北京市二环内供水管网DMA分区方法及安全性分析 5页

'第26卷第10期中国给水排水Vol_26No．102010年5月CHINAWATER&WASTEWATERMav2010北京市二环内供水管网DMA分区方法及安全性分析凌文翠，张涛，强志民，刘彦辉，张孟涛，王耀文(1．中国科学院生态环境研究中心，北京100085；2．北京市自来水集团有限责任公司管网管理分公司，北京100089)摘要：分区计量区域(DistrictMeteringArea，DMA)作为一种有效控制管网漏失的方法，越来越受到国内外供水企业的关注。根据我国城市环状供水管网的特点并结合国外DMA划分经验，对北京市二环内供水管网进行了DMA分区规划，共划分成120个DMA。在探讨北京市DMA划分方法的基础上，建立了两个DMA示范区进行应用实践，检验了DMA分区方法的安全性与合理性，为DMA的深入研究做准备。DMA安全性研究是检验分区后DMA内部的供水水压和水质变化。通过对示范区内水压和水质的监测，发现只要DMA规划合理，控制好DMA的用户数和管线长度，正确选择进水口，就完全可以保证DMA区域内的水压与水质满足用户需求和供水安全。关键词：分区计量区域；DMA分区方法；安全性；水压；水质中图分类号：TU991文献标识码：B文章编号：1000—4602(2010)10—0019—05DivisionMethodandSecurityAnalysisofDistrictMeteringAreaAppliedtoWaterDistributionNetworkwithinSecondRingofBeijingLINGWen—cui，ZHANGTao，QIANGZhi—min，LIUYan—hui，ZHANGMeng—tao，WANGYao—wen(1．ResearchCenterforEco—EnvironmentalSciences，ChineseAcademyofSciences，Beijing100085，China；2．NetworkManagementBranch，BengWaterworksGroup，Beng100089，China)Abstract：Asaneffectiveleakagecontrolstrategyforwaterdistributionnetwork，thedistrictmete—ringarea(DMA)hasattractedmoreandmoreattentionfromdomesticandforeignwatersupplyenterpri—ses．TakingmajorcharacteristicsoftheloopedwaterdistributionnetworksinChinesecitiesandforeignDMAexperiencesintoconsideration，thewaterdistributionnetworkwithinthesecondringofBeijingCitywasdividedinto120DMAsintota1．BasedonthediscussiononthedivisionmethodofDMAinBeijing，twopilotDMAswereestablishedtoverifythesecurityandrationalityofthedivisionmethodandtopre—parethefurtherresearchonDMA．Thesecurityresearchinvolvesexaminingthevariationinwaterpres—sureandqualityinDMA．Throughmonitoringthewaterqualityandpressure，itisfoundthatthewaterqualityandpressureinDMAcanbeensuredtomeettheconsumerneedsandthewaterdistributionsecur—ity，providedthattheDMAplanisreasonable，thatistosayeffectivelycontrollingtheconsumernumberandpipelinelengthinDMAandcorrectlyselectingthewaterinlet．Keywords：districtmeteredarea(DMA)；DMAdivisionmethod；security；waterpressure；waterquality基金项目：国家“十一五”科技支撑项目(2006BAB17B03)；北京市教育委员会重点学科共建项目专项资助·19· 第26卷第1O期中国给水排水www．watergasheat．com分区计量区域(DistrictMeteringArea，DMA)的的范围和边界。初步划分时尽量把原有的水力边界概念出现于20世纪80年代]，指的是有一个或者作为DMA的边界，一方面可以保持DMA区域内管几个进水口，有永久性边界的独立供水区域，并且网结构和地址(如街道、小区等)的完整性，减少新进、出水区域的流量都要进行计量。j。作为一种建管段和边界阀门的数量，降低投资，方便用户统计有效控制管网漏失的方法，DMA的理念已经被各国和DMA管理；另一方面保持原有的水力边界可以供水企业所普遍接受，但在国内还鲜见具体实践的最大限度地减少DMA内管线的沿程水头损失。报道。中科院生态环境研究中心和北京自来水集团2．2统计临时DMA的各项指标合作，以北京市二环内供水管网为基础，对DMA进该步骤统计的指标有用户数～、月均用水量行了划分和2个示范区的实践，对示范区的水压和G和管线长度，J。北京自来水集团营销分公司有水质进行了长期监测以检验DMA的安全性。用户用水量和地址的详细记录，为DMA各项指标1北京市二环内供水管网的特点的统计提供了基本资料。从GIS上得到临时DMA掌握供水管网的特点是合理划分DMA的前包含的街道和小区名称，结合营销数据中用户地址提。北京市二环内供水管网属环状网，供水干线统计临时DMA的ⅣP和C。后续进行的DMA示范(管径~>400mm)呈环状结构，在划分DMA时将供区的实地调查发现营销数据统计的用户数略小于真水干线排除在外，保持其原有的环状结构以保证供实用户数(这是由抄表方式和统计误差造成的)，真水安全，只对供水支线进行DMA分区。对环状管实用户数可以由统计结果乘以调整系数得到(调整网进行DMA规划时需要关闭更多的边界阀门以实系数根据DMA示范区的真实用户数和统计用户数现各个DMA的独立分区，由此而产生更多需要解之问的关系得出，约为1．2～1．5)。此步骤得到的决的问题。DMA用户数只是用来反映DMA的大小，但不是反DMA的大小是规划时要考虑的首要因素，其主映DMA大小的唯一指标，此精确度已能满足DMA要体现在用户数(NumberofProperties，N)和管线划分的要求。长度(MainsLength，)上。国外进行DMA划分时北京市二环内的用户基本上都装有水表，DMA大多把用户数～作为DMA大小的参考标准。由的监测重点是户外供水管线，因此统计临时DMA于北京市二环内用户密集、人口密度大，因此DMA的管线长度时不包括进户管，只统计管径>15mm用户数ⅣP不能严格参照国外标准，也不应把，V作的供水管线。GIS中有管线的详细信息(包括长度、为衡量DMA大小的唯一指标。DMA的主要功能是管径、地址等)，利用GIS的统计功能得到临时性监测管网的漏失，管线长度不仅影响漏失监测DMA的管线长度M。功能的发挥(管线越长越难进行漏失点定位，但是2．3调整临时DMA，得到正式DMA管线太短会增加DMA应用的投资)，而且对DMA根据临时DMA的ⅣP和，J，调整得到正式的内水压和水质也有直接影响，分析后认为针对北京DMA，调整后需重新统计DMA的各项指标，确保市供水管网而言，，J是决定DMA大小更合适的指DMA的Ⅳp在3000户左右，￡在10km左右。最标。在北京市二环内供水管网DMA划分时，综合后修改完成DMA的划分，并生成相应的GIS图层。考虑Ⅳ和两个因素，ⅣP平均控制在3000户左2．4选择进水口和流量计型号右，控制在10km左右。进水口的选择是DMA划分的另一项重要内北京市配水管网地理信息系统(GIS)提供了管容。北京市二环内DMA多数只需一个进水口，但线、阀门、道路等全面的基础数据J，此系统信息准在以下两种情况下需特殊考虑：①DMA内存在重要确、功能强大，是二环内DMA规划的主要依据。用户，如大型医院和宾馆等；②个别用户数ⅣP较大2北京市二环内供水管网DMA分区的步骤(Np>4000户)的DMA。当存在任意一种情况时2．1初步划分DMA，确定临时DMA的边界需要设置两个进水口，保证供水安全和消防安全。根据GIS提供的管网、道路、河流等数据信息，选择水力条件最好的管线作为DMA的进水综合考虑DMA的大小(包括ⅣP和L)，划分临时口，其中水力条件好指的是从此管线进水到达DMADMA的边界。创建GIS图层，清楚表达临时DMA末端用户的整体水头损失最小。通常情况下，满足·20· 凌文翠，等：北京市二环内供水管网DMA分区方法及安全性分析第26卷第10期此条件的管线管径较大。选择进水口时需要考虑的另一个因素是尽量使用水大户位于DMA管网末端，这样可以防止管线末端用水量少而出现水流停滞的现象。根据DMA的c和流量计测量范围计算流量计口径，若计算出的流量计口径和选定的进水口管径不同，安装流量计时可通过变径解决。2．5整理需要关闭的边界阀门和新设阀门此步骤需要的信息是GIS提供的阀门口径、地址以及与管线的关系。北京市二环内管网庞大复杂，DMA之间的管线连接关系各异，因此只有对每个DMA管网进行详细分析、整理需要关闭的边界阀门，才能通过关闭阀门使各个DMA管网独立。需要注意的是有些DMA的边界阀门关闭会对相邻DMA产生影响，因此要协调好相邻DMA问的关系，图1DMA示范区管线示意达到各个DMA管网独立的目的。若关闭已有的阀Fig．1Schematicdiagramofwaterdistributionpipes门不能满足要求，则需要安装新阀门。intwopilotDMAs3DMA示范区的建立和监测表1DMA示范区的基本参数根据北京市二环内DMA划分的结果，从中选Tab．1CharacteristicdataoftwopilotDMAs取两个具有代表性的DMA作为示范区。两个DMA项目DMA1#DMA2#示范区内的用户均以居民住宅为主，夹杂少量办公地理面积／km。0．310．25管线长度(管径≥15mm)／km8．85．2楼，管网运行状态良好，管网示意见图1。2个示范平均管龄／a155区代表北京市二环内DMA大小的整体水平(见表用户数／户30o035721)，因此在示范区范围内对DMA的水压、水质等进进水口数量／个11行监测，对整个二环内DMA的划分和实施具有指管径／mm2O03()0导作用。DMA的水压和水质虽然与监测漏失的功流量计口径／ram200200能没有直接关系，但却是其应用实践中必须解决的日均进水量／(in·d)11O01600平均夜间水压／kPa275325问题。只有解决好DMA的水压和水质问题，才是注：日均进水量和平均夜间水压的数据均由监测数据DMA长期运行达到监测漏失功能的基本保证。计算得来。在示范区选定的进水口处安装流量计，关闭边界阀门和进1：3阀门进行零压测试¨，保证边界阀门完全关闭。零压测试结束后打开进口阀门，开始连续测量DMA的进口流量。两示范区采用的流量计均为管道式电磁流量计，流量计自动记录DMA的瞬时进口流量，记录间隔设置为1min。与流量计连接的网络监控仪对流量数据进行收集存储，定期下载流量数据。由于DMA只保留一个或两个进水口，若进水口压力不变，区域内整体水压比实施前会有所降低，为此在示范区内的合适位置设置测压点。考虑到安装和测试的方便，测压点主要布设在DMA区域内·2l· 第26卷第l0期中国给水排水的消火栓上，监测DMA较大管线的水压，检验分区用水高峰都出现在早7：00和晚21：00；DMA2#夏季后压力是否能满足供水压力的要求。压力表自动间用水高峰出现在早8：00和晚2l：00左右，而冬季出隔15min记录水压，人工收取存储的压力数据。现在早9：00和晚18：o0点左右)。DMA的实施有可能对管网水质产生不利影响：重要的是最小夜间流量和最小流量时段变化很①在DMA边界上关闭边界阀门可能造成管线死端小，两示范区冬、夏两季的最小流量时段都出现在凌的水流停滞；②若DMA规划过大、管线过长，水流晨1：O0—4：00，冬、夏两季的最小夜间流量变化非进入DMA后在管网内停留的时间就越长，余氯衰常小，这些微小的变化都在误差范围内，因此可以认减会造成管网末端余氯过低，从而引起细菌微生物为季节用水量变化对最小夜间流量没有影响。通过的复活和滋生。但是，DMA的实施也有可能防止产最小夜间流量监测DMA漏失时，不需要考虑季节生水质问题，即DMA实施以前整个区域内存在几变化的影响。个进水口，区内水流缓慢，停留时间过长；而DMA4．2示范区水压实施以后只保留一个或两个进水口，减少了这种现采用与上述计算流量同样的方法得到两示范区象的发生。的压力24h变化曲线，结果见图3。为了保证DMA内管网水质的安全，在两个DMA示范区内有针对性地连续监测了管网末梢处的水质，检测指标包括浊度、总铁、细菌总数、大肠菌群，另外抽样检测了示范区内管网末梢余氯。4DMA示范区的监测结果与分析4．1示范区用水量DMA进口的流量计自动记录进口流量，在此基O：oo4：008：0012：oo16：0020：00础上计算示范区的日进水量。根据进口流量计记录时间下的瞬间流量，积分求出每小时的平均流量，绘制图3夏季两DMA示范区24h压力变化曲线DMA的24h进水曲线(见图2)。Fig．3HourlyvariationofpressureintwopilotDMAswithinOlletypicaldayinslnlillerf压力曲线显示，一天中压力随着用水量的变化吕而变化，全天压力在凌晨0：00～4：00最低。北京皿唧给水管网属于水泵加压系统，在夜间用水量较小时旺供水水压相应降低。夏季所有测压点的压力均在皇0260kPa以上，且所有监测点中压力最低点与进口之间存在5～25kPa的压降P。两个示范区内的压力监测点均匀分布在较大管线上，尸能真实反映整个图2两个DMA示范区24h进水量变化曲线区域内的水头损失。Fig．2HourlyvariationofinflowrateintwopilotDMAs夏季DMA1#的24h压降P的变化见图4。withinonetypicalday图4说明，P。随着DMA进水量的增加而升高，DMA进水量包括用户用水量和背景漏失量两DMA1#的压降尸在夏季用水高峰(早7：00和晚部分，背景漏失量主要受管网水压影响，一天中随时21：00)时达到最大，从而可以进一步推测在冬季全间变化微小，因此DMA用水曲线的趋势类似于天任意时间的P也不会超过25kPa。只要保证冬24h的进水曲线。对比冬、夏两季节的进水曲线发季进水n的水压不变，两个示范区全年的供水压力现，两季趋势基本相同，但是两季每天各小时的进水不会低于260kPa，完全能满足服务要求。由此可量会因居民生活方式的不同而有所差别。两个示范见，两示范区的大小(包括／VL)和进水口选择是区一致的是夏季高峰用水量均大于冬季高峰用水正确的，而且合理的DMA规划完全能满足供水压量，但用水高峰时间略有差异(DMA1#冬、夏两季力要求。·22· 凌文翠，等：北京市二环内供水管网DMA分区方法及安全性分析第26卷第10期3O进行预测，将为了解DMA内的水质情况提供有力f25的帮助。暑205结语盘l：15在依据北京市给水管网特点基础上，着重控制已逝10DMA的Ⅳ和L，对北京市二环内供水管网进行了05较合理的DMA划分。在进行DMA分区改造时会O对DMA内管网的水压和水质造成一定影响，但只要合理控制DMA大小(包括ⅣP和己)和正确选择图4夏季DMA1的24h压降PD变化进水口就可以保证用户的水压和水质。对北京市二Fig．4HourlyvariationofPDinpilotXizhimenDMA环内供水管网2个DMA示范区的监测证明，在一个withinonetypicMdayinsunlmer进水口的情况下，Ⅳ控制在3000户左右、控制此外，影响P。的因素还有DMA管线长度、在10km左右不会造成水质的恶化和水压大幅下平均管龄(管龄越大则压降越大)等J。根据各个降。2个示范区的水压、水质测试为进一步验证和因素对水头损失的影响，可以推测对于有一个进水开发DMA的监测漏失功能提供了基础。口、进水量<1500m／d、管线长度<10km、平均管龄<15年的DMA，区域内较大管线的压降不会大参考文献：于25kPa。对于其他具有相同特征的DMA来说，只[1]FadeyM,TrowS．LossesinWaterDistributionNetworks：要得知进水口压力就可以推测出区域内的压力。虽APractitioner’SGuidetoAssessment，Monitoringand然这种推测会受到管线的管径和位置、用水量分布Control[M]．London：IWA，2003．等的影响而出现偏差，但是可以省去对每个DMA[2]张志明．供水管网漏损控制分区装表计量技术和应用[D]．上海：同济大学，2006．进行压力监测和模型压力预测的繁琐步骤，尤其是[3]JohnM．Managingleakagebydistrictmeteredareas：a在DMA大规模实施中显得尤为重要。practicalapproach[J]．Water21，2004，(2)：4J4—46．4．3示范区的水质[4]严煦世，范瑾初．给水工程(第4版)[M]．北京：中国余氯的抽样检测显示DMA管网末梢余氯含量建筑工业出版社，1999．均远高于国家标准，能有效抑制水中细菌的再繁殖。[5]SturmR，ThorntonJ．Proactiveleakagemanagementusing余氯的抽样检测在夏季进行，由于夏季管道中余氯districtmeteredareas(DMA)andpressuremanage—的衰减速度比冬季快得多j，因此推测冬季时管网ment～isitapplicableinNoAhAmerica?[A]．IWA末梢的余氯仍能满足国家标准的要求。SpeciMisedConference‘Leakage2005’[C]．Canada：其他指标的监测结果见表2。IWA，2005．表2DMA示范区水质检测结果[6]王耀文．北京市市区配水管网地理信息管理系统升级Tab．2Waterqual~indexesintwopilotDMAs改造[A]．供水管网现代理论与工程技术论文集顷目浊度／总铁／细菌总数／大肠菌群／[C]．北京：中国建筑工业出版社，2007．NTU(mg·L)(CFU·mL。‘)(CFU·100mL。。)[7]赵洪宾．给水管网系统理论与分析[M]．北京：中国牧<0．3未检出