城市供水管网dma的建立与小区总分表差控制研究 56页

'学校代号10532学号S1301W1035分类号TU99密级公开工程硕士学位论文城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究学位申请人姓名李栋培养单位土木工程学院导师姓名及职称余健教授申石泉教授级高工学科专业建筑与土木工程研究方向给排水管网系统及其优化论文提交日期2015年11月09日 学校代号：10532学号：S1301W1035密级：公开湖南大学工程硕士学位论文城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究学位申请人姓名：李栋导师姓名及职称：余健教授申石泉教授级高工培养单位：土木工程学院专业名称：建筑与土木工程论文提交日期：2015年11月09日论文答辩日期：2015年11月12日答辩委员会主席：施周教授 TheestablishmentofDMAinmunicipalwatersupplynetworkandthecontrolofthedifferencebetweenmonitorandsalesmeterreadingbyLIDongB.E.(NorthChinaUniversityofWaterResourcesandElectricPower)2013AthesissubmittedinpartialsatisfactionoftheRequirementsforthedegreeofArchitectureandCivilEngineeringintheGraduateSchoolofHunanUniversitySupervisorProfessorYUJian，ProfessorSeniorEngineerSHENShiquanNovember,2015 湖南大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研巧所取得的研究成果，本论文不包含任何。除了文中将别加从标注引用的巧容外其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中ＬＪＡ明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名：、日期；，年＂月０日Ｗ：若棘！？学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部口或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借閲。本人授权湖南大学可＾＞将本学位论文的全部或部分内容编入１＾有关数据库进行检索、缩印或扫描等复制手段保存和汇编，可Ｗ采用影印本学位论文。本学位论文属于１、保密□，在年解密后适用本授权书。／２、不保密巧。＂＂（请在上相应方框内打Ｖ）＾＊：作者签名；日期２７／年＾月叫日畫城（；导师签名日期：年＾月巧曰 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究摘要城市供水管网漏损现象比较普遍，漏损在浪费宝贵水资源的同时，还给供水企业带来了巨大的经济损失。因此，采用科学的方法来降低供水管网的漏损问题，是缓解我国水资源缺乏，保证我国社会和经济可持续发展的重要科学技术路线，具有重要的科学研究意义和经济价值。供水管网分区计量（DMA，DistrictMeteringArea）技术是近年来国内外普遍采用的漏损控制手段，其原理是在保证安全供水的前提下，利用阀门、流量计等装置将供水管网分割成一些相互独立的区域，通过分析不同区域的夜间流量，推测管网的漏损情况，并采取相应的漏损控制措施来控制管网漏损。本文以降低城市供水管网中的漏损为目标，进行了以下研究：首先，全面阐述了DMA的概念、分类、功能、设计目标及标准等，结合国内外DMA建立的经验，在我国华南地区某城市建立了C小区DMA。结果表明，通过示范小区DMA的工程实施，将DMA建立的理论与实践相结合，可以形成对该城市供水管网具有指导意义的DMA建立方法；然后，详细介绍了小区总分表差研究的理论知识，其中包括最小夜间流量和小区总分表差的构成与分析，并对已建DMA小区进行了总分表差实例研究。结果表明，通过对C小区总分表差的研究，可以快速发现小区的主要问题，量化小区总分表差的各项水量，并确定主控项。通过对主控项采取有针对性的应对措施，可以有效控制漏损，降低小区总分表差，提高供水回收率。同时，通过对示范小区DMA总分表差的研究，可以总结小区总分表差的研究方法，并为今后小区总分表差研究的推广奠定基础。实践证明：DMA技术可以切实有效的降低管网的漏损，将DMA技术的理论知识应用到实践中，具有良好的推广应用前景。关键词：供水管网；漏损控制；DMA建立；DMA小区；小区总分表差控制II 工程硕士学位论文AbstractTheleakageintheurbanwatersupplynetworkiscommon,whilewastingthepreciouswaterresources,italsobroughthugeeconomiclossestothewatersupplyenterprise.Therefore,usingthescientificmethodtoreducetheleakageistoalleviatewatershortageinourcountry,itistheimportantscientificandtechnicalroutetoensuresustainabledevelopmentofthesocialandeconomicinourcountry,andithasimportantscientificsignificanceandeconomicvalue.DistrictMeteringAreaisaleakagecontrolmeansthatitiswidelyusedathomeandabroadinrecentyears.Itisonthepremiseofsafewatersupply,thenetworkisdividedintoanumberofindependentregionswithvalvesandflowmeters,byanalyzingthenightflowindifferentregions,wecanspeculatetheleakageofthenetwork,andtakethecorrespondingmeasurestocontroltheleakage.Thepaperaimsatreducingtheleakageinurbanwatersupplynetwork,thefollowingresearcharecarriedout:First,DMAtechnologyisexpoundedcomprehensively,includingitsconcept,classify,function,designgoalsanddesignstandard,etc.CombiningtheestablishmentofDMAathomeandabroad,theCcommunitywascarriedouttoestablishDMAinacityofSouthernChina.ItturnedoutthatthoughtheestablishmentofDMAinthecommunity,thetheoryandpracticewerecombined,whichcouldformaguidancefortheurbanwatersupplynetwork;Then,Thepaperintroducestheknowledgeofthedifferencebetweenmonitorandsalesmeterreadingindetail,whichincludesthecompositionandanalysisoftheminimumnightflowandthedifferencebetweenmonitorandsalesmeterreading,andacasestudyhasbeencarriedoutintheDMAcommunitythathadbeenbuilt.TheresultsshowthatwecanidentifythemainproblemquicklyandquantifytheamountofwaterthoughthestudyonthedifferencebetweenmonitorandsalesmeterreadinginCcommunity,atthesametime,wecandeterminethemaincontrolinthecommunity,andtaketargetedmeasurestocontroltheleakageeffectively,inthisway,wecanreducethedifferencebetweenmonitorandsalesmeterreading,andimprovetherecoveryrateofwatersupply.Meanwhile,wecansummarizethemethodthoughthestudyintheDMAcommunity,andlaythefoundationforthefurtherstudy.ItisprovedthatDMAcanreducetheleakageeffectively,anditwillhaveagoodprospectifitcombinesthetheoryandpracticetogether.III 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究KeyWords:Watersupplynetwork;Leakagecontrol;DMAestablishment;DMAcommunity;CommunitymonitorandsalesmeterreadingdifferencecontrolIV 工程硕士学位论文目录学位论文原创性声明和学位论文版权使用授权书...........................................................I摘要...........................................................................................................................................IIAbstract...................................................................................................................................III插图索引...............................................................................................................................VII附表索引..............................................................................................................................VIII第1章绪论.............................................................................................................................11.1课题背景与研究意义.............................................................................................11.1.1课题背景...........................................................................................................11.1.2研究意义...........................................................................................................11.2国内外的研究进展.................................................................................................21.2.1管网漏损检测技术..........................................................................................21.2.2国内外漏损控制的研究进展.........................................................................41.2.3DMA技术在漏损控制中的应用...................................................................61.3研究目标与研究内容.............................................................................................71.3.1研究目标...........................................................................................................71.3.2研究内容...........................................................................................................7第2章DMA建立..................................................................................................................92.1DMA概述.................................................................................................................92.1.1DMA的概念与分类.........................................................................................92.1.2DMA的设计目标.............................................................................................92.1.3DMA的功能......................................................................................................92.1.4DMA的设计标准...........................................................................................102.2国内外DMA建立的案例...................................................................................112.2.1国外DMA建立的案例.................................................................................112.2.2国内DMA建立的案例................................................................................132.2.3国内外DMA建立的经验总结...................................................................152.3应用实例................................................................................................................162.3.1小区情况介绍.................................................................................................162.3.2DMA小区的建立...........................................................................................172.4本章小结................................................................................................................18第3章小区总分表差控制研究........................................................................................19V 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究3.1夜间流量分析模型...............................................................................................193.2最小夜间流量分析...............................................................................................203.2.1最小夜间流量的构成....................................................................................203.2.2用户夜间用水量............................................................................................203.2.3背景漏损.........................................................................................................213.2.4爆管..................................................................................................................223.2.5最小夜间流量的应用....................................................................................233.3小区总分表差控制研究......................................................................................243.3.1小区总分表差构成........................................................................................243.3.2真实漏损.........................................................................................................253.3.3表观漏损.........................................................................................................253.3.4小区总分表差分析........................................................................................263.3.5采取控制措施.................................................................................................263.3.6评估控制效果.................................................................................................273.3.7估算小区真实漏损和表观漏损..................................................................273.3.8确定最小夜间流量的基准值.......................................................................273.4应用实例................................................................................................................273.4.1数据采集与分析............................................................................................273.4.2采取控制措施.................................................................................................293.4.3降漏效果.........................................................................................................303.4.4估算小区真实漏损和表观漏损..................................................................313.4.5最小夜间流量的基准值...............................................................................363.4.6C区DMA漏损控制效益分析.....................................................................383.5本章小结................................................................................................................39结论与建议.............................................................................................................................40参考文献.................................................................................................................................42致谢..........................................................................................................................................45VI 工程硕士学位论文插图索引图1.1DMA研究的技术路线图...........................................................................................7图2.1C区区域位置图........................................................................................................17图2.2C区管线布置图........................................................................................................17图3.1BABE评估模型.........................................................................................................19图3.2DMA小区24小时流量变化图..............................................................................20图3.3真实漏损管理...........................................................................................................25图3.4A漏点修复前后流量随时间的变化曲线.............................................................30图3.5B漏点修复前后流量随时间的变化曲线.............................................................31图3.62015年5月14日-6月14日最小夜间流量随时间的变化曲线.....................37图3.72015年6月15日-7月16日最小夜间流量随时间的变化曲线.....................37图3.82015年7月17日-8月17日最小夜间流量随时间的变化曲线.....................37VII 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究附表索引表2.1不同地区DMA的服务连接管数和管道长度....................................................11表3.1英国水协推荐的不同非居民用户用水的平均值...............................................21表3.2水量平衡模型...........................................................................................................24表3.3C区总分表差情况....................................................................................................28表3.42015年4月8日-15日凌晨2:00-6:00的夜间流量...........................................28表3.52014年1月-2015年3月C区幼儿园用水情况................................................29表3.62015年5月19日-26日C区真实漏损量情况..................................................32表3.7漏损控制环境与社会效益分析.............................................................................39VIII 工程硕士学位论文第1章绪论1.1课题背景与研究意义1.1.1课题背景水是地球上最丰富的一种化合物。全球约有75%的面积覆盖着水，地球上水的总体积约有13亿8600万立方千米，其中97.5%分布在海洋，淡水只有3500万立方千米左右。地球上的淡水资源非常有限，在淡水资源中，约有87%的水资源是人类难以利用的，如极地冰川和冰雪地带等，真正能被人类所利用的淡水很少，而且分布不均匀。水资源分布不均匀，造成世界上许多国家和地区严重缺水。联合国统计的数据表明，目前全球约有11亿人处于缺水状态，并且大约26亿人民的生活缺少基本的卫生设施。我国人口众多，水资源短缺，加上我国水资源的主要来源是降水，而降水受大气环流、海陆位置及地势、地形等因素的影响，空间上分布很不均匀，总体布局是东南多，西北少，在时间上的分布也更显不平衡，大多数降水集中在夏季的7、8、9三个月。受水资源缺乏的影响，我国华北、西北及某些沿海地区国民经济的发展受到了严重的制约[1]。城市供水系统是城市中重要的基础设施，它在经济建设和保证人民生活中起着至关重要的作用，对城市的发展有先导性和全局性的影响[2]。随着人民生活水平的提高，人们向地球索取的水量日益增加[3]。在水资源的使用过程中，人们没有较强的节水意识或者利用不合理等都会造成水资源的浪费，其中，城市供水管网的漏损占了很大一部分比例。漏损水量是我国产销差水量，即无收益水量（NRW）构成中的一部分。目前，我国供水企业面临着一个严重的问题，即产销差水量（NRW）[4]。据2006年世界银行讨论文件记载[5]:供水管网的漏损和管理不善等，会造成每年约60亿吨水资源的浪费。也就是说，在不增加任何投资的情况下，节约一半的无收益水量就能保证1亿人口的生活用水。由此可见供水管网产销差水量的严重性，这对于有限的水资源来说是雪上加霜，所以采取有效的措施来控制管网的产销差势在必行。1.1.2研究意义随着经济和城市化建设的快速发展，我国新建和改扩了许多供水管网，同时也更换了大量的供水管道，以满足城市建设和经济发展的需求。2010年至2012年，1 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究全国的供水总量由352.67万吨增长至386.57万吨，供水总量增长了33.90万吨，但是，供水管网的漏损率却保持在16%左右，始终高于建设部颁布的《城市供水管网漏损控制及评定标准》（CJJ92—2002）中规定的“城市供水企业管网基本漏损率不应大于12%”这个标准[6]，由此可见，我国城市供水管网的漏损情况相当严重。根据2012年《城市供水统计年鉴》可知，全国城市中供水管网的平均漏损率为15.77%，漏损总量为60.95亿吨，相当于当年北京市供水总量的5.4倍[7]。城市供水管网漏损现象比较普遍，漏损在浪费宝贵水资源的同时，还给供水企业带来了巨大的经济损失[8]。供水企业一方面面临着供水管网的漏损问题，另一方面在查漏及表务管理上存在一定的问题，致使产销差水量较大。产销差水量是供水企业管理水平和服务水平的体现，目前大部分的供水企业都将产销差控制作为一项重要的工作来开展，虽然取得了一定的成绩，但是在一些地区的产销差控制效果并不明显。所以，我国十分重视对城市供水管网产销差控制的研究，虽然取得了一定的成果，这对于供水管网的安全稳定运行有着重要的借鉴意义，但是管网的规模与类型、管材的种类和使用年限等各不相同，因此，采取同样的控制措施不一定能够达到相同的控制效果。这就需要以管网的实际数据为参考，结合管网的实际情况来分析产销差的原因、可釆取的控制措施以及控制后所能达到的水平等，进而控制管网的产销差。城市供水管网产销差对我国社会、经济等造成的危害较大。根据国际水协（InternationalWaterAssociation，IWA）[9]推荐的水量平衡模型可知，产销差水量包括未收费合法用水量和漏损水量两部分。供水企业对未收费合法用水量有相应的数据统计，其水量去向明确，不是产销差控制的主要方向。而漏损水量通常构成了产销差水量的主要部分，成为产销差控制的主要方向。采用科学的方法来降低供水管网的漏损现状，是缓解我国水资源缺乏，保证我国社会和经济可持续发展的重要科学技术路线，具有重要的科学研究意义和经济价值。因此，针对当前城市供水管网产销差的现状，本课题提出独立计量分区（DistrictMeteringArea，DMA）技术，DMA技术是近年来管网漏损，特别是真实漏损控制中广受青睐的方法之一。该技术可以保证在安全供水的前提下，利用阀门、流量计等装置将管网分割成一些相互独立的区域，通过分析不同区域的夜间流量，推测管网的漏损情况，并采取相应的漏损控制措施，以达到控制管网漏损的效果，进而降低供水管网的产销差。1.2国内外的研究进展1.2.1管网漏损检测技术开展供水管网漏损控制工作，首先要找到漏损发生的位置，之后才能采取相2 工程硕士学位论文应的措施来控制漏损。管道漏损分为明漏和暗漏两大类。明漏是很容易就能被发现的，暗漏则需要用一定的方法才能够发现并确定漏点[10]，所以，供水管网漏损检测技术一直是许多学者研究的重点。给水管网漏损检测设备一般是通过检测漏水声来定位漏点的，常用的漏损检测设备主要有：听漏棒、电子放大听漏仪、噪声自动记录仪、相关仪等[11]。检漏的方法分为两种：被动检漏法与主动检漏法。等地下管道渗漏的水流出地面以后才进行检修的方法是被动检漏法,这种检漏方法比较原始，投入少，但是漏失的水量多，并对周围环境和居民的生活造成了一定的影响。但是主动检漏法则不同，它是待地下管道的水流出地面之前，利用检漏仪来检査管道的漏水情况，这种检漏方法能快速发现漏点，检漏效果比较明显。主动检漏常用的方法主要包括音听法、相关分析检漏法、区域装表法、区域检漏法、区域检漏和区域装表结合法等[12]。1．音听检漏法音听检漏法可分为直接听音与间接听音两种。直接听音是在阀门处听音，用于搜查漏水点的位置，称为漏点的预定位；间接听音则是进行漏点的精确定位，它可以确定漏点的具体位置。直接听音是将听漏棒或者听漏仪等检漏设备直接放在消火栓或阀门处，听测由管道破损发出的漏水声，初步定位漏损的管道。间接听音指的是待阀栓听音初步定位漏损管段后，利用听漏仪来听测漏损的管道，进而精确定位漏水点。用电子放大听漏仪进行听测时可沿着漏损的管道以一定的距离逐点进行听测比较，地面拾音器越靠近漏水点，听到的漏水声就会越强。根据英国水研究中心估计，音听检漏法大约可查到80%的地下漏水量，这个数字是由多种因素共同决定的。2．相关分析检漏法相关分析检漏法是指探测器的两个探头直接接触管壁或管道的附属设施(阀门、消火栓等），输入相应的数据（如管道材质、长度等），相关仪就可以分析出漏水点距探测器的距离[13]。探测器和相关仪两者的信号传输，可以用有线传输也可以用无线传输。此检漏方法适用于两接触点距离小于100-200m，直径不大于400mm的金属管道，尤其是在深埋或经常有外界噪音的金属管段，可获得较高的正确率。因该方法的检漏费用较高，所以一般用于音听法检漏有疑问而又符合条件的管段，用于复验漏水点的位置。3．区域装表法将供水区域分成若干个相对独立的区域，保留一或两个装有流量计的进水管，并关闭小区与外界有联系的阀门。计量该区域同一时刻的进水总量和用水总量，两者之差即为该区的总分表差。根据总分表差数据，结合夜间测出的最小夜间流量来确定区域的漏水量。该法初期的投资较高，受水表精度的影响较大。4．区域检漏法3 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究此法是将整个供水区域分为若干个检漏区，一般选择管长为2-3km或户数为2000-5000户的居住区为一个检漏小区。关闭该区与外界连通的阀门，仅留装有在线流量计的旁通管。在深夜用水量较少时（凌晨2:00-5:00），测定该区域的进水量，此流量值即为该区域的夜间用水量和漏水量的总和，扣除用户的夜间用水，即为该区的漏损量。若漏损量没有超过允许值，则表示该区域基本上无漏水或漏水很少，不用再检测；若超过允许值，可以再缩小测漏区域，比较缩小前后的最小流量，若差距比较大，则说明有漏水，再结合使用其它检漏方法，如音听检漏法，来具体检查漏水管段。区域检漏法可分为直接区域检漏和间接区域检漏。直接区域检漏是关闭所有与外界连通和所有用户水表前的阀门，该区域进水管处测得的流量即为该区的漏损水量。间接区域检漏是关闭所有与外界连通的阀门，原则上不关闭用户水表前的进水阀门，这样在进水管处测得的流量包括管网漏损水量和个别用户的漏水量。区域检漏法对管网设备的要求较高，还要事先装好旁通管和旁通水表，初期的投资较大，操作较复杂和繁琐，但是准确性较高。5．区域装表和区域检漏结合法该法同时具有区域装表法和区域测漏法的装置。区域内装的水表在白天或一定时间里起区域装表法的作用，而当需要测漏时起区域测漏法的测漏水表作用。不同的检漏方法特点各不相同，适用条件也不一样。在确定检漏方法之前，应先通过技术、经济性方案比较，选择合适的方法和检漏周期，以保证经济效益的最大化和正常的生活运营。十九世纪开始，国内外就已开始了对城市供水管网的检漏工作，相关的检漏仪器也应运而生。十九世纪的检漏仪器是皮托棒区域测试、简单木制声音棒；十九世纪五十年代的检漏仪器是人工听音；二十世纪初的检漏仪器是简单机械地音探听器、机械水表记录设备；二十世纪二十年代的检漏仪器是HelicalVaneMeters；二十世纪四十年代的检漏仪器是音听装置、电子地音探听器；1965年的检漏仪器是地下麦克风；六十年代开始出现了声音增强的测量器械，如电子耳；1978年的检漏仪器是漏水噪音相关仪；二十世纪八十年代的检漏仪器是电池运行记录器、电子步进测试仪；二十世纪八十年代中期，英国、美国、法国、日本等国家相继成功开发了金属管道传声的相关仪器，检漏仪器是地质雷达(利用无线电波对漏水情况进行检测)；二十世纪九十年代的检漏仪器是声学记录器；2000年的检漏仪器是地理信息系统(GIS)、数字设备及检漏相关设备；2001年的检漏仪器是相关仪、组合声学记录器；2002年的检漏仪器数字相关仪。检漏仪器的发展为供水企业的管理提供了便利，减少了管网漏损水量的损失。1.2.2国内外漏损控制的研究进展4 工程硕士学位论文发达国家对漏损控制的研究工作起步较早，很早便成立了学术研究机构。比如英国水研究中心（WRC）发表了关于漏损控制的内容、方法和对策的报告；美国供水协会（AWWA）成立了漏损检测和计量委员会；日本水道协会（JWWA）专门针对管道漏损问题进行了研究，并在长期的工程实践中取得了良好的漏损控制效果[14]。20世纪80年代，国外开始了对供水管网漏损控制理论和方法的研究。1979年，Shamir和Howard建立了供水管网漏损频率随管道铺设年限变化的模型，采用的方法是回归分析，此模型的预测结果不是很好，因为供水管网中影响漏损的因素很多，管道的漏损不仅仅是由管道的铺设年限造成的[15]；1982年，Walski和Pellicia将管径和温度两个因素引入以上回归预测模型中，致力于收集确定建立模型所需的数据和参数[16]；2000年，英国水协尝试用经济性漏损分析做为控制管道漏损的目标，在研究过程中尽量提高数据的质量与分析技术；2001年，Y.Hosoi基于供水管网建立了漏损检测周期模型，并在分区管理模型中进行了印证。以上是国外对漏损分析模型的研究，通过模型的建立可以找到影响漏损的因素，进而控制管网的漏损。在供水管网压力控制研究领域，Goodwi等学者通过研究发现管网漏损与服务压力有直接的关系，漏损水量随着服务压力的增大而增大，如果能将服务压力降至用户所需的最小服务压力水平，即可减少供水管网的漏水量，因此可以通过控制管网的压力来减少管网的漏损[17]；Bargiela1和Miyaoka1用供水管网系统中剩余压力的平方和最低作为目标函数，约束条件为供水管网系统正常运行，在此情况下建立了分析模型，通过控制阀门的开启度来降低供水管网的压力，这样可使漏损量减少20%~30%，但是此模型中并未考虑管网漏损这一因素；后来，Germanopoulos和Jowitt弥补了模型的缺陷，把管网漏损这一因素引入至模型，这一做法拓宽了供水管网漏损控制的领域。国内对供水管网漏损控制的研究相比国外较晚。2001年，张宏伟建立了漏损控制预测模型，此模型由铺设管道的管径、埋深、压力和接口等因素来预测管道的初始漏损时间，这使得供水企业的管理模式由被动变为主动，能更好地控制管网的漏损[18]；之后，天津大学的张丽，用自控调节阀来控制管网的漏损，通过设置阀门的开启度，来控制管网的压力，进而降低管网的漏损，此方法已实施并得以验证[19]；王节勇和王红旗等人在实践的基础上分析了供水管网漏损产生的原因，并提出了有效控制供水管网漏损的措施与手段，如完善供水管理制度、加强检漏工作和管网日常维护管理等，这为供水企业提供了一定的技术支持[20]；戴雄奇建立了神经网络模型，此模型可以识别供水管网发生漏损的区域，运用微观水力模型可以缩小区域的范围，进而定位漏损发生的具体地点[21]；张瑛在某市供水管网中的一个区域建立了漏损分析模型，进行相关性分析可以确定存在潜在漏损的管道，通过和实际漏损结果的对比，可见此模型具有较高的准确性，可被用于5 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究管理日常的漏损工作[22]。由于供水管网拓扑关系错综复杂，漏损影响因素复杂多变，国内对城市供水管网漏损控制的研究起步较晚，且大部分是在国外先进成果的基础上进行的应用性研究，研究内容比较单一，对供水管网漏损控制研究的认识不够深入，尚处于起步阶段。因此，如何快速准确定位并控制管网漏损，还需要进一步研究和探索。1.2.3DMA技术在漏损控制中的应用DMA技术又称区域管理，是把供水管网分级划分为多个可计量的区域，以便对每个分区进行流量和压力监测，对管理区域内流进的自来水总量和实际售水量差值进行计算，从而确定区域内供水损耗情况的一种技术和管理手段[4]。由于DMA技术对提高供水管网的管理水平和供水企业的效益有着重要的意义，所以，国内外许多学者和研究人员纷纷对分区管理技术的优劣势和分区方法进行了深入研究[23]。国外在这方面的研究起步较早。由文献[10,24~25]可知：二十世纪九十年代，英国伦敦、日本东京和大阪的市区供水管网分别被分为16、50和18个区域；韩国首尔等城市也较早开展DMA的构建；1997年，国际水协成立了WLTF（WaterLossTaskForce），主要从事供水管网的水量管理、漏失控制以及压力管理等工作，在已有大量管网数据的基础上，他们提出了一系列的指标与管理方法，目的是将供水管网中的漏损降至最低，其中，在DMA小区内运用分步测试法(StepTesting)和最小夜流量法MNF(MinimumNightFlow)可以有效检测管道的漏损；1999年、2001年，MalcolmFarley和英国水工业研究机构UKWIR相继发布了DMA使用相关手册，介绍了DMA的设计原则，并制定了有关DMA分区的“漏损控制政策与实践”纲要；2004年，澳大利亚金海岸的管网在试点成功试验后，对其中的三个地区实施了DMA分区管理，将管网的漏损量降至原来的50%；2004年，意大利那不勒斯东部地区的供水管网被划分成了6个DMA，这一措施的实施将供水管网的漏损量降至系统总水量的16%；2007年，英国剑桥供水公司为了降低供水管网的漏损率，使用阀门和流量计将供水管网分为了36个DMA；2008年，Tzatchkov提出了一套通过AutoCAD实现供水管网分区的方法，目前该方法已被应用于俄亥和俄州两个城市的分区管理中，取得了较好的成果；2010年，GraymanWalterM对城市供水管网进行了DMA分区，他分析比较了分区管理对消防用水、水龄、水质及供水安全性的影响，这为供水管网分区管理提供了思路。在国内，愈来愈多的供水公司也开始重视DMA分区管理技术。北京、天津、吉林、沈阳、上海、南京、昆明、广州等城市在国外已有经验的基础上，积极探索研究和应用DMA分区管理技术，取得了一定的成果，这为我国供水系统管理模式优化提供了借鉴和参考；2009年，深水集团开始了对DMA的探索；2012年，深6 工程硕士学位论文水集团成立了小区漏损控制项目组，分别在罗湖、福田、南山三个管理区选点，筛选出40个产销差高于20%的小区，建立DMA计量分区进行管理，将40个小区的平均产销差从漏控前的28.3%下降到漏控15.1%，漏失水量从89942m3/月下降到41305m3/月，合计减少漏失水量48637m3/月，初步估算减少漏损水量583644m3/年，按深圳市供水成本价和现行水价进行测算每年可减少收入损失约111万元[26]；2011年，凌文翠，强志民，张涛等通过对三个DMA示范区的工程实施，总结了DMA建立过程中的经验教训，形成了对国内大中型城市供水管网具有普遍指导意义的DMA建立方法，并提出了优化与改进措施[27]。实践证明，DMA技术不仅能量化管网漏损，还可以提高供水企业漏损管理的积极性，是一种切实有效的供水管网漏损管理方法[28]。1.3研究目标与研究内容1.3.1研究目标本文的研究目标主要有以下两个。（1）在地理信息系统(GIS，Geographicinformationsystem)的基础上，结合国内、外DMA建立的经验，对我国华南地区某城市小区进行了DMA的建立。通过示范小区DMA的工程实施,总结DMA建立过程中的经验和教训,形成对该城市供水管网具有指导意义的DMA建立方法。（2）对我国华南地区某城市DMA小区的总分表差进行分析、控制和评估，确定小区总分表差水量平衡计算方法和控制措施。通过对示范小区DMA总分表差的研究，确定小区总分表差的研究方法，并为今后小区总分表差研究的推广奠定基础。1.3.2研究内容本文主要针对DMA技术展开研究，研究的主要技术路线如图1.1所示。建立分析小区采取控制评估总分确定小区最经济DMA总分表差措施降低表差控制小夜间流量效益小区的构成总分表差效果基准值分析图1.1DMA研究的技术路线图本文研究的主要内容如下所示。1.DMA的建立（1）DMA概述7 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究详细阐述了DMA技术，包括其概念、分类、功能、设计目标及标准等，便于对DMA技术有更清楚的认知。（2）国内外DMA建立的案例列举国内外DMA建立的具体案例，总结国内外在DMA建立过程中的经验与区别，为华南地区某城市小区DMA的建立提供参考。（3）列举华南地区某城市小区DMA建立的工程实例，总结DMA建立过程中的经验和教训,形成对该城市供水管网具有指导意义的DMA建立方法。2.小区总分表差控制研究小区DMA是DMA分区中的一种类型，通过小区DMA的建立以及持续监测分析，可快速发现小区内的漏损或偷盗水问题，降低小区的总分表差，提高供水企业的经济效益。在DMA小区内研究总分表差的过程中，分析小区内未计费合法用水量组成，可以确定其量化方法，同时，利用最小夜间流量和总分表差分析可以确定小区总分表差过高的原因，量化小区真实漏损和表观漏损。通过进一步分析小区总分表差的构成，可确定主控项，并采取相应的控制措施来降低小区的总分表差。（1）最小夜间流量分析（凌晨2:00-4:00）1）测定小区总表的MNF（夜间最小流量）2）估计小区内用户夜间合法用水量3）计算小区夜间时真实漏损量4）计算小区日真实漏损量（2）总分表差分析1）总分表数据采集与分析2）评估小区未收费合法用水量3）评估小区表观漏损4）确定主控对象（3）控制措施对DMA小区采取全面的探漏修漏，及时修复与更换漏损管段，并记录漏损管段的管径和漏点流量。（4）评估控制效果持续监测DMA小区的夜间流量并分析总分表差，计算控制前后夜间流量与总分表差的变化情况，评估控制效果。（5）确定最小夜间流量的基准值在DMA小区内进行全面的修漏之后，小区内除背景漏损以外的其他形式漏损已经不存在。此后，连续监测一段时间DMA小区的夜间流量（MNF），做出最小夜间流量随时间的变化曲线，此基准值可以作为DMA小区运行期间的漏损报警参考值。（6）经济效益分析对已建DMA小区进行经济效益分析可确定资金回收的时间以及所得净收入，具有一定的现实研究意义。8 工程硕士学位论文第2章DMA建立我国城市供水管网是一个复杂而庞大的系统，如果从整个供水管网来发现和控制漏损，难度较大。因此，可以通过分区计量，将整体的供水管网系统划分成若干个较小的子系统，即划分为许多个独立计量的区域，逐个解决问题，这是国内外许多供水公司普遍采用的漏损控制与管理方法[29]。本章介绍了DMA的概念、分类、功能、设计目标及标准等内容。同时，列举了国内外DMA建立的案例及华南地区某城市小区DMA建立的工程实例，总结DMA建立过程中的经验和教训，便于后期DMA建立的借鉴与参考。2.1DMA概述2.1.1DMA的概念与分类2.1.1.1DMA的概念DMA的概念出现于20世纪80年代，指的是有一个或者几个进水口，有永久性边界的独立供水区域，并且进出区域的流量都要计量[30]。2.1.1.2DMA的分类根据供水管网的结构特点，DMA分区可以分为以下三种形式[31]。（1）由一条或多条进水管供水的区域；（2）一个完全独立的区域（即没有流量进入邻近的分区内）；（3）层叠式分区（即上层分区的流量流进邻近分区内）。2.1.2DMA的设计目标通过建立DMA分区，可以实现以下目标。（1）通过持续监测DMA分区，发现区域内存在的未知漏损和爆管。（2）对DMA分区进行压力管理，保证区域在最优压力条件下运行，以降低与压力相关的那部分漏损。2.1.3DMA的功能DMA分区主要有以下功能。（1）DMA分区是实现区域查漏、漏损控制的有效手段；（2）通过持续监测DMA区域内的流量与压力，可以主动确定区域的漏损水平，指导检漏人员优化检漏顺序，并识别区域内是否有新的漏点产生；9 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究（3）可以积极主动的实施检漏管理，进而对漏点进行精确定位，便于漏点的快速修复，减少漏失水量；（4）有助于供水企业及时发现爆管、漏损等事故问题；（5）有针对性的进行压力管理来提升供水服务水平，通过调控DMA分区的水压，使供水管网在最优的压力条件下运行；（6）有针对性的进行资产的更新和维修，同时使更新维护利于程序化和计划性；（7）为区域内的供水管网改造、计量器具维护更新和供水规划等提供参考；（8）DMA能够指导远期供水管网规划，确定科学合理的管网改造方案和建设方案，优化管网布局，降低管网建设投资成本；（9）利于有重点的对水质进行监测和维护。2.1.4DMA的设计标准设计DMA时需要综合考虑以下因素。（1）经济漏损水平以及最终的漏损控制水平[32]。每个供水企业的经济实力和技术力量不同，相对应的管网经济漏损水平标准不同。所以，要结合公司的实际情况，制定适合自己的经济漏损控制水平。（2）DMA的规模。DMA的大小按户数可以分为三种类型[33]：大型（用户数量在3000-5000户），中型（用户数量在1000-3000户），小型（用户数量小于1000户）。国外在划分DMA时，通常将用户数作为DMA评定的标准。如：国外城市中典型的DMA大小在500-3000户，同时，有低于500户，也有高于3000户的DMA存在。但是，我国供水管网的结构特点和国外有很大差异，所以，在我国，只以户数大小来划分DMA是不科学的，应根据我国城市供水管网的结构特点和DMA具体实现的功能来确定DMA的规模。（3）供水方式和用户类型。设计DMA时，可根据不同的供水方式和用户类型，建立不同类型的DMA。供水方式可以分为三种：市政直供、设水箱的给水方式、依靠水泵升压的给水方式。用户类型可以分为两种：单一用户和混合用户，混合用户包括居民用户、工业用户、行政用户或者商业用户等。在以住宅小区为主的DMA分区，需要统计用户的基本情况以及用水规律。（4）DMA分区内高程的变化情况。区域内高程变化大时，会增加DMA建立和压力管理的难度，因此，设计DMA时应尽量减少DMA内的高程变化。（5）DMA分区内安装的边界阀门越少越好。初步规划DMA分区时，应尽可能以原有管网的水力边界作为DMA的边界，以减少阀门的使用数量。（6）DMA分区内的水质和水压问题[34]。建立DMA分区的过程会关闭边界阀门，关阀会引起管网末端死水的产生。DMA分区内关闭的阀门数越多，死水10 工程硕士学位论文产生的机率越大。一般情况下，水质问题可以通过定期冲洗管道来解决。DMA分区在建立的过程中要尽量保证对用户的服务质量，保证向用户提供水质条件好、压力平稳的水流。（7）对DMA分区进行压力管理时，保证区域降压后满足用水高峰时最不利点的压力需求，并满足消防校核要求。（8）DMA分区内的计量表具，以个数最小为原则，以节约建立成本。2.2国内外DMA建立的案例2.2.1国外DMA建立的案例北美是环状型供水管网。对于许多北美的供水公司而言，将现存的压力可控区域转变为永久的DMA分区是一个很好的出发点。这些地区已成功设计、实施并运用了DMA技术，如北美的埃尔多拉多灌区（EID）、西雅图公用事业（SPU）等地区[31]。2.2.1.1DMA规划1.DMA规模EID与SPU地区的地势变化较大，所以供水公司都选择将现存的压力可控区域转变为DMA分区，因为选择现存的压力可控区域会促进DMA分区的建立。在选择压力可控区域建立DMA时，尺寸在设计过程中不是一个主要问题，主要是要保证所选的压力可控区域有一个合理的服务连接管数（500-3000个服务连接管）。表2.1列出了两个不同地区DMA的服务连接管数量及管道长度。表2.1不同地区DMA的服务连接管数和管道长度公共设施EIDSPU服务连接管数量4441276连接管密度26/mileor18/km119/mileor74/km管道长度24.7km17.2kmEID是农村地区，相对于城市地区EID地区的人口密度较小。故在建立DMA时，所选区域的服务连接管数量较小，而管道长度较大。2.初步划分DMA边界初步规划DMA边界时，要将DMA区域内存在潜在问题的点作为重点考虑的对象，并根据管网的实际情况和已有的实践经验来进行解决。存在潜在问题的点可能有：区域的最不利点（最远点、最高点或低压点等）、大用户点（医院、工业用户等）。这些存在潜在问题的点可能会因为流量计的安装位置或阀门的关闭而改变管网的供水方向，从而影响管网的供水安全性，因此，在规划DMA边11 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究界时要引起足够的重视。初步划分DMA边界时，尽可能以原有管网的水力边界作为DMA的边界，使安装、运行及维护费用最低。初步规划DMA边界时要尽可能少的穿越干管。如果有干管穿越DMA边界，需要在干管上安装流量计（或阀门），这样便于计量流入或流出DMA区域的流量（或关闭该管的进出水）。若有可能，应尽量避免管径大于300mm的干管穿越DMA边界，一方面能减少大口径计量水表的安装数量，降低成本；另一方面可以提高计量的准确性，因为如果流入DMA区域的大部分流量又流出该DMA区域时，该区域内水量计量的准确性就会降低，不利于控漏目标的实现。3.初步选择流量计的安装位置结合配水管网图选择流量计的安装位置。流量计应尽量安装在直管段上（阀门与弯头可能会影响流量计读数的准确性），同时要考虑所选管段是否满足安装要求。2.2.1.2DMA的建立EID与SPU地区DMA分区建立的步骤如下所示。1.DMA测试（1）评估DMA分区内的压力水平。在选定的DMA分区内安装压力记录器。如果分区内有大用户，则压力记录器安装时要离大用户近些。DMA分区边界阀门关闭前后，持续监测区域内关键点（大用户或地势较高的点）和平均压力点的压力，比较DMA分区建立前后这两个点的压力变化情况，分析区域的隔离是否对压力产生影响。若DMA分区建立后区域内的压力明显降低，则应重新设计DMA分区，以保证分区内的压力需求。因为EID与SPU地区都选择将现存的压力可控区域转变为DMA分区，故此步骤无需进行，可直接进入下一步操作。（2）检查DMA分区的边界阀门是否完全关闭。（3）进行降压测试。进行降压测试是为了检验DMA分区是否封闭，这对DMA的建立起着至关重要的作用。开展测试之前，应在DMA分区边界内外安装一些压力记录器。降压测试的过程是：凌晨1:00-4:00，调节分区进水管处的阀门以控制进入DMA区域的流量，观察DMA分区边界内外压力的变化情况，若边界内外压力的变化有相同的模式，则说明DMA分区不是封闭的，某处可能存在与外界连通的管段。出现此情况时，需查看分区边界阀门是否关闭，找出连通管后应将根据实际情况将其切断，以保证DMA分区封闭。（4）试压建立DMA时，关闭原有的阀门可能会造成区域供水压力不足。对于关闭阀门并改变进水管段的DMA，需要进行试压，以确定区域内是否满足压力需求。12 工程硕士学位论文关闭DMA区域的边界阀门，打开进水阀门，测试一段时间DMA区域内的压力和流量变化，如果没有收到用户对水压和水量的反应通知，则认为DMA的设计能满足该区域的水量和水压需求；如果收到用户对水压和水量的反应通知，则说明DMA的设计不能满足该区域的水量和水压需求，应立即打开区域的边界阀门，并分析水压不足的原因，必要时需要重新规划DMA，直至试压成功为止。试压是决定DMA能否成功建立的关键步骤，因此要引起足够的重视。2.流量计的选型与安装EID与SPU这两个地区建立的DMA分区中，每个DMA分区都只有一条进水管，根据DMA分区的进水流量可选择合适的流量计，并在区域进水管的合适位置安装流量计。此外为了进行压力控制，每个DMA分区的进水管上安装的都是流量调节阀。2.2.1.3DMA示范区建立的效果降压测试后发现，EID与SPU这两个地区DMA分区的边界阀门都是关闭的，降压测试成功进行。示范区DMA建立之后，持续监测一段时间分区的流量和压力。分析后发现，DMA分区所选的连接管数量及管道长度都是合适的，且DMA分区建立后均能保证水量、水压和水质的需求。结果表明，示范区DMA成功建立并正常运行。2.2.2国内DMA建立的案例2.2.2.1北京市二环内供水管网DMA的建立北京市二环内供水管网DMA建立的过程如下所示[30]。1.DMA规划北京市二环内的供水管网是环状网，管径超过400mm的供水干管呈环状结构。在划分DMA分区时，只对管径不超过300mm的支状管网进行划分，将供水干管排除在外，保持其原有的水力边界以保证安全供水。规划DMA时其大小是需首要考虑的因素。DMA的大小主要体现在用户数和管线长度上。北京市二环内的用户密集、人口密度大，在规划DMA时应同时考虑用户数和管线长度这两个因素。经发现，就北京市供水管网而言，管线长度（干管）是决定DMA大小更为合适的指标。在划分DMA时，应综合考虑用户数和管线长度这两个因素，户数平均控制在3000户左右，管线长度控制在10km左右。2.DMA的建立根据北京市二环内DMA的划分结果，从中选出了两个具有代表性的示范区DMA。这两个DMA内的用户均以居民住宅为主，其中还有少量的办公楼。示范13 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究区DMA建立的步骤如下所示。（1）初步规划DMA，确定临时的DMA边界在地理信息系统（GIS）中选择合适的区域划分临时DMA边界。划分临时DMA边界时，尽可能以原有管网的水力边界作为DMA的边界，这样可以保证DMA区域内管网结构和道路的完整性，减少新管段和新阀门的安装数量，使安装、运行及维护费用最低。（2）统计临时DMA的各项指标结合北京市自来水集团营销分公司的营销数据及GIS系统，统计临时DMA内的用户数量、管道长度（管径>15mm的供水管道）及月均用水量。（3）调整临时DMA，得到正式DMA根据临时DMA的用户水量和管道长度，调整得到正式的DMA，调整后确保正式DMA的用户数量在3000户左右，管道长度在10km左右。（4）选择进水口和流量计的型号进水口的选择北京市二环内DMA区域大多设置一个进水口，但出现以下两种情况时需结合实际情况特殊考虑：第一，DMA区域内存在重要的大用户，比如大型医院和宾馆等；第二，DMA区域内的用户数较大（如：户数大于4000）。当出现以上任一种情况时都需设置两个进水口，以保证供水和消防安全。流量计型号选择根据流量计的月均用水量及流量计的测量范围计算流量计的口径。如果计算得出的流量计口径与选定的进水管管径不同，安装时则可通过变径解决。（5）整理需要关闭的边界阀门和新设阀门根据GIS提供的阀门口径、地址及与管道的关系，整理需要关闭的边界阀门和新设阀门，使DMA分区独立。（6）在选定的进水管上安装流量计，之后关闭边界阀门和进水阀门进行零压测试，以测试边界阀门是否完全关闭。（7）设置测压点为了测试DMA建立后分区内的压力是否满足供水压力的要求，北京市自来水公司在区域内设置了测压点。测压点主要设置在DMA分区的消火栓上，以便于安装和测试。（8）水质检测DMA分区的建立可能会对分区内的水质有一定的影响，故在DMA建立后要进行水质检测。检测后发现，DMA分区内管网末梢的余氯含量远远超过了国家标准，可以有效抑制水中细菌的滋生。故分区内的水质满足要求。3.DMA示范区建立的效果14 工程硕士学位论文示范区DMA建立之后，持续监测一段时间分区的流量和压力。分析后发现，这两个示范区DMA的大小（包括用户数和管道长度）与进水口的选择都是合适的，且DMA建立后能满足区域供水压力和水质的需求。结果表明，示范区DMA成功建立并正常运行。2.2.2.2深圳市蛇口片区小区DMA的建立深圳蛇口片区建立了两个小区DMA，建立过程如下所示[35]。1.小区情况介绍（1）龟山花园小区龟山花园小区共有56块分表，均为居民用户。小区南侧有一路进水，在此进水管上安装了一个对照水表，水表的口径为DN80。（2）翠薇园小区翠薇园小区分为多期建设，北片18、19栋高层建筑由二次加压供水，该区域由北侧的市政管道进水。此处选择DMA建立的范围是小区南片的1-17栋。南片1-17栋为多层住宅，共有937块分表，均为居民用户。DMA区域由西侧的管道供水，在此进水管上安装了一个对照水表，水表的口径为DN150。2.小区DMA的建立首先，查看小区边界是否闭合，并核实小区实际的进出水管线是否与GIS中管线的分布相吻合；然后，在小区边界闭合、查清实际进出水管线的前提下，对DMA小区开展零压测试。零压测试的过程为：关闭小区所有与外界相连通的管道阀门，打开区域内的消火栓进行泄水。若测试的压力逐渐变小，则说明小区的进水管线与实际相符合；反之，则可判定小区的管网并未与外界完全分离，在确认进水管阀门完好的情况下，需对现场进行管线勘测，以便找出与小区连接的未知管道。3.DMA小区建立的效果龟山花园小区与翠薇园小区的DMA均正常运行，但是在进行零压测试时，是有经验的技术工人通过现场观察的方式判断的，零压测试成功进行，但不能完全判定这两个DMA小区已成功建立，因为在测试的过程中可能存在人为判断失误。更为可靠的方法是做零压测试时通过记录压力表的读数来观察小区的压力变化情况。在后期DMA的运行管理中，应根据实时监测的流量与压力数据进一步验证DMA区域是否完全独立。2.2.3国内外DMA建立的经验总结对比国内外DMA建立的过程可得出以下结论。15 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究（1）我国的管网结构与北美类似，都是环状网，在设计DMA分区时，我国与北美都选择在枝状管网建立DMA分区。选择枝状管网的原因是DMA建立过程比较简单、投入的资金较少。（2）与北美相比，我国的人口密度较大，故我国选择的DMA分区管线长度相对较短、用户数量较多。（3）北美的压力可控区域较多，在建立DMA分区时通常将压力可控区域转变为DMA分区，而我国的小区较多，且小区具有较清晰的边界，故普遍将小区转变为DMA分区。2.3应用实例随着我国城市化建设的快速发展，城市供水管网改造的步伐也在逐步加快。AA市位于我国华南地区，该市供水管网铺设年代较早，但是在随后的城市建设过程中，未能及时对所有的供水管网进行更新改造，或者更换后的一些管网因为某些因素（压力过高、管理不善等）而发生复漏，这对AA市供水管网的管理造成了一定的影响。本文选择了AA市中一个总分表差较高的小区（简称C小区）来建立DMA。2.3.1小区情况介绍C小区位于AA市的北部，是一个成熟的小区，它是1996年开发的十幢，均是一梯四户两居（朝南）和三居（朝北）的套房。C小区有一路进水，进水管后有一个水池，水池后设有恒压变频泵，泵后由DN200的进水管向小区供水，小区内没有屋顶水箱。根据DMA的设计标准，对C小区进行初步DMA分区规划和现场踏勘后发现，该小区满足DMA建立的条件。如C小区的地势较平坦，高程变化较小；建立DMA时不需要安装新阀门或新管段即可将该区域封闭起来；DMA建立后能满足C区内水量、水压和水质的需求等。此外，C小区近几年总分表差率均大于40%，水量损失严重；管线资料齐全，总分表对应关系明确；分表多数为户外表，便于抄录；泵后出水管阀门严密性好，启闭正常，公司和小区物管的关系较好，便于凌晨2:00-5:00断水，开展零压测试。所以选择此小区作为DMA建立的示范区。C区共有747户，用户类型为居民用户和一个大用户（幼儿园）。下图指出了C区的区域位置图和管线布置图。16 工程硕士学位论文图2.1C区区域位置图图2.2C区管线布置图2.3.2DMA小区的建立第一步：初步规划DMA根据小区的区域位置图和管线布置图，对DMA小区进行初步规划。初步计划在C区泵后DN200的进水管处安装一个超声波水表和远传压力计，此外，分别在小区的最高点、最远点和平均地势点安装一个远传压力计。第二步：勘察现场（1）探测管道的位置和走向，以确认管道的实际位置是否与图纸上的保持一致，若不一致则需标注出来，并进行修正；（2）确认现有表具的位置及工作状态，以便弄清总分表的对应关系以及表具是否正常运作，有问题的需进行更换；（3）查看预先选定的仪表安装地点是否满足施工条件。经现场勘察后发现，C区管道的实际位置和走向与图纸上的保持一致；小区内的总分表对应关系正确，且表具均正常运行；初步规划的仪表安装地点满足施工条件。故可进行下一阶段的仪表安装工作。第三步：安装远传压力计分别在C区最远点、最高点、平均地势点（这三点在区域内具有代表性）安装远传压力计，这便于顺利进行区域密闭性测试（零压测试）并实时监测小区内的压力变化情况。第四步：在进出水口处安装超声波水表和远传压力计在DN200的进水管（泵后的管段）处安装超声波水表和远传压力计，用于实时计量进入该区域的流量和压力（时间间隔设置为15min）。流量计及压力计的型号选择与所安装的管段相匹配，并且满足夜间最小流量17 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究的要求，即夜间最小流量不低于流量计的下限流量。第五步：零压测试提前通知用户做好停水应对工作，在凌晨1:00-5:00进行零压测试，操作步骤如下。（1）关闭C区的进水阀门，分别在小区的最高点、最远点、平均地势点检测水压，起始时这三点处的水压均有下降趋势，之后便保持在一个正值不再变化。（2）打开区域最远点附近的消火栓进行泄水（估计消火栓的泄水量），发现这三点处的水压开始迅速下降，最终压力均归为零。建立C小区DMA时，依次进行以上步骤。进行零压测试后发现压力计的读数均降为零，零压测试成功进行，这说明了该区域是封闭的，DMA小区成功建立。之后缓慢打开小区的进水阀门（以免产生水锤对管段造成损害），开始向小区供水。由于此DMA小区的建立没有设置新关闭的阀门，故小区内的水质问题可不予考虑，可进行下一阶段的数据采集与分析过程。2.4本章小结本章对DMA技术进行了详细阐述，并介绍了国内外DMA建立的案例，在国内外DMA的划分经验的基础上，列举了DMA小区建立的应用实例，具体总结如下。（1）DMA分区是一种有效的漏损控制方法。在设计DMA分区时应综合考虑诸多因素，如DMA分区的规模、供水方式和用户类型、DMA分区内高程的变化以及DMA分区内的水质和水压问题等。（2）在国内外DMA建立的案例中，我国与北美的相同点是：管网结构都是环状管网，且在建立DMA分区时，我国与北美通常都选择在枝状管网建立DMA分区。（3）在国内外DMA建立的案例中，我国与北美的不同点是：与北美相比，我国选择的DMA分区管线长度较短、用户数量较多；北美是将压力控制区转变为DMA分区，而我国大多将现存的小区转变为DMA分区。（4）从本章的应用实例中可知，我国小区DMA建立的步骤为：初步规划DMA分区、勘察现场、仪表安装与零压测试等。而判断DMA小区是否建成的关键是进行零压测试，若零压测试成功进行，则可说明DMA小区是封闭的，DMA小区成功建立。18 工程硕士学位论文第3章小区总分表差控制研究一直以来，供水管网的产销差问题是困扰供水企业的难题，如何找到切实可行的办法来控制和降低管网漏损是供水企业非常迫切的需求。国内外的实践经验证明：DMA技术是一种切实有效的供水管网漏损管理方法。本章通过对小区实施计量分区（DMA分区），可持续监测小区的夜间流量并分析小区的总分表差，快速发现小区的主要问题所在，减少水量损失的持续时间，同时，利用最小夜间流量法和总分表差法可分离小区内的各项水量，确定主控项，并对主控项采取有针对性的应对措施，有效控制漏损，提高供水回收率，降低小区总分表差。3.1夜间流量分析模型夜间流量分析模型是通过分析DMA分区内夜间流量的变化来确定区域内的漏损水平。它是一个简单的分析模型，只需通过分析最小夜间流量的数据变化，就能快速、有效地确定区域的主要问题。二十世纪九十年代，英国水协建立了一个标准化方法用于控制管网漏损，这个标准化方法就是BABE理论[36]。BABE理论已被世界上的许多国家采用并接受，因为它向非常复杂和经常困扰人们的供水管网的漏损问题提供了一个最简单、最切实际的解决方法。夜间流量分析模型的理论基础是BABE理论（BurstandBackgroundEstimateapproach）。BABE理论由以下方法组成。年分漏损控制的经济性水析量和平运衡用爆管和背景漏损评估和夜漏模型（BABE理论）间损流的量组成压力管理图3.1BABE评估模型夜间流量分析模型是一个经验方法，它已被世界上的一些地区（如：欧洲、中东、马来西亚、南美洲、非洲和美国等地区）采用，并取得了重大的成就。19 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究夜间流量分析模型研究的主要内容是区域中正常用户夜间用水的评估。3.2最小夜间流量分析3.2.1最小夜间流量的构成在一个封闭的独立计量区域（DMA分区），最小夜间流量[37]包括三部分：用户合法夜间用水、背景漏损和爆管。图3.2是DMA小区内24小时流量变化图，图中显示了夜间最小流量的组成，具体如下所示。）/h3m用户用水量（24h变化）用户最小夜间用水量流量（爆管漏损最小夜间流量漏损水量背景漏损失024681012141618202224时间（时）图3.2DMA小区24小时流量变化图供水管网系统中的漏损（真实漏损）可以分为两类：爆管和背景漏损[38]。爆管分为已报道的爆管和未报道的爆管两类，已报道的爆管是指区域中存在的大漏点，漏水持续时间较短；未报道的爆管是指区域中存在的中等大小的漏点，漏水持续时间主要取决于供水企业的抢修速度。背景漏损是指区域中存在的难以发现的小漏点。每个国家对爆管和背景漏损的界限规定都是不一样的，英国的界限值是0.5m3/h，即：漏损量>0.5m3/h时，为爆管；漏损量<0.5m3/h时，为背景漏损。而南非的界限值是0.25m3/h，即：漏损量>0.25m3/h时，为爆管；漏损量<0.25m3/h时，为背景漏损。在所有的供水管网系统中，爆管与背景漏损是并存的，不可能存在完全没有漏损的系统。3.2.2用户夜间用水量20 工程硕士学位论文为了评估区域的漏损（爆管和背景漏损）大小，需要确定该区域的用户用水量。区域进水口监测到的夜间最小流量包括用户正常夜间用水和漏损这两部分，最小夜间流量一般发生在凌晨2:00-4:00，在这个时间段，区域内的用户用水量最少，而漏损量最大。用户夜间用水量可以分成三部分：居民正常夜间用水、少量非居民用户夜间用水和大用户夜间用水。1.居民正常夜间用水居民正常夜间（凌晨0:00-4:00）用水主要用于冲厕。实践证明，大约6%的人在夜间（凌晨0:00-4:00）是用水的，用水量为10L/（户h），因此用户的夜间用水量为：（6%×户数）×10L/（户h），南非推荐的夜间正常居民用户用水量为1.7L/（户h）或0.6L/（人h）。英国水协推荐的夜间正常居民用户用水量为1.8L/（户h）-2.5L/（户h）。2.少量非居民用户用水少量非居民用户用水量是比较难评估的，它主要取决于区域内的用户类型，尽管每个少量非居民用户用水是单独计量的，夜间去记录这些水表的读数是不现实的。英国水协推荐的不同非居民用户用水的平均值如表3.1所示。表3.1英国水协推荐的不同非居民用户用水的平均值类型样本用水平均平均每户用水量数量户数用水量（L/（户h）无人消防局，警察局，银行，教堂，123167.00.9公园，水厂，污水处理厂等商店，办公室，工艺中心，洗衣店，仓库，大型房地产公司，招待所，车201360620.56.2站、加油站，农场等酒店，学校，咖啡馆和餐馆等50524426.012.6医院，食品加工厂，公共厕所等2057953.020.5养老院，小矿山，采石场等332580.060.63.大用户用水在一些独立计量区域（DMA分区）中，可能会存在一个或者多个大用户，如：机场、大型酒店、啤酒厂、游泳池等等，它们的用水会影响夜间流量的分析，在这种情况下，需要单独计量区域中的大用户用水，并确定大用户的夜间用水量。3.2.3背景漏损背景漏损是供水管网中相对较小的漏损和渗漏的累计流量。背景漏损经常会21 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究在供水管网中的阀门、接头、消火栓、计量设施、水龙头、储水池、屋顶水箱等地方产生[39]。由于很难发现并修复背景漏损，所以一定范围内的背景漏损可以认为是正常的。背景漏损随着管龄的增长和压力的增大而增加，管材和管道接口的技术也会影响背景漏损的水平。在降低背景漏损方面，压力管理比更换管道的花费低。背景漏损主要由以下三部分组成[40]。1.干管中的背景漏损（简称BLMAIN）2.连接管中的背景漏损（简称BLCONN）3.设施中的背景漏损（简称BLINST）1.干管中的背景漏损（简称BLMAIN）所有的供水管网中都存在背景漏损，大的背景漏损发生在干管，小的漏损经常发生在管道接口或者管道上小的裂缝处，背景漏损的大小是由基础设施的条件和管网的压力所决定的。英国水协推荐的BLMAIN为40L/（kmh），并允许有上下50%的波动，即20L/（kmh）-60L/（kmh）。2.连接管中的背景漏损（简称BLCONN）施工质量不好，再加上长时间的磨损，会使管道接口处发生漏损，连接管中的背景漏损是指干管与计量表具连接的管段发生的漏损。在大多数的配水系统中，连接管处的漏损是供水系统漏损的主要部分。英国水协推荐的BLCONN为3L/（连接管数h），并允许有上下50%的波动，即1.5L/（连接管数h）-4.5L/（连接管数h）。3.设施中的背景漏损（简称BLINST）设施是指管网中所有的管道工程、管道设施、配件及用户计量表具上的固定装置等等，但是不包括计量表具。一部分的背景漏损发生在连接管或者建筑内不同的卫生设备，通常情况下，发生在连接管和建筑内不同卫生设备的漏损都没有发生在干管上的背景漏损大。英国水协推荐的BLINST为1.0L/（户h），并允许有上下50%的波动，即0.5L/（户h）-1.5L/（户h）。背景漏损夜间流量模型是在管网压力为50m的条件下进行的，在标准压力为50m的条件下，估计的背景漏损量为250L/h。3.2.4爆管在不考虑计算误差的情况下，区域中的最小夜间流量减去用户合法夜间用水量、背景漏损量即为爆管的流量。英国水协推荐的服务爆管当量为1.6m3/h。22 工程硕士学位论文3.2.5最小夜间流量的应用运用最小夜间流量来分析DMA小区内的漏损情况是国内外供水企业常用的一种技术手段。其原理是：凌晨2:00-4:00时，DMA小区内的用户用水量最少，此时区域内的进水量接近漏损量，用一定的方法估算出区域内夜间用户用水量，区域的进水量减去夜间用户用水量即可得到夜间漏损量。DMA小区的最小夜间流量是通过实时监测区域进水口处的流量得到的，由于进水口处的流量计是新装的超声波流量计，其计量精度在允许的范围内，故其计量误差可以忽略不计。因此，计算得出DMA小区的漏损量即为夜间真实漏损量。夜间真实漏损量既可以作为DMA小区漏损变化的参考值，又可以结合总分表差分析来确定除真实漏损以外的差额水量。利用最小夜间流量来监测DMA小区漏损的关键在于如何确定夜间用户用水量，可以分为以下两种情况。（1）对于没有二次水池、水箱的DMA小区，可以根据小区内的用户类型和数量，参考英国水协推荐的夜间用水参数来计算夜间用户用水量。因为不会受到二次水池和水箱的影响，这类DMA小区采用夜间流量来分析漏损量准确性较高。（2）对于存在二次水池、水箱的DMA小区，夜间用水量会受到小区内二次水池和水箱的进水量的影响，其进水量在夜间流量中的大小是否存在规律，需要进一步调查。该类DMA小区进水量组成比较复杂，如果不能够在水池前装实时计量的表具，则需要多人配合来进行夜间抄表。运用最小夜间流量法确定DMA小区内的用户合法用水量之后，可以计算出小区的日真实漏损量。计算方法如下。1.确定夜间时真实漏损量凌晨2:00-4:00时，DMA小区的夜间流量最小，根据监测到的进水口夜间流量，计算得出每小时对应的夜间流量，用夜间时最小流量减去用户合法用水量即为该区域的夜间时漏损量。2.确定日真实漏损量同一管网的压力与漏损量成正比[41]，即：nQ漏1P1（3.1）QP漏221.1824PtQ漏Q漏1，t取1-24的整数（3.2）t1P1公式（3.1）中：Q为漏损水量，P为管网压力，n为压力指数，国内大多选用n=1.18。由公式（3.1）计算得出的夜间时真实漏损量Q，利用时平均压力P1和一天漏123 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究24h的压力变化值Pt，由公式（3.2）即可计算出小区内的日真实漏损量。最小夜间流量的应用主要体现在两个方面：（1）短期数据分析：以7天为一周期，通过实时监测小区的夜间流量数据并分析小区的总分表差，较易确定造成小区总分表差过高的主要原因，采取相应的控制措施可降低小区的总分表差。（2）长期数据分析：以一个月为一周期，通过持续监测小区的夜间流量数据并分析小区的总分表差，可快速发现小区内的漏损或偷盗水问题，减少漏损和偷盗水可能的持续时间，降低供水企业的水量损失。3.3小区总分表差控制研究3.3.1小区总分表差构成DMA小区建成之后，需要对小区的总分表差构成和漏损的各要素进行分析，并确定小区的主要问题所在。小区总分表差构成可以参考国际水协推荐的水量平衡模型，具体如表3.2所示[42]。表3.2水量平衡模型收费计量用水系统合法用水量收费合法用水收费未计量用水收益水量供水量未收费计量用水无收益合法用水量未收费合法用水未收费未计量用水水量非法用水表观漏损计量误差系统输配水干管漏失水量无收益供水量漏损水量真实漏损蓄水池漏失和溢流水量水量用户支管至计量表具之间的漏失水量国际水协IWA水量平衡表既适用于大的供水管网系统，又适用于小的计量分区，它反映的是供水量的各项构成及相互之间的联系，清楚地定义了收益水量和无收益水量。从字面上理解，收益水量是指供水企业能够从中获得收益的水量，而无收益水量是指供水企业无法从中获得收益的水量。近些年来，供水管网中的无收益水量居高不下，这一直是困扰各大供水企业的难题。在DMA小区内，总分表差水量即为水量平衡模型中的无收益水量，小区总分表差包括两个部分：未收费合法用水量和漏损水量，未收费合法用水量可以通过现场调查得出，而漏损水量则需要通过进一步分析得出[43]。漏损水量包括真实漏损和表观漏损两部分，在实际运用过程中，需要分离真实漏损和表观漏损，进24 工程硕士学位论文而采取相应的控制措施以降低小区总分表差。3.3.2真实漏损真实漏损量由三部分组成：输配水干管漏失水量、蓄水池漏失和溢流水量、用户支管至计量表具之间的漏失水量。这三部分组成中，输配水干管和储水设施的漏损水量容易被检测和被发现，因此，漏损定位和修复比较快。但是，由于用户支管至计量表具之间管道位置比较隐蔽，不容易检测和发现漏损，所以，一旦发生漏损，持续时间比较长，漏失水量较多，因此，这部分水量是真实漏损控制的重要部分，需要采取积极的措施来应对。真实漏损包括不可避免真实漏损和潜在可避免真实漏损两部分。不可避免真实漏损是指管网中可达到的最小真实漏损，它是在现有技术下不可避免的漏损量[44]，而潜在可避免真实漏损是指管网中可以降低的真实漏损。国内外对供水管网真实漏损的管理主要包括以下四个方面，如图3.3所示。压力管理积不可避免极管的网年真实漏损量漏维损护控潜在可避免制真实漏损量管线及资产管理图3.3真实漏损管理在进行真实漏损的管理时，以上四个部分是相互结合，相辅相成，缺一不可的。积极的漏损控制态度有利于漏损管理工作的顺利进行；压力管理可以作为检验漏损是否存在的标准；资产管理包括对现有管道的管理（维修、修复及更换）和对新铺设管道的选择与安装，它是一个长期而复杂的过程，需要对管网进行全面的管理；管网的维护是指对已出现漏损的管道进行维修或更换，需要在保证质量的前提下，尽量提高维修速度。因此，管理真实漏损时，需将这四部分结合起来，尽量将管网的真实漏损控制在最小的范围内，以降低漏失水量。3.3.3表观漏损供水管网中的表观漏损由四部分组成：非法用水、水表计量误差、未注册水表造成的水损以及数据处理错误造成的水损等[45]。25 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究非法用水是指非法连接的管道，包括私自加设管道，非法使用消火栓等。非法用水是供水企业白白损失了一部分水量，需要引起重视。非法用水的控制需要供水企业，用户及社会舆论的共同努力来实现[46]。在日常工作中，供水企业需查找管网中是否存在非法链接，解决流量计旁通的问题，防止用户从消防栓中非法取水，以降低非法用水量。水表计量误差是指由于某些原因（如：安装时间较长，安装条件不好等）造成水表读数存在一定的误差，这些计量误差可能会造成水量的减少，进而减少供水企业的经济效益。因此，需要正确选择和安装水表，并定期对水表进行维护和校核，以保证水表读数的准确性，减少水量的损失。未注册水表指的是供水管网中存在一些合法的用户连接管，但是收费部门未对这些用户办理登记手续，这部分水量已使用，但是未计量未收费，相应地减少了供水企业的经济效益。因此，要积极的检查用户收费系统，找出未注册水表，并及时的给予处理。数据处理错误造成的水损是指在日常抄表过程中，由于抄表读取和录入存在误差，会使数据处理方面存在一定的误差，可能会造成水量的损失。因此，在抄表及数据处理方面要细心谨慎，尽量降低数据处理错误造成的水损。总的来说，表观漏损的控制主要是控制用户的计量设施。也就是说，要尽量提高水表的精度和计量准确性，以降低水表的计量误差，同时管理好非法用水的情况，在满足现实条件的基础上，尽量减少表观漏损水量，提高供水企业的经济效益。3.3.4小区总分表差分析1.远传流量与压力数据采集确认DMA小区建成之后，开始采集小区内远传流量计和压力计数据，一天24小时每15分钟采集一次。该项可以长期记录，作为小区漏损的监测数据。2.总分表差数据采集与分析以7天（短期）或一个月（长期）为一周期，在周期内的第一天和最后一天进行两次抄表，抄收小区户表的水量数据（总表为远传数据），抄表时间要避开用水高峰期。根据DMA小区的具体情况，可选择7天或一个月的总分表差数据进行分析。如果DMA小区户表抄收比较方便，可以选择7天为一周期，选择的周期短，便于快速分析出小区的问题所在，避免漏损水量流失过多；如果DMA小区户表抄收不方便，可以选择一个月为一周期，分析出DMA小区存在的问题后，可以采取相应的控制措施予以解决。3.3.5采取控制措施26 工程硕士学位论文对DMA小区采取全面的探漏修漏，及时修复与更换漏损管段，并记录漏损管段的管径和漏点流量。同时，弄清小区内的总分表对应关系，对小区内可能存在的偷水用户进行查搜。3.3.6评估控制效果在DMA小区采取控制措施后，再以7天或一个月为周期，记录分析小区的夜间流量和总分表差，计算控制前后夜间流量与总分表差的变化情况。3.3.7估算小区真实漏损和表观漏损以7天（短期）或一个月（长期）为一周期，计算DMA小区内的总分表差水量，用小区内的总分表差水量减去未收费合法用水量即为小区的漏损量，其中漏损水量包括小区的真实漏损量和表观漏损量两部分，用漏损水量减去根据最小夜间流量法计算得出小区的真实漏损量即为小区的表观漏损量，这样即可达到分离真实漏损和表观漏损的目的。量化DMA小区内的真实漏损与表观漏损后，可以确定漏损的主控项，可以指导以后漏损控制的方向。3.3.8确定最小夜间流量的基准值在DMA小区内进行全面的修漏之后，小区内除背景漏损以外其他形式的漏损已经不存在。此后，连续监测一段时间DMA小区的夜间流量（MNF），做出最小夜间流量随时间的变化曲线。此曲线是上下波动的，取曲线波动范围的中间值作为DMA小区最小夜间流量的基准值。此基准值可以作为DMA小区运行期间的漏损报警参考值，当最小夜间流量高于基准值时，说明DMA小区发生了复漏，需要采取积极的控漏措施，将DMA小区的最小夜间流量保持在基准值之内。3.4应用实例在第2章应用实例中已建DMA小区的基础上，进行小区总分表差的研究，可以为今后DMA小区的研究奠定一定的基础。3.4.1数据采集与分析C区DMA建立之后，开始采集小区内远传流量和压力数据，一天24小时每15分钟采集一次。1.短期总分表差数据采集进行短期（7天）数据采集与分析的原因是C小区的分表为户外表，便于进行抄录。目的是为了快速找出C区的问题所在，并进行解决，以减少小区内的水量损失。以7天为一周期，在周期内的第一天和最后一天进行两次抄表，抄收户表的27 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究水量数据，抄表时间统一在下午2:30-4:30（避开用水高峰期）。2015年4月8日-4月15日，分别对C区进行了两次分表水量抄录，第一次抄表时间为8日下午3:00-5:00，第二次抄表时间为15日下午3:00-5:00。2.短期总分表差数据分析总表水量：取DN200远传超声波水表的行度数据，4月8日总表水量取下午4:00时，行度（总表累计流量）为7626吨，4月15日总表水量取下午4:00时，行度为11563吨。故4月8日-15日这七天的总表水量为3937吨。分表水量：C区共747户，4月8日和15日这两次均实抄的用户有670户，用水量为2167吨，剩余77户中，其中67户采取上期或同期暂收，用水量为152吨，暂收参考水量均为历史实抄数据，其它10户没有水量数据，故可用已有的737户水量数据来估计总共的747户用水量数据。故4月8日-15日这7天的分表水量为2343吨。C区总表是新装的远传超声波水表，在进行现场安装时，工作人员将总表的读数设置为整数。分表抄录的数据是小数，但是在计算分表实抄、暂收及分表总和的过程中为了与总表读数相对应，将读数总和进行了四舍五入。C区总分表差情况如表3.3所示。表3.3C区总分表差情况名称水量（吨）户数（户）户表实抄2167670户表暂收15267户表既无实抄又无暂收2410户表水量合计2343747总表水量3937—总分表差水量1594—总分表差率40.5%—3.最小夜间流量分析2015年4月8日-4月15日凌晨2:00-6:00的远传夜间流量数据如表3.4所示。表3.42015年4月8日-15日凌晨2:00-6:00的夜间流量8日9日10日11日12日13日14日15日2:00-3:0015161517171716163:00-4:0015151615161616164:00-5:0015151415151514155:00-6:001515141515151615最小值（m3/h）151514151515141528 工程硕士学位论文上述数据是由远传的累计流量计算得出的，从上述数据可以看出：2015年4月8日-4月15日每天的夜间流量最小稳定在14-15m3/h，故取最小夜间流量为14.5m3/h。根据英国水协推荐的正常用户合法用水量参数，可知居民正常夜间用水为1.8-2.5L/户h。C区共747户，故C区居民正常夜间用水量为1.34-1.87m3/h。此外，C区存在非居民用户，即幼儿园。其夜间用水量需进一步调查，暂且按英国水协推荐的非居民用户最大夜间用水量数据进行估算，即取幼儿园夜间用水量为0.06m3/h。由此可得：C区用户正常夜间用水量为1.4-1.9m3/h。C区最小夜间流量减去用户正常夜间用水量即为C区未知夜间流量，故C区未知夜间流量为12.6-13.1m3/h。即C区至少有12.6m3/h的未知夜间流量。4.漏损量分析（1）初步假定12.6m3/h的未知夜间流量为C区总表后、户表表前的漏损，故：7天漏损共计约12.6×7×24=2117吨。对比7天总分表差水量1594吨。这两项水量存在较大差异。原因可能是：12.6m3/h的未知夜间流量包括C区总表后、户表前的漏损，户表后漏损或夜间未知大用户用水。（2）由于C区有幼儿园这个大用户，故需对其用水进行分析。分析之前C区的供售水数据可知：C区幼儿园自2015年3月发单水量开始突增。2014年1月-2015年3月C区幼儿园用水情况如表3.5所示。表3.52014年1月-2015年3月C区幼儿园用水情况11月-1月1月-3月3月-5月5月-7月7月-9月9月-11月2014年5586336063384604122015年8422034————2015年4月8日-15日，幼儿园7天用水量为539吨。按幼儿园7天同期用水量为606×7/60=71吨，推得幼儿园漏损量为468吨，即漏损量为2.8m3/h。分析幼儿园水量变化：自2015年1月-4月15日，其用水量一直在增长，并且远超历史同期用水量，需要对其进行用水调查。初步推断，幼儿园表后管道可能发生了漏损，并且漏损水量在增大。5.初步结论C区总表后、分表前的管道可能存在漏损，且幼儿园表后管道可能发生漏损。3.4.2采取控制措施根据以上得出的初步结论，2015年4月20日，探漏队伍在C区内进行探漏，29 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究随后在C区内发现了一个漏点A，对A漏点进行定位后，于2015年4月24日上午十一点进行修漏，下午一点多将A漏点修好。2015年4月26日上午十点半，关闭了C区幼儿园的表前阀，本想通过观察关阀后26日夜间流量的变化来判断幼儿园表后的管道是否发生漏损，但是当天下午有用户投诉没有水用（幼儿园表后存在居民用户），故下午又将阀门打开。2015年5月13日，探漏队伍在幼儿园的表后管道进行探漏，发现了一个漏点B，于当晚十一点将其修复。3.4.3降漏效果（1）下图列出了A漏点修复前后C区总表流量随时间的变化曲线，图中，4月22日和23日是A漏点修复之前的流量数据，4月24日是A漏点修复当天的数据，4月25日-28日是A漏点修复后的流量数据，具体情况如图3.4所示。图3.4A漏点修复前后流量随时间的变化曲线由上图可知：最小夜间流量发生在每天凌晨3:00-4:00或4:00-5:00的时间段内。A漏点修复之前，C区的最小夜间流量为14-15m3/h，A漏点修复后，C区的最小夜间流量为6-7m3/h，由此可见A漏点的漏量为8-9m3/h。该漏点修复后，每天的总分表差水量减少了192m3-216m3。A漏点修复之前，C区7天的总分表差水量为1594m3，总分表率差为40.5%；假设在相同的抄表周期内，A漏点修复前后7天用户用水量保持不变，A漏点修复之后，在2015年5月5日-5月12日，这7天的总表水量为23189m3-20656m3=2533m3，7天的分表水量为2343m3，7天总分表差水量为2533m3-2343m3=190m3，总分表差率为190m3/2533m3=7.5%。由此可见，A漏点修复之后，7天的总分表差水量减少了1404m3，总分表差率降低了33%。（2）下图列出了B漏点修复前后C区总表流量随时间的变化曲线，图中，530 工程硕士学位论文月11日和12日是B漏点修复之前的流量数据，5月13日是B漏点修复当天的数据，5月14日和15日是B漏点修复后的流量数据，具体情况如图3.5所示。图3.5B漏点修复前后流量随时间的变化曲线由上图可知：最小夜间流量发生在每天凌晨3:00-4:00或4:00-5:00的时间段内。B漏点修复之前，C区的最小夜间流量稳定在6-7m3/h，B漏点修复后，C区的最小夜间流量稳定在3-4m3/h。可见，该漏点的漏损量为2-4m3/h，假设B漏点的漏损量为3m3/h，则7天该漏点的漏损量为504m3/h。由于B漏点发生在幼儿园分表之后，故其漏损量不包含在总分表差水量中。B漏点修复之前，C区7天的总分表差水量为190m3，总分表率差为7.5%；假设在相同的抄表周期内，B漏点修复前后7天用户用水量保持不变，B漏点修复之后，在2015年5月19日-5月26日，这7天总表水量为27391m3-25352m3=2039m3，7天分表水量为2343m3-504m3=1839m3，故7天的总分表差水量为2039m3-1839m3=200m3，总分表差率为200m3/2039m3=9.8%。由此可见，B漏点修复之后，7天的总分表差水量非但没有降低反而升高了，这是由于C区的总分表差水量是由总表后、分表前的水量损失造成的，而B漏点发生在分表之后的管段，其漏损量不包含在总分表差水量中，故B漏点的修复不会造成修复前总分表差水量的降低。3.4.4估算小区真实漏损和表观漏损根据统计的数据资料可知C小区内不存在未收费合法用水量，故小区的总分表差水量减去真实漏损量即为表观漏损量。B漏点修复之后，以7天为一周期，在2015年5月19日-5月26日，这7天的总表水量为2039m3，分表水量为1839m3，7天的总分表差水量为200m3。取用户正常夜间用水量为1.9m3/h，根据远传的流量与压力数据，以及第三章公式（3.1）中压力与漏损量的关系，利用公式（3.2）可计算出每天的真实漏损量，计算结果如表3.6所示。31 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究表3.62015年5月19日-26日C区的真实漏损量情况时间供水量压力真实漏损量时间供水量压力真实漏损量日期日期（h）（吨）（MPa）（吨）（h）（吨）（MPa）（吨）1110.3802.11110.3822.1270.3792.1280.3832.1360.3852.1350.3862.1440.3832.1450.3862.1540.3852.1540.3832.1640.3872.1650.3822.17100.3812.17100.3812.18160.3802.18160.3842.19150.3802.19140.3802.110120.3822.110120.3822.111120.3822.111110.3782.15月12120.3822.15月12110.3822.119日13120.3792.120日13110.3852.114100.3802.11470.3842.11590.3812.11590.3832.11690.3802.11670.3802.117100.3822.11790.3842.118120.3812.118130.3802.119170.3792.119160.3772.120190.3772.120190.3752.021250.3672.021210.3732.022270.3642.022230.3692.023250.3632.023220.3722.024190.3742.024160.3772.1合计—307—50.0合计—285—50.032 工程硕士学位论文（续表）时间供水量压力真实漏损量时间供水量压力真实漏损量日期日期（h）（吨）（MPa）（吨）（h）（吨）（MPa）（吨）1110.3801.11110.3812.1270.3811.1270.3822.1340.3831.1360.3822.1430.3811.1440.3822.1540.3871.1540.3842.1640.3861.1640.3842.17110.3811.1790.3832.18140.3791.18130.3822.19120.3801.19120.3802.110110.3801.110110.3822.111110.3801.111110.3832.112110.3811.112110.3842.15月13100.3821.15月13100.3802.121日22日1480.3811.11480.3822.11580.3831.11570.3862.11670.3821.11680.3842.11790.3801.11790.3822.118120.3821.118120.3832.119130.3801.119150.3752.020190.3751.120170.3762.021190.3741.121190.3762.022240.3691.122230.3722.023230.3671.123240.3662.024160.3771.124170.3752.0合计—271—26.3合计—272—49.833 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究（续表）时间供水量压力真实漏损量时间供水量压力真实漏损量日期日期（h）（吨）（MPa）（吨）（h）（吨）（MPa）（吨）1110.3802.11120.3831.1270.3832.1270.3841.1360.3862.1360.3841.1440.3792.1440.3871.1550.3872.1530.3821.1650.3862.1640.3771.1780.3822.1770.3821.18120.3842.18100.3791.19130.3802.19110.3841.110150.3792.110150.3811.111140.3812.111140.3831.15月12130.3802.15月12140.3791.123日13130.3762.124日13130.3811.114100.3842.114110.3811.11590.3822.11590.3861.11680.3832.11690.3861.11790.3812.117100.3811.118130.3812.118130.3811.119160.3772.119170.3741.120180.3762.120190.3741.121190.3722.121220.3721.122210.3732.122250.3611.023210.3742.123250.3651.024170.3762.124180.3741.1合计—287—50.4合计—298—26.234 工程硕士学位论文（续表）时间供水量压力真实漏损量时间供水量压力真实漏损量日期日期（h）（吨）（MPa）（吨）（h）（吨）（MPa）（吨）1130.3782.11100.3822.1270.3862.1260.3832.1350.3852.1360.3802.1440.3842.1440.3822.1540.3852.1540.3842.1640.3872.1650.3862.17110.3842.1790.3822.18140.3792.18140.3792.19130.3792.19140.3832.110110.3832.110150.3782.111120.3832.111130.3792.112100.3832.112110.3822.113110.3822.113100.3842.15月5月1490.3832.11490.3862.125日26日1590.3812.11580.3832.116100.3822.11680.3832.117100.3792.117100.3812.118130.3802.118130.3812.119180.3762.119170.3752.120200.3722.020180.3732.021230.3712.021220.3702.022250.3672.022270.3622.023230.3672.023230.3702.024170.3732.024160.3772.1合计—296—49.9合计—292—50.0由上表可知：在2015年5月19日-5月26日，时间点取5月19日下午四点开始，5月26日下午四点结束，这7天的真实漏损量为302.6m3。故7天的表观35 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究漏损量为200m3-302.6m3=-102.6m3。从理论上讲，计算得出的7天真实漏损量和表观漏损量都应为正值，但是根据以上计算得出的结果，表观漏损量却为负值。表观漏损为负值的主要原因是存在分表计量、抄录及数据处理误差。C区的某些水表由于安装时间较长或安装条件不好等会使水表走快，加上水表的抄录及处理误差，都会导致分表总和偏大。分表总和偏大会致使C区的总分表差水量偏小，故计算得出的表观漏损可能会负值。所以，由估算的真实漏损量计算得出的C区表观漏损量为负值的工程意义是：若小区的表观漏损量为负值，则主要是由分表计量、抄录及数据处理误差引起的。此外，在应用模型时，模型参数的取值也可能是造成小区表观漏损为负值的原因。模型参数对表观漏损的影响主要有两个：1.根据英国水协推荐的夜间合法用水量参数计算得出的夜间用水量偏低；2.根据压力指数n=1.18计算得出的真实漏损量偏大。由于试验条件有限，无法根据试验得出该小区实际的模型参数。故在计算的过程中，采用英国水协推荐的夜间合法用水量参数和国内大多采用的压力指数对小区的夜间合法用水量及真实漏损量进行估算。利用这种方法计算得出的结果可能会致使小区的表观漏损为负值，故在今后的试验过程需进行深入的研究，得出小区实际的模型参数。一般情况下，计算得出的小区真实漏损量与表观漏损量均应为正值，根据小区真实漏损量与表观漏损量在总分表差水量中的占比可明确今后总分表差控制的方向。若真实漏损量占比较大，在对小区的管理过程中，应重点考虑小区的漏损问题；若表观漏损占比较大，则应考虑小区的水表精度及偷盗水问题。通过对小区进行有针对性的管理，可有效降低小区的总分表差，从而降低供水企业的经济损失。3.4.5最小夜间流量的基准值2015年5月13日在C区内采取控制措施后，持续监测一段时间小区的夜间流量。做出2015年5月14日-8月17日C区最小夜间流量随时间的变化曲线如下图所示。36 工程硕士学位论文产生新漏点第二次修漏图3.62015年5月14日-6月14日最小夜间流量随时间的变化曲线发生爆漏修复爆漏图3.72015年6月15日-7月16日最小夜间流量随时间的变化曲线图3.82015年7月17日-8月17日最小夜间流量随时间的变化曲线37 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究由上图中C区最小夜间流量的变化可发现以下现象。（1）2015年5月14日-6月5日，C区的最小夜间流量为3-4m3/h。（2）2015年6月6日-6月30日，C区的最小夜间流量为5-7m3/h。（3）.2015年7月1日-7月8日，C区的最小夜间流量为19-21m3/h。（4）2015年7月9日-8月17日，C区的最小夜间流量为3-4m3/h。根据C区最小夜间流量的变化并分析总分表差，可得到以下结论。（1）最小夜间流量由3-4m3/h升高至5-7m3/h是由于C区产生了新的漏点。此漏点在2015年6月15日被发现，但并未得到及时修复。（2）最小夜间流量由5-7m3/h升高至19-21m3/h是由于C区施工产生了爆管。在2015年7月8日将漏点修复后，流量有所下降，最小夜间流量变为3-4m3/h。（3）最小夜间流量保持在3-4m3/h时可认为C区内除背景漏损以外其他形式的漏损已经不存在。故C区最小夜间流量的基准值为3.5m3/h。3.4.6C区DMA漏损控制效益分析1.经济效益2015年4月1日C区DMA成功建立。以下对该DMA小区进行了经济效益分析，其中，节水收益的水量单价按该市制水和输配水的成本计算，即为1.01元/m3。成本投入：4套远传模块与压力变送器的费用为3.36万元，1组阀门与水表的费用为2.10万元，施工费与修漏费为2.50万元，合计为7.96万元。节水收益：C区DMA建立前日均总分表差水量为227.7m3/d，漏点全面修复后日均总分表差水量12m3/d。所以，年节水收益为(227.7-12)×1.01×365/10000=7.95（万元）静态投资回收期为：7.96/7.95=1.00（年）给排水工程项目的静态投资回收期一般为10-15年，通过与以上分析的结果对比可知，小区DMA的建立对其漏损的控制有着非常显著的效果。2.环境和社会效益分析管网的漏损控制除具有经济效益外，还有很多环境与社会效益。主要的环境与社会效益如表3.7所示[47]。38 工程硕士学位论文表3.7漏损控制环境与社会效益分析名称效益种类环境效益降低水源水的保护成本，减少原水取水量及水厂处理后的输配水量，减少了能耗延缓远距离调水等水源工程的建设年限社会效益降低管网漏损对路面建筑地基及地下其它管线的腐蚀降低因管网水质被污染而造成公共危机的可能性降低因管网漏损造成水价提升的压力3.5本章小结本章主要是在已建DMA小区内，通过持续监测小区的夜间流量并分析总分表差，可快速确定小区的主要问题所在，同时，通过漏损分离，可确定主控项，并采取相应的控制措施来降低小区的总分表差水量，减少漏失水量，提高供水企业的经济效益。总结如下。（1）在已建DMA小区内，通过实时监测小区的夜间流量结合分析总分表差和用户异常的用水情况，可以剥离DMA小区内可能存在的户表后漏损水量，判定小区的漏损水平，进而确定总分表之间是否发生漏损。（2）在已建DMA小区内，通过持续监测小区的夜间流量并分析总分表差，可快速发现小区内的漏损或偷盗水问题，减少漏损或偷盗水可能的持续时间，降低供水企业的水量损失。（3）在已建DMA小区内，利用最小夜间流量法和总分表差法可分离小区总分表差构成的各项水量，如未收费合法用水量、真实漏损量与表观漏损量。通过比较各项水量在总分表差水量中的占比，可以确定主控项，并对主控项采取有针对性的应对措施，有效控制漏损，提高供水回收率，降低小区总分表差。（4）应用实例中建立的DMA小区是一个特殊的小区：它由恒压变频泵统一加压供水，小区楼栋里面不存在二次供水设施，没有受到水池或者水箱的影响，故便于分析夜间流量，并快速确定区域的真实漏损量。此外，该小区的户表在室外，便于进行分表的抄录，可用7天为一周期来分析小区的总分表差情况（一般情况下，选择一个月为一个周期），这样可以很快找到区域的问题所在，并及时解决问题，减少总分表差水量，降低供水企业的经济损失。39 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究结论与建议结论本文在充分阅读国内外相关文献的基础上，提出了运用DMA技术来控制城市供水管网漏损的问题，文中对DMA技术进行了详细介绍，列出了DMA建立与小区总分表差研究的全过程，并通过案例分析，为小区DMA的建立与总分表差的分析提供了参考。主要结论如下。（1）我国与北美在建立DMA分区时既有相同点又有不同点。相同点是我国与北美的管网结构都是环状管网，而且在建立DMA分区时，通常都选择在枝状管网建立DMA分区。不同点是我国选择的DMA分区管线长度较短、用户数量较多，而北美多选的DMA分区管线长度较长、用户数量较少。此外，北美是将压力控制区转变为DMA分区，而我国大多是将现存的小区转变为DMA分区。（2）在已建的DMA小区内，通过实时监测小区的夜间流量结合分析总分表差和用户异常的用水情况，可以剥离DMA小区内可能存在的户表后漏损水量，判定小区的漏损水平，进而确定总分表之间是否发生漏损。同时，可量化小区总分表差构成的的真实漏损量与表观漏损量，通过比较真实漏损量与表观漏损量在总分表差水量中的占比，可以确定主控项，并有针对性的采取相应的控制措施来降低小区的总分表差，从而降低供水企业的经济损失。（3）DMA分区具有长期监测与控制漏损的功能。通过持续监测小区的夜间流量并分析总分表差，可快速发现小区内的漏损或偷盗水问题，及时解决存在的问题，减少漏损或偷盗水可能的持续时间，减少漏损水量，降低供水企业的水量损失。（4）在DMA小区内进行全面的修漏之后，小区内除背景漏损以外其他形式的漏损已经不存在。此后，连续监测一段时间DMA小区的夜间流量，找到最小夜间流量的基准值。此基准值可以作为DMA小区运行期间的漏损报警参考值，当最小夜间流量高于基准值时，说明DMA小区发生了复漏，需要实施积极的控漏措施，将DMA小区的最小夜间流量保持在基准值之内。（5）通过对小区DMA进行漏损控制效益分析可知，DMA的建立对漏损控制有着非常显著的效果。小区DMA的建立虽然增加了监控设备的投资，但通过物联网技术可以快速掌握管网运行情况、用户用水需求，可以更好地精准调度，减少能耗和漏损。所以，DMA技术是一种既高效又经济的漏损控制方法。40 工程硕士学位论文创新点（1）本试验在国内外DMA分区建立的经验基础上，将DMA的理论知识与华南地区某城市的实际情况相结合，总结出一套适合某市小区的DMA建立与分析方法。通过DMA小区的成功实施，总结DMA小区建立与分析的全过程，形成对国内大中型城市供水管网具有普遍指导意义的指导方法。（2）目前，有关DMA分区漏损分析方法的研究主要集中在最小夜间流量法。本文是将总分表差法与夜间流量法结合起来分析漏损，进一步明确地指出了漏损发生的位置（总表后、户表前或户表后），补充了夜间流量法分析漏损的不足。建议（1）本文应用实例中列出了小区DMA建立与分析的全过程，所选DMA小区比较特殊，参考层面具有局限性。建议根据区域的供水方式和用户类型，建立多个不同类型的小区DMA，确定相应的参数并做推广。（2）建议今后开展不同城市居民或非居民正常夜间用水量以及各种管道背景漏损的研究。（3）建议开展压力与漏损量关系的研究，确定合理的压力指数。以便得出较为准确的真实漏损量。41 城市供水管网DMA的建立与小区总分表差控制研究参考文献[1]黄茂林.供水管网漏损控制的DMA技术及阀门设计布置的优化研究:[湖南大学硕士学位论文].湖南:湖南大学,2009,1—29[2]张志明.供水管网漏损控制分区装表计量技术和应用:[同济大学硕士学位论文].上海:同济大学,2006,5—29[3]李文博.城市供水管网漏损率量化及控制研究:[哈尔滨工业大学硕士学位论文].哈尔滨:哈尔滨工业大学,2010,6—8[4]周有德.供水企业减少无收益水量的研讨与实践.净水技术,2012,31(3):1—4[5]李蕾.基于夜间流量监测的分区计量管理策略:[郑州大学硕士学位论文].郑州:郑州大学,2013,1—56[6]中国城镇供水协会.城市供水管网漏损控制及评定标准(CJJ92-2002).北京:中国建筑工业出版社,2002:12—15[7]李飞,陶涛.供水管网漏损评估与控制方法.中国给水排水,2012,28(18):35—39[8]王菲.城市供水管网漏损控制技术研究:[太原理工硕士学位论文].太原:太原理工大学,2010,1—7[9]张现国,汪慧贞,王俊领等.供水管网漏损评价指标筛选与计算实例.中国给水排水,2011,37(1):158—161[10]张楠.城市供水管网分区管理技术优化研究:[天津大学硕士学位论文].天津:天津大学,2012,1—17[11]舒诗湖,何文杰,赵明等.供水管网漏失检测技术现状与进展.中国给水排水,2008,34(6):114—116[12]王丽娟.城市供水管网漏损控制研究:[天津大学硕士学位论文].天津:天津大学,2004,1—15[13]李霞.城市供水管网漏损定位及控制研究:[天津大学博士学位论文].天津:天津大学,2006,4—8[14]傅玉芬.城市供水管网漏损控制:[天津大学硕士学位论文].天津:天津大学,2004,1—30[15]ShamirU,HowardCD.Ananalyticapproachtoschedulingpipereplacement.[J].AmWaterWorksAssoc,1979(71):248—258[16]WalskiT．M,PelliciaA.Economicanalysisofwatermainbreaks.[J].JournaloftheAmericanWaterAssociation,1982,74(3):140—l74[17]GoodwinSJ.Resultsoftheexperimentalprogrammeonleakageandleakage42 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工程硕士学位论文致谢岁月如歌，光阴似箭，两年短暂而又充实的研究生生活即将结束，在硕士论文完成之际，我要向所有支持、关心和帮助过我的人们致以最崇高的敬意！首先，衷心感谢我的导师余健教授。感谢余老师在学习、工作以及生活上对我的无尽关怀和谆谆教导。余老师严谨的治学态度和求真务实的工作作风让我在整个研究生的学习生活中受益匪浅。本论文是在余老师的精心指导下完成的，在论文的选题、试验进展以及论文的修改等环节，余老师的言传身教使我受益匪浅。在此谨向余老师致以深深的谢意！衷心感谢给排水教研室的施周教授、许仕荣教授、柯水洲教授、吴慧英教授、袁玉梅教授等一大批高水平的老师们的悉心教导，以及校外导师申石泉教授的指导。各位老师渊博的知识和为人处事严谨的作风，将会成为我今后学习的楷模。衷心感谢华南地区某自来水公司。感谢你们对我课题的支持并为我提供试验的条件，谢谢你们，没有你们，我也不可能有这段实践的经历，这段经历使我受益匪浅。在此向你们致以诚挚的谢意！衷心感谢一直关心和支持我的同窗好友们。感谢李露和王栋，在和你们一起做课题的日子里，我们有福同享，有难同当，这样的日子丰富而充实，非常感谢你们的陪伴，感谢邹婕和周丹，谢谢你们一直关心着我，鼓励着我，我感到很温暖，同时感谢师兄、师姐、师弟、师妹们对我的关心和帮助。在和你们在一起的日子里，我收获了一份弥足珍贵的同门情，我会珍惜这一份友谊，回忆里有你们，就有温暖与笑声，谢谢你们！感谢我的家人对我默默的付出，正是因为你们的关心、支持和鼓励才有我现在的成绩，你们是我奋斗的无穷动力，谢谢你们！最后，向所有关心我、爱护我和给予我帮助的所有人再一次致以诚挚的谢意！即将离开学校，步入社会，我会带着大家的祝福勇敢前进，同时也祝你们身体健康，万事如意，幸福开心！李栋2015年11月于湖南大学45'