道在泵启闭时经常会有高速水压发生，使管路内部压力于极短时间（小于0.001秒）内产生高达3~10倍正压突波或是负压突波的情况发生，这是造成管线破裂的重要因素，而一般的压力感测指示器、记录器或控制器并无法感测记录至0.001秒的信号。14 长安大学硕士学位论文采用可感测至0.001秒的压力感测元件、微处理机及软体为一体的感测记录装置，以达到连续监控的目的，高速水锤压力即时测量与记录装置可以处理以往短时压力波动无法监控的问题。2.4案例研究某区域属于城乡统筹地区，管材品种繁多，有球墨铸铁管、聚乙烯管、生铁管、水泥管、钢筋混凝土管等，管网漏损率普遍偏高。进行检漏，查处暗漏42处，检漏前后水量数据见表2.1，可以看出，管网之前总供水4849m³/d，检漏修复后供水2363m³/d，减少漏损2486m³/d，当地综合水价为2.8元/m³，挽回直接经济损失6960.8元/d。下表（表2.1）是在水平衡测试期间使用检漏棒进行检漏的数据统计表，通常在夜间外界环境声音干扰很小的时候进行，一般选在凌晨2点到4点实施。目前，就国内供水企业的实际状况和检漏实践来看，检漏棒基本能够满足检漏需求，所以建议供水企业配备检漏棒，既经济又使用方便。表2.1：检漏棒检漏数据统计检漏修复后检漏前水找出暗漏减少漏损序号测试地点三天平均水量(m³/d)(处)(m³/d)量(m³/d)1吕桥村42930131282东风村50120542963庄北村1816831134穗轮村24812831205长堤村2251452806潘垫村2972152827潘南村50121042918柴塘村65221954339杨楼村730190654010烟灯村993626311新村村320170115012姚烃村14511612913芦烃村876112614牛楼村16612424215存古村1229013216长浜村14685261合计4849236342248615 第三章基于供水管网区块化的漏损控制第三章基于供水管网区块化的漏损控制3.1供水管网区块化的目的我国供水管网漏损率普遍较高，这与一张网铺遍整个城市以确保供水可靠性的设计理念密切相关，没有充分考虑到运行过程中出现的问题，使得管网维护管理和漏损控制面临诸多困难。在这种开放式系统中，确定漏损的具体位置和在什么位置开展漏损控制措施就成为一个很大的难题，实施探测效率低、成本很高。所以，将供水系统划分为多个分区，每个分区有一定数量的供水主干管，并在供水主干管上安装流量计对每个区域供水进行计量，实现流量监测。这样才能提升漏损控制的质量和水平，漏损定位才能更加准确地锁定漏损区域。许多城市管网并没有进行区块化，而是通过高效频繁的检漏和修复来维持管网较低的漏损率。实施管网分区，可以有针对性的进行管网压力调控，通过不同的手段操作管网的运行，降低供水压力，调节供水管网流量分配从而达到降低漏损的目的。通过管网区块化，可以大大提升检漏工作效率，缩短检漏时间，控制漏损严重化，便于开展DMA。3.2区块化的内涵区块化（DistributionBlockingSystem，DBS）供水是在供配水管网系统中通过关闭阀门或将管段截断，形成虚拟或实际独立区域，将现有管网的供水主干管或干管与供水支管相互分离，改造成为若干个区域，各区块由供水主干管或干管直接供水，通过各区块内的支管向用户配水，实现输水干管与支管的功能分离,在各配水区块内再次进行区块化，逐层分区，直到用户端。各区域的进水管和出水管上安装流量计和其它管网监测设备，对各区块水量，水压，水质进行监测，实现配水系统水量，水压，水质的有效管理。各区块间设置应急联络管确保供水安全性。管网区块化的示意图如图3.1所示。3.3区块化现状国外城市分区供水起步于20世纪80年代，英国伦敦的给水管网被改造为16个区域，并在各区域内再次区块化，不断细化，现已推进到DMA的阶段。日16 长安大学硕士学位论文[25]本大阪的配水系统由18个中型区块和540个小型区块组成。台湾自来水公司将供水区域内的603万用户划分为6000个DMA分区来提升漏损控制水平。赵[26,27]洪宾教授在国内最早提出区块化的理念,并对分区原则进行了有益探讨。国内区块化供水起步晚，实施分区供水地区较少,有上海、天津、深圳、南京等城市。上海于1999年依据城市中的两条主要河流(黄浦江和苏州河)将原管网划分为市北、市南、浦东和闽行四个大型区块，区块、水厂之间通过双向流量计计量流量，作为费用核算依据。上水奉贤公司在其供水区域之内进行二次区块化，将供水区域划分为18个中型区块，并在各中型区块内部继续建立小型分区，实施MDA管理，探索更加精细化的漏损控制技术和方法。图3.1：配水系统区块化示意图3.4区块化的设计原则供水管网区块化不同于一般概念上的管网并联或串联分区，而是要综合考虑水源性质/数量/位置，城市地形与行政区域，管网规模；经济、社会效益和节能；安全保障、消防和最大时用水需求；各分区进水点数目；水质因素；水量和压力分布；边界的确定以及边界阀门的数量和设置。结合城市发展规划(如规划人口及其分布，规划生活用水量，规划工商业用水量等)对分区的目的进行详细讨论，考虑各城市社会经济发展实际水平，以便达到费用对效果的优化。[28]（1）分区结构和大小：目前对于分区的规模大小大多都是经验总结，Farley17 第三章基于供水管网区块化的漏损控制[29]认为分区应该在2000~5000户，Twort等建议分区大小应介于500~3000户。[30]Mac-Donald等认为理想的分区大小为含有150~200个消火栓、2500根用户管或30km供水干管。我国幅员辽阔，管网结构复杂，管线长，基于现状考虑，可按照管线分为三个层次：输水管分区、配水管分区、层叠式分区，在层叠式分区内部可以考虑用按用户数再分区。（2）分区之间隔离的阀门数量：安装并关闭阀门形成隔离区域是进行区块化不可或缺的步骤。这个过程会影响到被隔离的分区和它周边区域的压力。关闭过多[31]的阀门可能引起水质和运行上的问题。边界线的划定及阀门数的设定应充分利用地理边界和水力边界线，遵循“最小阻力线"原则，使安装、运行和维护的费[32]用最低。（3）进水点数目：在保证供水安全可靠的情况下，进水点数目应尽量少。单点进水有利于设定进水管的位置和确定水压控制点，而多点进水难于确定水压控制点，但事故时容易保证供水安全可靠。从区块的压力控制与管理以及流量监测与管理的角度来讲，选择单点进水方式较合理。（4）水质因素：分区划分之前要进行水质模拟，可以建立管网水质预测模型。分区的建立需要关闭阀门形成永久性边界，会在分区内形成更多的死水区，影响[26]水质，通过定期的管道冲洗可以解决。但区块化之后管网“水龄”变小，水质会有所改善，还可以考虑多级加氯，避免了开放式系统出厂会加氯量过高，末端余氯又不足，水质更加稳定。分区建好之后还要进行水质监测。（5）压力：管网规划设计水压一般以高远地区为控制点，使供水系统部分区域供水压力远远大于实际需要，导致系统漏点增多，漏失量增大以及造成不必要的能量消耗；较高的运行压力对供水基础设施的使用寿命影响也很大，常常是爆管发生的诱因。可根据不同区域对压力不同的需求实施压力分区，也可对个别压力需求较高的区域实施局部二次增压，或设置减压阀对压力进行调控，尽量避免超压过高而引起的水量漏损和能量浪费。（6）成本效益和节能：作为供水企业，任何决策的制定都要考虑到企业的经济效益，在进行分区的划分以及随后的管理、产销差的控制等都要考虑到公司的成本、预期的经济效益和社会效益。18 长安大学硕士学位论文（7）消防：进行分区要考虑到消防用水量。阀门的设置，在满足正常压力需求[33]的同时，要进行高峰用水或消防用水的模拟，检验是否还能够满足水力条件。3.5区块化实现漏损控制由图（3.1）可以看出，给水系统区块化之后，形成了多级阶梯式计量模式，对各区块实施水量监测，通过逐级记录流量的变化，及时发现水量异常之处，排除计量设备异常和临时取用水状况，对新发生的漏损、爆管进行识别和定位，随后制定检漏方案迅速展开检漏计划并及时修复，极大地缩短了漏损识别、定位和检漏修复的时间，降低漏损并持续维持低漏损水平，达到漏损控制的目的。区块化供水形成的多级分区使管网系统简化，各层功能明确，可在各阶层有[34]针对性的进行漏损控制。配水系统区块化概念图见图3.2，区块化各层级功能及漏损控制功能见表3.1。图3.2：配水系统区块化概念图表3.1：分区各层级功能和漏损控制功能阶层管道与功能区块功能漏损控制方向第一层(大区)主干管(输水)整个区域综合管理水锤等爆管漏损第二层(中区)干管(输水)均衡流量、压力管理压力管理第三层(小区)支管(配水)DMA管理，漏损控制水量平衡管理和检漏19 第三章基于供水管网区块化的漏损控制下面对区块化各阶层改善管网漏损状况的功能进行分析：◆第一阶层：通常为长距离输水，大管径，高扬程，多起伏，压力波动剧烈，而[35]压力的剧烈波动会引起水锤事故和爆管的发生，造成大量水量损失，按照地面标高变化，实施压力分区，进行局部增压/降压，避免了系统压力过高带来的额外漏损，也避免了系统压力高低起伏剧烈波动，便于实施水锤防护措施，维护管网安全，从而有效降低漏损。◆第二阶层：进行管网分区有助于实施长期的管网压力调控，确保分区内进行减压措施，来降低背景漏失、降低爆管发生的频率和管网系统发生爆管和漏损时的漏损量。同时进行压力调控还可以延长管网设施的使用寿命和降低与压力相[36]关的消耗。通常管网优化水力模型都建立在这一层，指导漏损控制方案制定；便于水量，水压管理。这一阶层漏损控制的重点是管网压力管理，分区之后，对于水压过高区域，便于安装减压装置调节水压，减少超压过高而引起的水量漏损。[36]◆第三阶层：是漏损管理的基本单元和漏损控制的核心模块,因其直接面向用户，水量的取用都集中在这一层，水量数据充分，通过实施DMA管理，能迅速排除大的漏点，进行系统性的测试以评估管网状况，对流量实时监测以发现漏水的早期迹象，建立水平衡分析系统，检漏效率高；层内管道修复更换、管网改扩建频繁，分区之后这些管段区域归属明确，进行漏损控制针对性强，易于操作，对整个管网系统影响较小。3.6DMA3.6.1DMA的概念[24]DMA（DistrictMeteringArea,独立计量分区），1980年初，英国水工业协会首次提出，被定义为供水系统中一个被切割分离的独立区域，通常用关闭阀门或安装流量计，形成虚拟或实际独立区域。通过对进入或流出这一区域的水量进行计量，并对流量分析来定量泄漏水平，从而利于检漏人员更准确的决定在何时何处检漏更为有利，并进行主动漏损控制。独立计量分区（DMA）直接面向用户层面。而用户层管线分支较多，管径普遍偏小，接口和管件较多，最容易发生小的漏损和暗漏，漏损和爆管定位比较20 长安大学硕士学位论文困难。通过将管网划分为多个计量分区（DMA）来创建一个永久的漏损控制区域，通过流量监测来量化每个区域的漏损，判断泄漏水平，对新发生的爆管进行识别，检漏可以直接对准漏损最为严重的区域展开，当漏损得到控制时，就要对分区的流量进行持续监测，确保新发生的漏损能够在第一时间被发现。以往的统计和评价管网漏损是以年为周期进行的，供水企业通过产出水量和售水量之差计算管网漏损水量，这种方式只能用来评价供水企业的经营状况，不利于实施漏损控制。可以以天为周期，通过区域24小时的流量变化对管网漏损状况进行评估，这样可以随时发现用水异常，实施漏损控制。通常在白天的时候用户用水量较大，漏损水量占总供水量的比例相对较小，但是在夜间的时候，尤其是后半夜，用户用水量很小，基本为零，排除个别工企业的用水量，漏损水量可以方便确定。通过对夜间流量进行合理分析就可以评价漏损状况，指导漏损控制和检漏（式3.1）。Q入-Q出-∑Q用户=Q漏损(3.1)在输配水管网的分岔口逐级安装水表，计量DMA进水量和出水量，即可得漏损量。通过正确分析流量以判断是否有超常现象来识别新的漏损，并逐级沿线查找漏点，及时修复。3.6.2DMA与区块化的区别和联系（1）从概念上讲，DMA也属于供水管网区块化，是在管网最末端（用户层面）实施的区块化。区块化则是面向城市供水整体区域布局实施的。两者是一大一小，包含和被包含的关系。（2）从目的上讲，区块化主要是为了优化供配水布局、管理和调度，兼有漏损控制的效能；DMA主要是针对漏损控制而进行的区块化，方便水量监测和检漏。3.6.3DMA实施必备条件（1）短期和长期的资金支持：短期之内，需要对管网拓扑结构进行摸底的投资和计划并实施DMA的投资（设备等费用）。长期之内，需要维持系统运行、数据分析、爆管以及漏损定位和维修的费用。（2）DMA设计：DMA设计始终要围绕实施DMA的目标而进行，一是将管网划分为多个分区，通过流量的常态化监测实现爆管和漏损的更准确快速定21 第三章基于供水管网区块化的漏损控制位；二是通过DMA的划分优化压力调控，使得管网在最佳的压力状态下运行。（3）DMA是供水管网最末层的区块化，是在管网层叠式分区内实现的。考虑的因素也包括DMA大小、漏损控制水平、用户类型、地势变化、水质、压力需求、消防能力、所需关闭的阀门数量、实施流量监测的流量计/水表数量、管网状况、大用户的流量计作为DMA外售水的计量设备等。当然最重要的因素就是对用户的影响要将至最小。3.6.4DMA核心（1）压力调控：通过DMA管理，方便对每个区域实施对应的压力调控，使得压力在满足用户需求的情况下超压现象最小化，降低背景漏损和爆管的发生。（2）流量分析：夜间流量分析和夜间最小流量确定可以通过分区流量计或者是水表等流量计量设备直接读取；夜间用户用水量则需要进行估算了，其准确性直接建立在对管网状况、用户类型以及用户用水规律非常清楚的基础之上；选择夜间最小流量进行计量的目的就是为了确定管网的背景漏损水量，因为此时管网的用户用水量达到最小，甚至为零，可以更加方便地确定用户用水量从而得到管网漏损水量（或背景漏损水量）；通过夜间的漏损水量可以计算全天漏损水量。DMA管理流量分析的思路就是这样。3.7压力调控降低并维持管网低漏损的一个很重要的因素就是进行压力调控。压力调控可以定义为“通过调控供水系统压力达到一个最适宜的服务水平。即在确保充分、有效地满足合法使用和消耗的前提下，剔除或减少瞬间压力变化及不适宜的压力控制等级，减少不必要的压力和过压现象等，所有这些引起配水系统漏损和爆管的因素”。在管网漏损控制中，国际水协会（IWA）提出了漏水控制的四个手段，以降低漏损水量，其中之一就是压力调控（图3.3）。进行压力调控有以下优点：（1）延长管网设施的使用寿命；（2）降低爆管发生的频率；22 长安大学硕士学位论文（3）降低管网系统发生爆管和漏损时的漏损量；（4）降低供水能耗；图3.3：漏损控制的四个方面压力是影响漏失的主要原因，压力调控进行产销差调控是最有效、最成功的[37][26]手段。分区之后，管网高压区减少，低压区亦减少，管网平均压力降低，用户服务压力有所提高。压力的剧烈波动会加速管材老化、水锤事故和爆管的发[38]生，区块化可以均衡压力，降低压力骤升骤降发生的可能，起到维护管网的作用，减少了能耗，节约了能源。城镇化的快速推进使得城市供水管网不能适应用户用水需求的提高，造成有的区域压力过高，有的区域压力过低。进行管网分区，使供水主干管或干管功能简化，水头损失减小，整个供水系统平均压力提高，水压过低和过高区域压力得以改善。区块化前区域的各节点水压及其分布分别为H，f(H)，区块化后区域的各节点水压及其分布分别为H"，f"(H")，则区块化前后，水压分布的关系如下：23 第三章基于供水管网区块化的漏损控制分别为区块化前后任意点i的自由水压(m)；；同时，在给水管网系统中，压力是影响漏失量的一个很重要的因素，对背景[29,39]漏失量和总漏失量都有显著影响，孔口漏失公式：(3.5)—漏失系数（与孔口大小、形状、面积有关）；—漏失指数（漏失类型有关）；—漏失水量（m³/s）；—管网平均压力（m）；[31,40]对于各种漏水情况都存在的分区给水系统，压力与漏失量关系的公式如下：Q1—压力调控之前管网漏失水量（m³/d）；Q2—压力调控之后管网漏失水量（m³/d）；H1—实施压力调控前管网平均压力（m）；H2—实施压力调控后管网平均压力（m）；国外研究表明α的取值在0.5-2.5，取决于漏失的类型。如果压力减少1%，[31,39]漏失量大约可以减少1.15%。国内科研机构对漏失量和压力的关系进行实验[25]室模拟研究，得出α值约为1.18。因此得出配水系统压力降低后漏水量的减少量和带来的经济效益如下：24 长安大学硕士学位论文M=△QΧ365ΧE(3.8)为配水系统压力降低后的漏水量的减小量；为配水系统压力改变前的漏水量；M为漏失减少而带来的经济效益(元/年)；E为评价年度售水价格(元/m³)；通过建立管网水力模型进行压力分析，保障分区的设计划分能满足用户的水压要求，以及如何优化压力，从而尽量降低超压现象的发生；可以考虑使用能适应需求变化的流量调节压力控制阀，当用水需求增加时，可以施加较大压力，可是一旦需求下降，例如午夜，就要将压力降下来。3.8案例研究以A地为例，为适应城市发展、改善原管网末端用户水压不足，应对用水需求不断增长而带来的管网建设落后的局面，对原管网进行了改造，形成了二级分区的区块化改造过程，用EPANET模拟管网某一工况下的运行情况，从区块化之后管网压力改善对漏失的影响进行分析。供水量250L/S，水库水经水泵抽2（H=86.67-0.0002408*Q）。见图3.4（注了管段节点编号）和表3.2，3.3（节点和管道属性）。图3.4：区块化改造前管网图图3.5：区块化改造后管网图25 第三章基于供水管网区块化的漏损控制表3.2：区块化改造前管网节点属性节点标高(m)需水量(L/S)节点标高(m)需水量(L/S)2007202038208191547.5159365552210103555638601100表3.3：区块化改造前管道属性管道长度(m)直径(mm)C因子管道长度(m)直径(mm)C因子2300040010093120350100330004001001029003001004310040010011300030010053010300100123200300100630003001001329003001007321020010014100050010083200200100表3.4：区块化改造后管网节点属性节点标高(m)需水量(L/S)节点标高(m)需水量(L/S)左00936552中00103555右0011003820120047.5151300左上2231400左下22215005右上2231600右下22217250左3830182506右383019250上2015202507下205上19108下195由图3.6可知，区块化之前，供水管网呈“田字状”，靠近泵站区域供水压力过大，末端压力不足，通过EPANET模拟结果可以看出，节点2、3、4、5、7、8压力分别为66.89、54.61、55.70、35.46、33.37、35.18，对比当地需求压力18m，26 长安大学硕士学位论文可看出管网压力普遍偏高，而末端节点6、9、10压力分别为9.17、10.81、11.59，压力普遍不足。进行区块化分割，将原来“田字形”管网分割为4个“口字形”区域，新增管段见表3.5，区块化之后管网拓扑结构见图3.6。区块化之后通过将原来4个环状管网切合分离，节点15到13之间安装减压阀，阀口压力设为40m，节点14到16之间安装减压阀，阀口压力设为45m。如图3.5标注了管段节点编号，表3.4和表3.5分别为节点和管道属性。表3.5：区块化改造后管道属性管道长度(m)直径(mm)C因子管道长度(m)直径(mm)C因子230004001001610450130A150040010017104501303B15004001001825004001304310040010019250040013053010300100203200300130630003001002110400130732102001002220200130832002001002310400130A10003501002410003501309B2120350100253210300130102900300100262120400130113000300100271500150130123200300100281500150130132900300100减压阀M200141000500100减压阀F20015150050013027 第三章基于供水管网区块化的漏损控制图3.6：区块化改造前后管网压力分布变化区块化之后，通过合理设定安装减压阀，水压过高区域压力得以降低，水压分布趋于均匀（图3.6）。靠近泵站端节点2左、2右、3、4、5左上、5左下、5右上、5右下、7上、7下、8上、8下的压力分别为39.62、36.11、30.85、28.36、17.95、36.38、16.97、36.75、18.52、35.67、16.86、37.63，末端节点6、9、10压力不足现象得以改善，分别上升到17.47、19.77、18.36、17.60。区块化前后管网平均压力分别为36m和31m，系统平均水压减小约13.9%。通过（3.7）式计算，可以得出区块化后可以减少约16.2%由于超压过高而引起的漏损水量（式3.9）该地区块化之前的漏损率为30%，因此区块化之后的漏损率将下降到25.1%，漏损率降低4.9%。3.9结语通过进行管网多层级区块化，逐级进行流量、压力监测，实施区域压力调控，优化减压阀的设置和开启，降低超压带来的漏损水量。区块化是从“粗放式”到“精细化”供水的转型过程，是供水模式未来的发展方向，是我国供水管网供水必经之路。28 长安大学硕士学位论文第四章基于供水管网建模的漏损控制4.1供水管网模型的概念和管网建模目的供水管网系统是比较特殊的城市基础设施，不可见且属于压力管道。随着运行年限的增长，管道的过水能力和水泵的运行工况都发生了变化，管道的改扩建也使管网系统的结构发生了变化，导致系统运行状况与最初设计时偏差较大；同时，管网实验代价太高，而通过建模可以科学合理地制定决策提供技术依据。供水管网模型是根据供水管网系统的实际情况，考虑了管网实际的网络拓扑结构关系，将整个城市的供水管网系统再现在计算机屏幕上。贴切地反映了供水系统拓扑结构的真实性，是模拟给水管网系统动态工况最有效的方法，能够回答供水系统中任何水力边界条件如果发生变化的情况下，预测供水工况的变化，能够回答水压、流量、水质参数是否满足要求，水泵用电是否经济等问题，有助于了解和掌握管网运行状态和运行效率，为城市规划设计、管网系统优化改造、辅[44]助调度、水质分析、漏损控制、安全运行等决策的制定和实施提供支撑。4.2供水管网模型的类型按照节点需水量与压力或是流量的关系，可以将供水管网模型分为两种：（1）基于流量的需水量模型；（2）基于压力的需水量模型。基于流量需求的有：浴缸、洗衣机、洗碗机、冷却水、工业水箱等等。基于压力需求的有：淋浴、洒水装置和漏损等。基于流量的需水量一般不会受节点压力的影响，这种模型成立的前提是所有节点的水压是充足的，使得节点需水量（用户用水量与漏损水量）和压力无关。但是基于压力驱动的需水量，直接受节点压力的影响。当有紧急状况发生的时候，比如说爆管、某个供水设施处于瘫痪状态、停电、消防用水，节点压力都会受到影响而发生变化，基于压力的需水量就会随着节点压力的变化而变化。4.2.1基于流量的需水量模型数学模型及管网水力计算包括节点连续性方程、管段压降方程和能量方程。（1）节点方程即连续性方程为：(4.1)29 第四章基于供水管网建模的漏损控制式中：表示流向任一节点的流量必须等于从该节点流出的流量，以满足节点流量平衡的条件。节点水量通常包括两部分，一部分为用户用水量，按用户用水量和用户接水位置分配到相应的节点；一部分为漏损水量，通常根据经验按其占总给水量（10%-30%）的百分比确定之后再将其分配（加权平均、时间因子）到各个节点。（2）压降方程为管段水头损失与其两端节点水压的关系式，即水头损失方程：(4.2)式中：N=1.852-2，根据所采用的水头公式不同而定。管网计算时一般不计局部阻力损失。（3）回路方程是闭合环的能量平衡方程可写成：式中：30 长安大学硕士学位论文4.2.2基于压力的需水量模型漏失水量在给水管网的水力计算中是不容忽视的，且其随着压力升高而增加。因此，漏失与水力模型中常见的基于流量的需水量不同，它是一种基于压力的需水量。基于压力的需水量不能用传统的需水量导向方法模拟，只能用基于压力的需水量模型来解决存在漏失情况下的管道流量和节点水压等问题。构建漏失水力模型——将节点漏失量与节点实际用水量公式嵌入传统水力[41,42]模型，对其进行修正，建立压力驱动节点需水量模型。当（4.7）式中31 第四章基于供水管网建模的漏损控制4.3基于供水管网水力模型校核的漏失检测原理为了把水力模型校核的方法应用于管网漏失检测，将节点流量分为典型流量和漏失量（调节流量）。典型流量等于基准流量（24小时平均流量或最高时流量）乘以时变化系数，典型流量可以通过水表或流量计测量。当某节点存在大的漏损时，模型校核后该节点的用水量调整系数值一般比其它不漏的节点大很多。通过评价用水量调整系数可以有效找出存在大的漏损节点，并在管网图上显示出来。然后可以利用检漏设备在这些节点附近进行检测，大大缩小了检漏范围和节约了时间。[41,42]寻优：（4.9）最小化：（4.10）（4.11）32 长安大学硕士学位论文（4.12）4.4供水管网模型指导漏损控制（1）探漏准备及漏损状况分析：提供解决漏损探测所需数据准备，对已有漏点进行范围评估，辅助测漏工作的进行，为下一步开展漏损探测提供支持。利用模型分析对未来漏点（模型建立后产生的漏点）进行初步定为。（2）通过管网模型，可以指导管网进行分区，并根据模拟结果找出漏损较大的分区，建立该分区的全模型，结合现场测试进行检漏工作；进行管网系统压力分[43]析，指导压力调控，降低系统由于超压而引起的额外水量损失。（3）开停泵效果模拟、辅助调度、阀门操作效果分析、压力红线等工况的操作模拟，模拟事故时的工况制作调度预案，防止重大事故发生造成严重漏损。（4）应急事故的方案优选：通过24小时动态模拟，分析爆管影响区域，进行方案比选，如关闭阀门后对其它区域供水压力产生的影响（如果使管网中其它地区压力增加较大，可能造成新的爆管问题，同时压力大面积增加也可能会导致漏损加剧；而如果使低压区的供水压力降低，有可能造成用户水压不足等），可能造成的停水区域等。快速制定最优关阀策略。33 第五章水平衡分析第五章水平衡分析5.1水量平衡（分析）的内涵水量平衡是指确定的供水区域内恒定存在的水量平衡关系，即该区域的输入水量之等于输出水量之。即就是供水管网系统中任意封闭（相对封闭）的区域内，在任意时段内，其输入的水量等于输出的水量。水量平衡是基于物质守恒定律，进入系统水量应等于消费水量，通过计算及技术、数据挖掘等数学方法，并辅助水量测试、分析研究等手段分析系统水平衡，根据分析结果提出一些建议措施，最终降低产销差。水量平衡分析是一种有效的主动漏损控制技术和管理方法，通过将供水系统损失的水量进行有效的指标分解，量化漏损和它的组成部分，计算恰当的性能指标，全面正确地反映管网漏损状况，有针对性的进行漏损控制。该方法能有效评估管网工作状况，直接反映供水漏损率的高低，可判断管网漏失的区域，为漏损控制提供科学依据。5.2水平衡分析的意义在供水系统水量漏损控制过程中，水量的计量和平衡是其中的关键一步，只有对供水系统各组成部分的水量状况有清楚的认识，才能够对供水资源是否合理利用、供水设施是否存在缺陷、供水成本是否可以有效回收进行准确的判断，以便采取相应控制措施。通过水平衡分析可以将供水系统损失的水量进行有效的指标分解，难点是如何进行定量与定性。水量平衡分析是通过组分分析法来诊断供水系统的薄弱环节，它涉及到用水单元的各个方面，同时也表现出较强的综合性、技术性。是针对管网系统的真实漏损和表观漏损，全方位的供水管网系统漏损控制技术和管理方法。5.3水平衡分析为了更好地减少供水产销差，提高自来水的利用率，通常要在管网中设定大量的监测点，对水的取、用、排、耗进行测定，对各用水关口流量进行计量。取到足够的数据之后，接下来要做的就是对数据进行分析，以便能够快速找到症结所在，对症下药。为了更准确更全面地对数据进行分析，就需要一个强大的水平衡分析系统。34 长安大学硕士学位论文5.3.1供水系统水量分解开展水平衡分析的第一步就是将供水系统水量进行有效分解，确定系统水量“支出”类型。这样就可以掌握漏损水量的大小、漏损的来源、以及由于漏损而损失的成本费用。借鉴国际水协推荐使用的水平衡架构图和术语（表5.1）。表5.1：供水管网水平衡模型收费计量水量收入水量授权收费水量收费未计量水量授权水量免费计量水量授权免费水量免费未计量水量非授权水量系统供水量管理损失水量仪表和数据处理误差水量产销产水量输配水干管的漏失损失水量物理损失水量蓄水池等调节构筑物的漏失和溢流用户连接管的漏失产销差（NRW，NoneRevenueWater）水量是由水厂进入系统的水量减去授权收费使用的工业和生活用水量。产销差水量=系统输入水量—授权收费用水量（5.1）由表5.1可以看出，通过水量平衡表计算出每个组分的水量（分析周期内），进而确定漏损存在之处，制定优先需要实施调控计划的组分。5.3.2水平衡计算表的各个组分参考国际水协对水平衡模型，结合国内现状，对水平衡计算表的各组分进行分析：（1）系统总的输入水量：系统总的输入水量包括本地取水量和外地引水量。在城市管网供水系统中，系统供水总量的来源一般为水厂自产水和外购水。具体可通过水厂进、出水口安装计量设备获得，计量设备的相对误差即为系统供水总量误差（幅度）。（2）授权用水量：包括免费水量和收费水量。免费水量一般包括水厂自用水量、喷泉、景观等公共设施用水量，冲洗、维修管道用水；储水池、新增管道储水；消防用水；绿化和浇洒道路用水。免费水量又可分为免费计量水量和免费未计量水量，根据对其是否进行计量的实际情况将其分类，并对未计量用水量进行估算。收费水量也可分为35 第五章水平衡分析收费计量水量和收费未计量水量，收费计量用水量包括所有的生活、商业、工业、或者是机构用户计量并收费的用水量，同样包括向外售出水量，通过从营收数据中获得，相对误差为零。将费用折算为水量即可得收费未计量水量。（3）产销差（Non-RevenueWater：NRW）：是系统输入水量和收费授权用水量之间的差值。产销差水量包括授权免费用水量（通常只占水平衡系统中很少的一部分水量）和漏损水量（损失水量）。（4）漏损水量：也称“损失水量”，是系统输入水量和授权水用量之间的差值。包括物理损失和管理损失。（5）管理损失：通常被称为“表观漏损”，包括未授权用水量、各种类型的计量误差和数据处理误差。未授权用水量包括非法连接的家庭用户、非法连接的其它用户、消防栓非法取水、注册用户水表破坏、水表旁通等，城市水平衡计算中非授权水量的数据估算是难度较大的部分。首先根据居民用户数量、非居民用户数量及营收数据，计算居民用户平均每天用水量、非居民用户平均每天用水量，作为用水定额，然后估算管网中存在的偷盗用水的居民用户数量和非居民用户数量，各自用水定额与用户数量相乘便可得出。通过对水量计量设备进行误差校正，分析计算其误差。数据处理误差包括抄表、数据处理和统计误差，人工抄表可以通过抄表人员多次读数，之后取平均值得到；在已经使用营收系统管理营收数据的水司，根据对营收数据的处理得出，数据处理时一般可以做到准确无误，应记为零，但有误差时可以通过有误差的这部分水量再乘以偏差值即可得估计值。（6）物理损失：通常被称为“真是漏损”，包括一年当中各种类型的主干管、服务水箱（水池）、用户连接管到用户水表之间的漏损、爆管和溢流水量。5.3.3水量平衡计算步骤第一步：确定系统输入水量；第二步：统计计量售水量和未计量售水量，两者之和为收入水量；第三步：计量产销差水量，其为系统输入水量与收入水量之差；第四步：确定计量免费供水量和未计量免费供水量，两者之和为免费供水量；第五步：系统有效供水量为售水量（收入水量）与免费供水量之和；第六步：计算系统漏水量，其为系统输入水量与系统有效供水量之差；第七步：通过合理可行的方法对非法用水和表计量误差做出评估，非法用水与计量误差引起的水量损失之和为账面漏水量；36 长安大学硕士学位论文第八步：计算管网漏水量，其为系统漏水量与账面漏水量之差；第九步：通过合理可行的方法（夜间流量分析，爆管频率/流速/持续时间，模型等）对管网漏水量的组成部分做出评估，将各组成进行相加与上一步计算结果比较，确定管网漏水量；5.3.4管网数据搜集开展水量平衡分析，第一步是进行管网数据的搜集工作，如下：（1）系统输入水量（2）收费用水量（3）免费用水量（4）未授权用水量（5）用户水表误差和数据处理误差（6）管网数据（7）输水干管、配水管道和用户连接管的长度（8）注册的接户数量（9）非法连接户的估数（10）管网平均压力（11）服务水平（全天24小时，间歇性供水，等等）5.3.5水量数据收集开展水量平衡分析，第二步是进行水量数据的收集工作，如下：（1）确定系统输入水量（2）确定授权用水量-收费---收取费用的总水量-未收费---免费提供的总水量（3）估计管理损失水量-偷水-水表慢跑-数据处理出错（4）计算物理损失水量-输水干管的漏损-配水干管的漏损37 第五章水平衡分析-蓄水池的漏损和溢流-用户连接管的漏损所有数据都应该在95%的置信区间之内，对采集的水平衡表中数据的误差范围作出估计。水表、流量计等计量仪表的精度将直接影响水平衡分析效果的准确程度。5.3.6系统综合评价常用的漏损评价的指标主要有3个：从服务水平、物理损失评价指标、管理损失评价指标、财务指标多方面对系统进行评价（表5.2），全面反映系统运行状况。基础设施漏失指数（ILI）=当前物理损失水量/不可避免物理损失水量（5.5）不可避免物理损失水量(L/d)=（18ΧLm+0.8ΧNc+25ΧLp）ΧP（5.6）Lm：主干管长度（Km）Nc：接户数Lp：用户连接管总长度（Km）P：管网平均压力（m）图5.1阐述了基础设施漏失指数（ILI）的概念及影响物理损失的因素；红色区域代表了不可避免物理损失水量，即就是在当前的管网压力和技术条件下所能实现的最小的物理损失水量。基础设施指数是当前物理损失指数和必可避免物理损失指数的比值，是对管网运行状况的评价，可以衡量作为管网维修、资产管理和主动漏损控制的指标。对于漏损控制非常成功的管网来说，ILI=1.0，但无法实现，因为ILI只是单纯的从理论角度出发的技术指标，没有考虑到实际执行因素和经济因素。计算ILI：38 长安大学硕士学位论文（1）计算当前不可避免物理损失水量（2）从水量平衡表计算当前物理损失水量（3）计算ILI（当前物理损失水量/当前不可避免物理损失水量）（4）将ILI和物理损失目标矩阵进行对比（表5.3）图5.1：基础设施漏失指数（ILI）的概念基础设施指数是对系统的管网资产状况做出的评价（表5.3），国际水协推荐评价标[45,46]准如下：表5.3：基础设施指数评价表指标类别ILI指标类别ILIA1‒2A1‒4B2‒4B4‒8发达国家发展中国家C4‒8C8‒16D>8D>16A类—除非水资源短缺，否则进一步降低漏损可能不经济；有必要审慎分析，以确认是否具有成本效益。B类—具有显著改善的潜力，应考虑压力管理，需要较佳的积极漏损控制和管网维护。C类—不良的漏水记录，只有在自来水量丰价廉情况下才可容忍，即便如此，仍应分析漏水的数量和性质，并加强漏损控制。D类—水资源利用严重缺乏效率，急需漏损控制计划且优先实施。5.3.7评价结果进行分析对评价结果进行分析，确定存在水量损失的原因，提出改善措施。包括进行检漏、更换旧的配水管道、更换精度较差的计量仪表等。39 第五章水平衡分析表5.2：水量损失管理评价指标指标级别单位计算方法备注水资源指标[真实漏水量/(本地取仅说明水资源的使用效率,无效供水率L1%水量+外地引入水不能作为衡量输配水系统管量)]Χ100%理效率的指标水资源为使环境指标,不能用于评估配%用率水管网系统的运营管理效率经济及财务指标未计量用水L1%未计量用水量即产销差率未计费用水成本是免费用单位成本产L3%水、表观漏损和真实漏损成销差本之和以体积表观可由简单的水量平衡计算得的产销差水%出量以成本表观由未计费水量的各个组成部的产销差水%分计算得出量运行指标当用户头密度<20/km干管时,该指标将由干光长度计真实漏损率L1L/(接户头•d)算，表示为L/(km干管.d);该指标对于间歇供水系统也适用当用户密度<20/km干管时,3表观漏损率L1m/(接户头•a)该指标将由干光长度计算,3表示为m(km干管.d)单位有压接当用户密度<20/km干管时,户头真实漏L2L/(用户.d.m)该指标将由干光长度计算,损量表示为L(km干管.d)在良好漏损控制管理下,该指标应接近于1;在不良情况其值较大;此指标在技术供水设施漏上可实现;最低漏损量等同L3--------------损指标于不可避免的平均实际漏损量,UARL;它们包括系统允许的连接安装密度,客户计量表位置,平均压力40 长安大学硕士学位论文L1级指标（基础指标）：表达供水的效率和效益的总体管理状况。通常包括无效供水率、未计量用水率、真是漏损率、表观漏损率等。其中未计量用水率可直接由水平衡表里的计算结果给出，真是和表观漏损率是常规指标。本级指标局限于比较单一管网系统内的工况，无法对不同系统进行比较。L2级指标：考虑了不同区域的管道压力状况，信息较为深入，能用于比较不同的管网系统，通常以单位有压接户头真实漏损量表示，该部分指标未在考察管网漏损水平的指标中体现。L3级指标：在考虑了成本和管理因素的基础上提出未计费用水率和供水设施漏损指标。5.4水平衡测试5.4.1水平衡测试特点和原理水平衡测试主要包括用水量测试、评估分析和建议措施等程序。通过现场测试确定各用水单元实际水量值，评估分析该单元用水合理性，并对不合理的地方提出改善的措施，进行控制。适用于具有封闭特征的独立供水区域，尤其适用于城乡统筹地区的支状管网结构，受到区域经济发展水平和投资制约，管道更新改造不及时的计划性不强等的限制，开展水量平衡测试，即节省了管网更新改造所需的巨额投资，又能改善管网漏损状况，是供水管网漏损控制最简单、最有效的方法之一。[47]水平衡测试可以量化独立区域的漏损水平，通过对管网中特定区域的流量进行持续监测，记录流量的变化，从而实现对新发生的漏损、爆管进行识别和定位，随后制定检漏方案迅速展开检漏计划并及时修复，降低漏损并持续维持低漏损水平，达到漏损控[48,49,50]制的目的。可以评估给水管网各节点之间的管网工作情况，直接反映供水漏损率的高低，正确的判断管网漏失的地点。水平衡测试的关键是利用水量来确定漏损水平,通过正确分析流量以判断是否有超常现象来识别出新的漏损，即在区域内满足水量平衡原理,具体见下式：[51]核心是采用最小夜间流量法(MinimumNightFlow,MNF),凌晨02:00~04:00用户用水量最小且用水量较为恒定，可容易地确定用户用水量值，通过对该时段区域的入流量进行计量，即可得漏损量。夜间最小流量的大小可以反映区域漏损水平,大的最小夜41 第五章水平衡分析间流量代表大的漏损量，则管网可能存在大的漏损，通过监测区域最小夜流量,可以在第一时间发现新的漏损，及时检漏并修复漏损点，可大幅减少漏损水量。5.4.2开展水平衡测试的基本条件实施水平衡测试必备的两个基本条件：[52,53]3.1独立的测试区域：水平衡测试需要在相对独立的区域内进行，对区域的进出水量进行计量，所以，要在区域内部形成阶梯式分级计量，分级越多，当然计量就越精细，但是需要的成本也就越多。[51,52,53]3.2区域规模：进行水平衡测试，测试区域的大小和用户数量选择要合适，按经验：小于1000户为小型区域；1000~3000户为中型分区；3000~5000户为大型分区[54]。用户数不宜超过5000，如果区域过大，即便通过水平衡测试可以识别漏损，进行检漏仍然费时费力，区域过小则需要的分区隔离和计量设备增多，投资成本和后期维护成本增高。水平衡测试区域示意图如下：图5.2：水平衡测试区域示意图42 长安大学硕士学位论文5.4.3水平衡测试用于漏损控制用户用水量在全天24小时中是不断变化的，通常在早、中、晚达到高峰，夜间最小，可能为零，但是漏损仍然存在且与用户用水量相比最大化，所以夜间用户用水量最小时段的流量最能代表管网的漏损水平，同时管网漏损在全天中也是变化的，压力是影[55]响漏损量的一个很重要的因素，对背景漏失量和总漏失量都有显著影响。进行水平衡测试就是要掌握用水量和漏损水量24小时的变化规律（如图5.3）,在输配水管网的分岔口逐级安装水表，直至用户，在供水网络上形成阶梯式分级计量的条件，通过流量的持续监测，可以更加快速地确定水量异常区域，极大地缩短了漏损发现、定位、抢修所需的时间，以最短的时间处理漏损的发生，避免大量水量损失。图5.3：典型区域24流量变化总的供水量包括用户用水量和漏失水量，将漏失水量分为背景漏损和爆管漏损水量，背景漏损是指当前所使用的探漏技术条件下可以实现的最小物理损失水量，背景漏损包括不可避免物理损失水量和不可探测的物理损失水量。爆管漏损水量包括各种明漏、爆管事故以及当前探漏技术条件下可以探测到的物理漏损水量。通常固定区域的夜间流量是比较有规律的，根据夜间流量设定合理的“干预限值”，即当夜间最小流量超过一定值时表明分区管网某处可能存在新发生的漏损或爆管，需要做进一步分析，必要时采取检漏措施，并进行及时修复，使夜间流量恢复到基准水平，变被动检漏为主动漏43 第五章水平衡分析损控制（如图5.4）。图5.4：最小夜间流量随时间变化随着管网服役时间的增长，管网老化严重，漏损会不断增加，“干预限值”就要及时更新，若分区内检漏的次数不断增加，检漏时间间隔不断缩小，则表明漏损出现的频率增加，管网在不断老化，在这种情况下，就需要慎重考虑是否有必要进行检漏和修复，是不是进行管道更换才是上策（如图5.5）。图5.5：从检漏和维修到管道更换44 长安大学硕士学位论文5.4.4案例研究5.4.4.1案例1：市政管网水平衡测试上海自来水奉贤有限公司在庄行水厂供水范围内开展水平衡测试，统计显示之前管网的漏损率高达60%，现在区域总的漏失率在20%以内，村级管网的漏损率控制在10%左右。对供水范围内的一个区域进行水平衡测试，水平衡测试前后区域用水量变化见图5：操作步骤：（1）在区域总进水口安装压力logger和流量logger，对全天24小时压力和流量进行持续监测。各时段用水量和区域平均压力见表5.4。（2）在输配水管网的分岔口逐级安装水表，直至用户，在供水网络上形成阶梯式分级计量的条件，测试区域总共安装水表55支。（3）设备安装到位之后发现区域用水量和月度收费水量存在较大差异，进行检漏，查处漏点42处，进行及时修复，检漏修复后监测水量数据见表5.4。（4）凌晨01:00-02:00对测试区域进行用水量进行测试，区域总的进水量为33m³/hr，平均压力为25m。对该时段的用水情况进行调查，发现这一区域有13个公厕为自动冲洗，相当于两个水龙头长流水，根据经验，依据每个水龙头用水量约为1230L/hr，计算出这一区域的夜间最小用水量（凌晨01:00-02:00）约为16m³/hr，则可以得出漏损水量约为33m³/hr-16m³/hr=17m³/hr，此漏损水量为背景漏损水量，即就是当前检漏技术条件下无法探测到的漏损。1.18（5）由公式Q1/Q2=（P1/P2），将01:00-02:00时段漏损水量代入公式，根据全天各个时段不同的压力可以计算出对应的背景漏失量（见表5.4）。检漏修复之前漏损水量较多，且检漏仅使用检漏棒，检漏效果受到一定局限，造成检漏修复后背景漏失占比有所上升。（6）计算漏失水量占总供水量的比例（式5.8）、背景漏失量占总供水量的比例（前）（式5.9）、背景漏失量占供水量的比例（后）（式5.10）。45 第五章水平衡分析（7）区域基础数据见表5.5；将管网漏损水量分为可修复漏损水量和背景漏损水量，实施水平衡测试并及时检漏修复的漏损水量和背景漏损水量，区域总的漏损水量和漏损率见表5.6；对管网的运行状况各项指标进行计算见表5.7：（5.12）表5.5：区域基础数据主干输水管长度（m）254187区域平均压力（m）25连接点数目4617私人管道数目4617用户连接管平均长度（m）8表5.6漏损水量和漏损率单位管长测试前可修复漏失量测试后区背景漏总的区域供漏损水用水量漏损率漏损率（域供水量损水量漏损水量量(m³/d)(之前)(之后)(m³/d)(m³/d)(m³/d)(m³/d)(m³/d)）4848236324853132798205057.71%13.25%0.46表5.7：运行指标指标单位开展水平衡测试前开展水平衡测试后真实漏损率L/(接户头•d)606.067.8表观漏损率m³/(接户头•a)0.00.0单位有压接户头L/(用户.d.m)24.22.7真实漏损量供水设施漏损指标13.51.5（基础设施指ILI）46 长安大学硕士学位论文由于进行测试期间的水表都为新装水表，所以计量误差按零处理。通过管网运行指标对比数据可以看出，区域管网漏损状况较为严重，基础设施指数为13.5，通过开展水平衡测试，进行检漏并及时修复之后，管网基础设施指数变降至1.5，管网漏损状况大大改善。（8）检漏前后区域水量和压力变化见图5.6。表5.4：区域水量数据和压力数据可修复检漏修复检漏修复管网平背景漏背景漏背景漏漏失量时间前用水量后用水量均压力失量失占比失占比占供水（m³/hr）（m³/hr）（m）（m³/hr）例（前）例(后）量比例0:00-1:00122402367.21%1713.93%42.50%1:00-2:0091332563.74%1718.68%51.52%2:00-3:0096352463.54%1717.71%48.57%3:00-4:0097342564.95%1717.53%50.00%4:00-5:00146712151.37%1510.27%21.13%5:00-6:002191232043.84%135.94%10.57%6:00-7:002601411945.77%93.46%6.38%7:00-8:002421371943.39%114.55%8.03%8:00-9:001761031941.48%137.39%12.62%9:00-10:00128792138.28%1511.72%18.99%10:00-11:002651291951.32%124.53%9.30%11:00-12:002611271951.34%124.60%9.45%12:00-13:00187672264.17%158.02%22.39%13:00-14:00158712155.06%159.49%21.13%14:00-15:00175742057.71%158.57%20.27%15:00-16:002081032050.48%136.25%12.62%16:00-17:002911341853.95%113.78%8.21%17:00-18:002951371853.56%93.05%6.57%18:00-19:002591391946.33%93.47%6.47%19:00-20:002871391951.57%93.14%6.47%20:00-21:002811411949.82%93.20%6.38%21:00-22:002221152148.20%135.86%11.30%22:00-23:00196932052.55%157.65%16.13%23:00-24:00186982147.31%126.45%12.24%合计/均值4848236320.551.26%3136.46%13.25%47 第五章水平衡分析图5.6：水平衡测试前后区域用水量随时间变化如图，水平衡测试，可以量化全天24小时水量的各组成部分，水平衡测试前后用水量的差值就是减少的漏损水量。区域每个时段（全天）的用水量、背景漏损水量和可修复的漏损水量都可以有效量化。通过试点以后，效果明显，公司将水平衡测试范围扩大，服务面积198.63平方公里，服务人口约30.13万，水平衡测试之前漏损率平均为28.78%，通过水平衡测试，分公司平均漏损率控制在12%以内，局部地区漏损率控制在10%以内。5.4.4.2案例2：小区管网水平衡测试以南桥供水管理所辖区内贝港二区为测试对象，北港二区有22幢居民房，内部管网为DN100和DN200铸铁管，管网长度近1Km，两路进水，一路是新建路，一路是秀南路。采用水平衡测试对该小区进行主动检漏和漏损状况评估，测试工作在半夜12点或在午后一点左右展开，因为这两段时间具名用水相对较少，水量落差相对较少，数据相对比较稳定。采用最小夜间流量法，可以保证采集的数据相对比较精确。研究方法和步骤：（1）调出南桥地区两路以上进水小区的小区供水管网，摸清小区进水总阀门及各单48 长安大学硕士学位论文元楼进水阀门的位置，同时选取一个离小区最近的区外市政消防栓a和小区内消防栓b，用水袋将市政消防栓和小区内消火栓连接，在小区内每个单元进水管前加装一只水表（共22只）。（2）在不影响居民正常用水的情况下（一般在凌晨1:30分左右）关闭小区各路进水总阀门（关闭进水总阀门A、总阀B、总阀C）和小区单元楼进水阀门。（3）关闭小区外消防栓a，并在水管上加装DN50水表一只，用小表计量，与小区内消防栓b连接，保证小区一路进水。同时对小区各单元表的读数进行读取及DN50水表进行读取。（4）打开小区各单元楼进水阀门和市政消防栓a的阀门，使得小区外自来水通过这根唯一的进水管进入小区，每隔一段时间观察进水管DN50上的水表读数，同时读取个单元水表读数。（5）通过数据比对判断小区的漏损。根据水量平衡原理：，即DN50计量总表与22只DN40水表读数之和相等。如果远大于，则有可能漏水。如小于或等于，说明内部环形管网状况较好。第二根据营业科抄表员的数据与实验数据做对比分析该段小区单元楼的管网好坏。（6）如漏水情况对小区管网进行检漏。（7）切断DN50供水管，打开小区进水总阀，恢复之前供水。数据分析进行为期10次的测试数据如表5.9：表5.9：小区水平衡测试数据数据分析汇总用时压力Q总Q分和差值序号开始时间(Hr)(Kpa)(m³)(m³)(m³)108月01日(04﹕15)11.82.53.20.7208月21日(23﹕45)11.85.76.10.4308月22日(13﹕30)11.83.53.2-0.3408月28日(23﹕30)11.94.04.10.1508月30日(13﹕00)11.82.63.10.5609月19日(14﹕00)11.63.73.6-0.1710月24日(24﹕30)12.43.54.20.7810月25日(14﹕30)11.82.23.91.7910月31日(12﹕40)12.64.05.71.71011月01日(13﹕50)12.12.03.51.549 第五章水平衡分析（1）从数据统计不难看出，在10次测试中，有8次是Q总Q分合，从测试看该段环形管网情况基本上完好。（2）从营收费系统得知小区22幢房屋60楼梯2个月的用水量为15239m³，可得到用水量平均值为2.94L/S，从实验数据三个时间点的Q总（分别是用水量最大时间点、用水量最少点，用水量平均值）同样通过计算分别为：1.583L/s、0.6944L/s，0.936L/s。通过比较发现抄表数大于Q总，因此可以判断该段管线比较好。（3）分析总结：通过水平衡测试，可以判断贝港二区小区管网运行状态基本良好。保留原有的单元计量表，用于日常检测。根据小区单元计量表和抄表数据判断小区单元房前数据是否完好，以及居民家中是否存在漏水情况。5.4.5结论水平衡测试不仅可以用来评估市政供水管网的漏损状况，而且可以用来评估居民小区内的管网漏损状况并指导漏损控制，对用户单元楼类的漏损状况也可以进行评估。通过组分分析法，将水量的各个组成部分进行量化，对漏损的成分也进行量化，使得漏损调控有针对性地展开，提高漏损控制成效。5.5水量审计5.5.1水量审计审计是一个系统化过程，通过客观地获取和评价有关经济活动与经济事项认定[56]的证据，以正式这些认定与既定标准的符合程度，并将结果传达给有关使用者。是由专职机构和人员，对被审计单位的财政、财务收支及其他经济活动的真实性、合法性和效益性进行审查和评价的独立性经济监督活动。按照审计主体与被审计单位的隶属关系，审计可分为内部审计和外部审计。引入审计的概念，对供水企业进行水量审计，从水资源利用、运行管理和财务等方面更好地表达供水系统的运行效率和管理问题，进而为供水系统水量损失和产销差控制策略的制定和实施奠定基础。目前，水量审计没有统一公认的定义，综合国外研究和国内实践，对水量审计[57]的内涵进行概括：水量审计是用来确定供水系统运行效率和水量损失可能存在于何处的管理工具；系统性地对供水企业的供水量进行有效分解，追踪进入系统的水量和离开系统的水量，对各部分水量进行量化（定性和定量）考核，实行分类管理。帮助供水企业识别水量损失是来自于管理损失或是物理损失，以及来自于物理损失50 长安大学硕士学位论文或是管理损失的某一组分，并告诉供水企业由于水量损失而丧失的经济效益。并通过一系列性能评价指标对供水企业运营状况作出评价。全面的审计可以为供水企业提供配水系统和用户的详细概况，提升水资源的管理和供水的安全保障，指导产销差调控策略的制定，可以为供水企业节省大量的金钱和时间。5.5.2水量审计类型●外部审计：独立于供水企业的水量审计主管机构所进行的审计，对供水企业年取、售水量进行核查，对其供水效率和经营状况进行审查和评价。可以作为金融机构为供水企业提供贷款的担保条件，在我国，供水企业基本都是国有企业，开展外部审计，不仅可以增强管理人员的责任感，督促其不断努力创新，提高企业运行效率，同时为我国节水工作的展开和水资源有效管理奠定基础。●内部审计：供水企业内部设置专职机构及人员，独立地对企业的水量收支、水量使用状况、漏损状况、产销差率及有关经济活动进行审查，用以指导产销差调控，激励员工积极性，改善经营管理，提高供水效率和经济效益的综合监督活动。5.5.3国内外水量审计发展[58]美国、澳大利亚、加拿大和印度等国已经开展水量审计工作，1990年美国发布AWWA手册《水量审计和检漏》，2003年，AWWA介绍了与国际水协共同合作修改的《水审计方法—水审计和漏损控制》。印度总理2003年建议对国内所有用水部门开展水量审计，目前已形成用水审计和节水指南，并已启动用水审计工程。国外水量审计起步较早，已将供水系统水量审计纳入了日常管理，并建立水量审计制度，同时作为政府部门对供水企业进行考核的重要指标。针对供水系统水量审计，国际上已经有许多国家开发了实用性专业水量审计软件，如IWA开发的WB-EasyCalc软件、美国AWWA开发的WaterAudit软件、欧盟开发的ChechCalc软件等免费专业版软件，均在供水系统的日常运行管理和漏损控制中发挥了重要作用。2003国务院印发的《中国21世纪可持续发展行动纲要》（国发[2003]3号）就明确指出国家应推行用水审计，促进节水工作。由于国内供水企业管理和运营体制不完善，水量计量和数据统计没有受到足够重视，管网信息数据库建设比较落后，目前并没有开展水量审计。5.5.4供水企业开展水量审计的条件完善的供水系统数据库可以使水量审计更加全面精细，供水系统数据库建设，51 第五章水平衡分析主要包括以下几点：（1）计量工作—目前供水企业的计量仪器仪表普遍不足，计量不够全面，应该健全水厂到用户的用水三级计量仪表，对存在取用水的情况尽量做到计量全覆盖，新增用户和销户计量数据及时更新，计量设备精度定期进行校核。同时为了确保审计数据采集的及时和一致性，供水企业应该加强SCADA建设。（2）管网数据—包括管道年代、管长、管径、管材、管道附件和管网拓扑结构，加强给水管网管段信息数据库建设，有条件的供水企业应该进行管网GIS系统建设。（3）用户数据—供水企业产销差率居高不下的一个很重要的因素就是缺乏对各类用水的了解，存在有些地方偷水，有些部门随意接水用水，供水企业应该加强用户普查力度，全面掌握管网系统中用户数据和各类用水状况，对收费计量水量、收费未计量水量、免费计量水量、免费未计量水量、非授权水量特征及用水规律都要清楚地了解。（4）与相关单位的沟通协调—在我国，存在许多特殊的用水类型（如市政用水、消防用水、政府部门用水等），不确定性很大，计量收费工作很难开展，往往形成了难以管理的“三角地带”。因此规范此类用水，做好部门之间的沟通协调非常关键。（5）其它数据—强化管网中压力采集点的布置，财务数据(制水成本和水价)，供水服务时间相关的数据等。5.5.5水量审计的社会效益和经济效益水量审计是持续进行的管理工具，数据的报告和评价是一个手段，一个基础，目的是对供水系统进行诊断，查找薄弱环节，有针对性地进行调控。（1）通过审计的方式，供水企业能够清楚地发现在用水、管水、节水方面存在的问题，水量损失发生的原因和损失的组成情况。对供水企业的供水效率做出正确评估，才能够对供水资源是否合理利用、供水设施是否存在缺陷、供水成本是否可以有效回收进行准确的判断，以便采取相应控制措施。（2）提升管理水平，减少水量损失，降低制水投入，延缓满足用户需求所需的设备改造费用，改善财政状况，用水效率提高，有助于水质的改善，维护公共健康，改善公共关系，减少法律纠纷，减少对用户的影响，提高群众生活品质。（3）减少的管理损失可以增加企业的水费收益。物理损失对地下基础设施破坏力更强，可引起局部供水能力不足，对雨水和污水收集系统带来巨大的负担，而且收52 长安大学硕士学位论文集和处理的过程费用昂贵，所以减少漏损不但是减少药耗，节约能源，同时减少了排污，减轻了对环境的影响，企业经济意义显著，对社会效益的贡献更多。（4）内外兼顾，外部审计强化了对供水企业运行管理的监督、鉴证、评价，可以用来在供水企业之间进行横向比较，是对企业管理者的绩效考核。内部审计是对企业内部检查、评价和咨询，是对企业员工考核和督促，是提升企业管理水平，提调高供水效率的有力保证。5.5.6水量审计的设计流程物理物理损失水量管网损失评价计量漏偷数据数据水量指标误差失盗不合对照标准格资料、信息收发现存在问题采取措施进行审计（评价）集之处修复合格压用财服务管理财务免费收费力户务水平损失评价审计通水量水量评价指标过指标图5.7：水量审计设计流程图表5.10：水量审计评价指标体系平均供水时间（小时/天）服务水平平均压力（米）当前物理损失水量（吨/年）物理损失水量不可避免年物理损失水量（吨/年）不可避免物理损失量占运营成本的百分比基础设施漏失指数（ILI）升/连接点/天（w.s.p)物理损失评价指标升/连接点/天/每米压力（w.s.p)吨/公里每小时主干管（w.s.p)管理损失评价指标管网损失水量占授权水量的百分比产销差水量占系统输入水量的百分比财务评价指标产销差水量的费用占年运行成本的百分比水量审计可以对系统的进水量、用水量、物理损失、管理损失、服务水平和财务状况进行评估，指导企业对存在问题的地方进行重点调控。借鉴国际水协（IWA）53 第五章水平衡分析[59,60][61]的水平衡模型和评价指标（表5.1）,可以建立水量审计评价指标体系(表5.10)。5.6案例研究2某水厂供水量7000m³/d，市政输配水管道总长19.004Km，服务面积4Km，服务人口7000人，全年不间断供水，管网平均压力22.4m，综合水价2.8元/m³，制水成本1.0元/m³，用户数为2370，平均接户管长9m，通过国际水协（IWA）水量审计软件（WB-EasyCalc）对系统进行分析。原始数据如下：系统进水量计量收费用水量水源m³误差幅度[+/-%]m³泵站2100001.0%按抄见率（90）141750未计量收费用水量未收费计量用水量未收费未计量用水量m³m³m³误差幅度[+/-%]未抄见15750总的2400总的60003.0%未授权用水量误差幅度每户每人每日用水量总计估计数[+/-%]人数[L/人/d][m³]非法接管—家庭用户152%3.0160216用水量[L/接户管/d]非法接管—其它102%600180用水量[L/户/d]水表破坏、旁通102%400120用户水表误差及数据处理值误差总计[m³]注册水表负偏差总计[m³]误差幅度[+/-%]计量收费用水量1417506%90482%（不含批量供水）未收费计量用水量24006%1532%（不含批量供水）读表误差估量%计量篡改1575004%65632%财务数据用户接管元/m³数目误差幅度[+/-%]平均水价2.8注册用户之接户管数23701%变动制水房屋边界至用户水表之用1.091%及配水成本户内线平均长度[m]54 长安大学硕士学位论文输配水干管平均水压长度接户管数量之近似日平均水压区域[Km]值[m]总长19.0总的237022.4可能低估误差幅1%23%值度对供水系统进行综合评级，各项评价指标如下：表11：服务水平评价指标表12：物理损失评价指标55 第五章水平衡分析表13：管理损失评价指标表14：财务性能评价指标56 长安大学硕士学位论文表15：水量平衡分析表（日）表16：水量平衡分析表（月度）57 第五章水平衡分析表17：水量平衡分析报表（年度）图5.8：基础设施指数（ILI）58 长安大学硕士学位论文图5.9：损失水量和经济价值图5.10：产销差及各组分水量（1）对系统进行水平衡分析，得出日/月度/年度水量平衡报表（表15/16/17），各组成部分用水量状况一目了然；水量损失以及由此而引起的经济损失（图5.9）以及产销差各组成部分水量（图5.10）都清晰地得以呈现。（2）可以看出实际损失水量为338482m³/年，管理损失水量198068m³/年，未收费授权用水量102200m³/年，收入水量1916250m³/年。如表系统总供水量和各部分水量占59 第五章水平衡分析比例。表18：系统各部分水量所占比例总水量物理损失水量管理损失水量授权免费水量收益水量（m³/年）（m³/年）(m³/年)（m³/年）（m³/年）25550003384821980681022001916250100%13%8%4%75%（3）评估结果显示供水管网资产状况较差（图5.8），优先制定针对物理漏损控制的检漏行动并及时进行修复，经过一个多月的努力，漏损水量从927m³/d降到560m³/d，减少漏损367m³/d，减少的漏损水量足以满足一个大型社区的用水量。表19：修复后物理损失占比例总水量物理损失水量（m³/年）（m³/年）2421045204527100%8%5.7结语水平衡分析是一个复杂的系统工程，是对供水系统（管网资产、用户类型及资料、计量仪器仪表、用水结构）全面熟悉、掌控的过程，提升了企业对供水系统的认识，使得供水系统对供水企业不再陌生。同通过水平衡分析，可以对物理漏损和管理漏损进行评估并制定针对性强的漏损控制措施。重点要研究水平衡分析评价体系的建设和国内供水系统基础资料的收集，建立有效的评价体系，完善的供水系统静态和动态数据，才能更好地指导漏损控制。60 长安大学硕士学位论文第六章结论与建议6.1主要结论引起供水管网漏损的因素很多，众多因素又是相互联系的，实施供水管网漏损控制，不仅要从技术手段进行研究，还要从管理手段进行创新。供水企业产销差和供水管网漏损率居高不下的很重要的原因就是没有清楚地掌握系统用水类型和各类型的水量，没有系统性的漏损控制策略，而是单纯地进行的局部检漏和修复，成效不佳。本文针对管网物理漏损和管理漏损，进行系统性的漏损控制研究；重点从供水管网区块化、水量平衡分析对漏损控制的效能进行研究。（1）供水管网漏损包括物理漏损和管理漏损，仅仅采用检漏进行漏损控制是不够的，检漏只是对局部物理漏损进行控制的漏损控制方法之一，检漏不等于漏损控制。（2）实施供水管网区块化，可以针对不同区域压力需求进行压力调控，合理设置减压阀位置及其开启，避免压力剧烈波动和局部超压现象，最大程度降低背景漏损和爆管发生的频率，延长管网的使用寿命。可以进行多级区块化，实施阶梯式计量，通过流量持续监测，优选漏损控制区域，使得漏损发现、定位和修复的时间大大缩短，减少水量白白流失。（3）管网水力模型可以很好地指导漏损控制，基于压力驱动的管网水力模型建立漏损水量与节点压力的关系，使得模型精度更高，通过节点水量的变化完成漏损区域的定位，配合仪器检漏可以在第一时间进行漏损控制。（4）开展水平衡分析，通过进行组分分析，量化供水系统各个水量组成部分，可以准确诊断漏损的原因，对于评估管网漏损状况非常有效。同时针对具体每个组分的水量异常进行漏损控制，目标明确，效果明显。（5）供水管网漏损控制是一个系统工程，采取单一措施是很难取得好的漏损控制效果，必须采用多种技术方法联合的控制措施，进行管网区块化、管网建模、水平衡分析，从供水系统总体进行漏损控制，在确定造成漏损原因的前提下，优选漏损控制区域和对象，逐级缩小范围，配合检漏等措施控制管网漏损。6.2建议随着水资源的日益珍贵，漏损问题将越来越受到各方面的重视：（1）供水管网分区是未来供水不可逆转的发展方向，分区要在掌握详尽的城市给水管61 第六章结论与建议网现状的基础上进行，在管网的改扩建和新建的时候，从设计之初就要考虑进行多级分区，可在模型模拟的基础上推进，这也是今后管网区块化要研究的重点内容。（2）实施压力调控，研究管网二次加压设置的位置和其节能效果是必须要解决的问题，进行压力分区和压力调控的预先模拟是进行压力管理的基础条件。（3）开展水平衡分析系统，研究适合我国国情的用水指标评价体系和考核体系，研究推行漏损控制监督和管理体系的落实。（4）加强供水企业数字化和信息化建设，在GIS系统的基础上逐步建立SCADA系统，实现供水管网漏损控制数字化和信息化；推进管网建模；从而实现管网科学的漏损控制。62 长安大学硕士学位论文参考文献[1]世界资源研究所,联合国环境规划署,联合国开发计划署.世界资源报告.北京:中国环境科学出版社,1993:2-5[2]S.White,InternationalReport:Waterdemandmanagementandconservationincludingwaterlossescontr01.WaterSupply,2000,18(1-2):163一175[3]周望军.中国水资源及水价现状调研报告.2009[4]钟淳昌,任鹤云.中国城市给水工程的发展趋向.给水排水,1994,23(6):41—45[5]宋序彤.关于我国城市给排水科技优先发展领域的探讨.中国给水排水，1995，11(2)：25-29[6]崔玉川,付涛.我国城市给水发展现状与特点.中国给水排水,1999,15(2)：52-54[7]中共中央国务院.《中共中央国务院关于加快水利改革发展的决定》.北京，2011[8]建设部，国家发展改革委员会，财政部．关于印发《全国城市供水管网改造近期规划（2006年-2007年）》的通知．北京：中华人民共和国建设部，2005：1.3[9]中华人名共和国建设部.《城市供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ92-2002).北京，2002.[10]中国城镇供水协会．城市供水行业2010年技术进步发展规划及2020年远景目标．北京：中国建筑工业出版社．2005：25．28[11]王建明.供水管网漏水原因分析及减少漏损量的措施.河北工程技术高等专科学校学报.2008年6月第2期.[12]周新梅,吴仕荣，城镇供水系统漏损原因分析及对策，中国农村水利水电，2003，v.1，P37-38.[13]高亚萍，供水管网漏损原因与控制措施的研究，硕士学位论文，天津学，2006.12.[14]舒诗湖，何文杰，赵明，高金良，袁一星，赵洪宾.供水管网漏失检测技术现状与进展.给水排水Vol34No62008.[15]耿为民.城市给水管网漏损问题的研究.水世界-中国城镇水网.[16]张志浩，郑小明.环境温度对聚乙烯给水管道应用的影响分析与建议.给水排水.2011年12期.[17]闫学琴，张吉库，吴思行.浅析供水管网漏水成因.建筑与发展.2010年11期[18]陆松.供水管网检漏工作的探讨.城镇供水，水处理技术与设备，NO.32010.[19]张惊雷，王勇，黄惟一.自来水管网检漏技术.电子器件，2007年2月，第30卷，第1期.[20]《城市地下管线探测技术手册》编写委员会.城市地下管线探测技术手册[M].中国建筑工业出版社，1998年8月第一版.53-153，93-116.[21]MansorNakhkashandMahood-ZadehMohammadR,WaterLeakDetectionUsingGround63 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长安大学硕士学位论文攻读硕士学位期间参与的课题和发表的文章攻读硕士学位期间参与的研究性课题与发表的论文主要参与“十二五”水专项课题太湖流域上海饮用水安全保障技术集成与示范（1）基于水平衡的供水管网漏损控制技术研究（2）气水脉冲管道清洗技术研究主要发表论文四篇：（1）王彤、张玉杰、王海龙等，《气水脉冲在大口径管道清洗中的应用》.第六届中国城镇水务发展国际研讨会.（2）郑小明、王海龙等，《水平衡测试法用于城乡统筹供水管网漏损控制》.供水技术.（3）赵明、王海龙等，《Effectivenessresearchofthedistributionblockingsystemtoreducewaterlossinwaterdistributionsystem》.饮用水安全保障与可持续发展国际会议.（4）杨玉思、王海龙等，《Discussionofpromotingwaterauditinwatersupplyenterprises》.管理与可持续发展国际会议.EI和ISTP检索.参与的设计计算类实践和课题（1）上海莘砖公路、九新公路输水管道清洗（气水脉冲）方案设计；（2）上海杨树浦路给水管道清洗（气水脉冲）方案设计；（3）上海A20外环线供水管道清洗（气水脉冲）方案设计；（4）上海松泽大道供水管道清洗（气水脉冲）方案设计；（5）上海月台路供水管道清洗（气水脉冲）方案设计；67 致谢致谢三年的读研生活，是我人生中极为重要的一个阶段，这期间我认识了很多博学多识的老师以及勤奋热心的同学，从他们身上学到的知识和优点，使我得到了充实和提高。在此论文完成之际，真诚地感谢他们给予我的中肯建议和无私帮助。首先衷心感谢我的导师杨玉思老师，在他悉心指导和严格要求下我完成了这篇论文。他对科学事业的执着追求，勇于创新和献身精神，鼓励着我不断前行，激励着我在管网研究的道路上克服困难；他扎实的知识、严谨的态度为我的工作树立了榜样。他的宽容大度，幽默豪爽的处事原则堪称楷模。非常感谢导师给我创造的学习锻炼机会，使我度过了丰富多彩的研究生三年时光。其次，感谢长安大学给水排水工程专业全体老师对我的培养和教导；感谢师兄师姐提供了宝贵的长距离输水工程水锤防护的资料及经验；感谢同门的支持和帮助；感谢三年的学习使我与我的同门之间建立了深厚的感情，共同经历的美好时光让我终身受益。感谢哈尔滨工业大学赵洪宾老师、赵明老师，为我提供了良好的研究学习条件；感谢上海自来水奉贤有限公司郑小明总经理，为课题的展开提供大量的帮助；感谢南方中心舒诗湖博士，一起工作的日子给了我许多工作和专业上的指导，使我受益匪浅；感谢陈志辉师姐，在上水奉贤公司期间给我提供的无私帮助。感谢上水奉贤公司给我提供过帮助的所有人。再就是感谢我的母校长安大学这些年对我的教育和培养，衷心地祝愿她在新的世纪与时俱进，绽放出新的青春和活力，祝各位老师身体健康、工作顺利；感谢我的家人，他们的关心和爱护是我刻苦攻读和顺利完成学业的动力源泉，也是我今后努力工作和发愤图强的坚强后盾，在此，深深感谢他们对我的理解和支持。还有许多给予我帮助和支持而没有在本文中提及的人，在此一并予以感谢!王海龙2012年5月于西安68'