供水管网漏损评估与控制方法 6页

'万方数据第28卷第18期2012年9月中国给水排水CHINAWATER&WASTEWATERV01．28No．18Sep．2012供水管网漏损评估与控制方法李飞，陶涛(同济大学环境科学与_Y-程学院，上海200092)摘要：随着可持续发展、经济高效性以及环境保护理念深入人心，供水管网的漏损问题已成为国际热点。漏损并不仅是水务公司所关注的经济议题，更是一项涉及环境安全与健康的问题。主要探讨了漏损的评估和控制管理，以全面的视角审视漏损技术管理水平，旨在依据低成本的手段获取管网信息，寻求切实可行的方法来改善供水管网的运行状况，提高供水的可靠性。通过对现存漏损评估和控制方法的优劣分析，为未来漏损领域的研究工作提供建议。关键词：供水管网；漏损评估；运行指标；漏损控制；漏损模型中图分类号：TU991文献标识码：B文章编号：1000—4602(2012)18—0035—05AssessmentandControlofWaterLeakagefromWaterSupplySystemLIFei，TAOTao(SchoolofEnvironmentalScienceandEngineering，TongjiUniversity，Shanghai200092，China)Abstract：Withtheincreasingpopularityoftheconceptsofsustainabledevelopment，economicef-ficiencyandenvironmentalprotection，theproblemoflossesfromwatersupplysystemsisofinternationalconcern．Leakageisnotjustaneconomicissueforwatercompaniesbutitisalsoaproblemrelatedtoen—vironmentalhealthandsafety．Methodsforwaterleakageassessmentandcontrolmanagementweredis—cussed．Thestate—of-the-artinmanagementofwaterleakagewasoverviewed．Theobjectivewastoobtaintheinformationofwatersupplysystembyusinglowcostmeansandfindpracticablemethodstoimprovetheoperationandreliabilityofwatersupplysystem．Theadvantagesanddisadvantagesofallexistingmethodsforassessmentandcontrolofwaterleakagewereanalyzedtoprovideproposalsforthefuture．Keywords：watersupplysystem；leakageassessment；operationindicator；leakagecontrol；leakagemodel给水管网漏损不仅是水务公司所关注的经济议题，更是一项涉及饮用水安全和健康的环境可持续发展问题¨o。据(2010年城市供水统计年鉴》统计，2009年全国600余座城市的供水管网水量净漏失率达到16，23％，远远超过了国家要求城市漏失率控制在12％以下的标准旧1；而管网的漏损总量接近60×108m3，假设城市供水平均成本为1．10形m3，每年我国城市供水行业因漏损而造成的经济损失超基金项目：上海市水务局水资源基础研究项目过60亿元。实际上，城市供水管网每年漏水量可能接近100×t08m3，经济损失可能超过100亿元。如果加上工矿企业供水系统，管网漏水损失将是上述数字的2倍以上。我国供水系统的漏损率虽然在近几年有所下降，但与20世纪末相比，总体仍呈上升趋势，漏损水量持续增加。因此，降低我国城市供水管网的漏耗刻不容缓。·35· 万方数据第28卷第18期中国给水排水1漏损评估方法漏损评估旨在使水司及用户对管网的漏损水平具有总体定位，了解现阶段管网漏损所处的实际状况，为控制方法的制定提供依据。迄今为止，漏损评估方法大体可以分为两类，即自上而下及自下而上的评估方法。1．1自上而下的评估方法该方法的指导思想是：宏观地将水按不同的消费途径进行划分，通过追踪各部分水量的实际消耗而计算出漏损水量。实施该过程的主要方法为水量平衡分析，2000年IWA在总结英国、澳大利亚等国家供水管网运行与管理经验的基础上提出了供水管网水量平衡(见表1)。表1水量平衡和国际标准术语7I铀．1rWAstandardforinternationalwaterbalanceandterminology收费授权收费计量用水量收益水量授权用用水量收费未计量用水量水量未收费授未收费已计量用水量权用水量未收费未计量用水量未授权用水量(偷盗，欺诈)系统供表观漏损计量误差：因用户计量无收益水量给水量漏损误差和数据处理错误(产销差水造成的损失水量量)总量输配水管漏失水量蓄水池漏失和溢流水量真实漏损用户支管至计量表具间漏水量水量平衡分析在许多国家得到实际应用，可将IWA水量平衡看成是计算现代水量漏损方法的标准。以下是一些易产生混淆术语的具体定义：①未收费授权用水量也称作“免费合法水量”，是指由登记用户、供水公司和其他供水企业授权的用户所消耗的，用于生活、商业和工业用途的未计量未收费水量和已计量未收费水量，包括消防用水、冲洗管道用水等(通常该部分用水量在水量平衡中所占比例较小"-)。其中，未计量水量可采用批次方法、排放方法、比较方法等进行估算。②无收益水量=产销差水量=系统供给量一收费水量，产销差水量除包含表观漏损和真实漏损外，还包括未收费授权用水量。表观漏损是由各种未被授权的消耗量(非法用水)以及由于生产用水和用户用水不精确计量造成的损失组成。由于有效计量是供水漏损优化的核心组成部分，需切实加强水表管理工作Ho。真实漏损是从加压系统一直到用户计量点，通过各种形式的漏损、管道破裂(通常是指爆管)和溢流引起的水量漏损。对水量构成进行合理分类，有利于查找供水系统漏损的原因。例如对表观漏损的进一步分析，可以判断其产生的主要原因是非法用水还是水表计量误差、数据传输或者数据分析误差；对真实漏损的进一步分析，可以判断在漏损控制中需要采用压力优化技术、加大检漏频率，还是需要采用改善系统的修复和替换技术【5j。然而，我国的水量平衡分析中，由于用水方式、用户种类不尽相同，各部分用水量并未进行统一、合理的归类，收费计量、收费未计量水量等还需进一步细化，因此，参照先进国家及部分企业实践的经验，根据我国管网运行现状，提出更加科学而具体的水量平衡分析表将具有更加现实的意义。如果已经建立了定义明确的水量平衡分析系统，进行漏损评估就变得简单易行——只需将各部分水量填入对应表格条目中，水量消耗途径便清晰可见。首先根据水厂的生产水量确定系统供给水量，再获取收费水量的数据确定授权用水量，然后估算出表观漏损水量，最后真实漏损的水量即为系统供水量减去授权用水量和表观漏损量。然而，目前绝大多数水司由于人力、物力的限制，并没有按照国际水协的要求，进行各类水量的样本测试。因此该计算方法中，未收费授权用水量、表观漏损量等水量的估计存在着较大的随机性和主观性。尽管这种评估方法较为简单，但结果粗略，只可据此决定下一步的漏损管理策略，而无法预测具体的漏损区域以及漏损点的定位。1．2自下而上的评估方法该方法是水量审计的第二部分，是采用可靠数据进行自上而下的评估方法之后的补充手段。此过程需要尽可能地获取精确数据，通过划分较小区域进行管网漏损的分析，以此评估整个供水系统的漏损水平。该阶段的评估可以通过最小夜间流量法(MNF)进行分析。最小夜间流量法是对某个独立计量区域的夜间流量进行分析，进而评估该区域的实际漏损情况。城镇的最小夜间流量通常发生在凌晨2：00—4：oo，该时间段居民用户用水量较少，因·36· 万方数据李飞，等：供水管网漏损评估与控制方法第28卷第18期而水量的突变能更真实地反映漏损的状况。夜间最小流量法对经验要求较高，前期历史数据的分析、区域内用水信息的收集是工作开展的关键∞J。MNF中“独立计量区域”的划分依赖区域装表法(DMA)。DMA是指综合考虑城市地形地貌等自然地理特征、行政管理区划、水压分布、水厂分布和供水能力、用户水表数及用水量等因素，按照一定的原则，在配水系统中通过分区安装流量计或水表，关闭部分阀门，建立若干个相对独立的计量区域。装表计量的区域必须有明确的边界，通过记录流量计或水表计量范围内的不同时间用水量，结合营业收费系统用水量数据分析，推断计量区域内的管网漏损情况，为实现精细化管理、采取漏损控制措施提供科学的依据o73。DMA技术是当前国内外倍受重视和推广应用的漏损控制有效技术手段，可通过逐步关闭每根管段阀门的方法逐步缩小小区水表计量区域，巡查发生漏损的管段并及时修复，达到降低管网漏损的控制效果旧J。由于国内传统的工程设计标准、太多阀门需要关闭、间歇供水以及阀门关闭处水质容易变坏等现状，大范围推广DMA分区管理存在限制一1。通过以上分析，将两种评估手段相结合的优势显而易见，对比两种评估结果，可以更准确地了解管网漏损的实际状况，分析在哪些用水途径、地区和管道条件下更易发生漏损，从而有效地进行控制。1。3漏损评估指标国际水协根据计算涉及的水量平衡标准格式中单元是否与售水有关，可将指标分为水资源指标、财务指标和运行指标，各指标的计算方法及表示方法见表2。表2IWA供水服务性能指标㈤1Tab．2IWAperformanceindexforwatersupplysystem项目类型计算方法备注仅说明水资源的使用效率，无效供水率水资源指标真实漏水量／系统供给水量‘X100％不能作为衡量输配水系统管理效率的指标未计量用水率财务指标未计量用水量／系统供水量×100％未计量用水量即产销差当接户头密度<20接户头／km干管时，真实漏损率运行指标漏损水量／接户头数该指标将由干管长度计算，表示为L／(krn干管·d)当接户头密度<20接户头／km干管时，表观漏损率运行指标表观漏损量／接户头数该指标将由干管长度计算，表示为m3／(km干管·a)供水设施漏损指标运行指标真实漏损量／基底漏损量在良好漏损控制管理下，该指标应接近于l；在不良管理条件下，其值较大未计费用水成本是免费用水、单位成本产销差财务指标未计量用水成本／年运行成本×100％表观漏损和真实漏损成本之和我国的评价指标包括产销差、漏损率和单位管道长度(管径≥DN75)单位时间漏水量等，目前常用的统计指标为漏损率。然而，《城市供水管网漏损控制及评定标准》中提出的计算方法为：漏损率=(年供水量一年有效供水量)／年供水量；《城市供水统计年鉴》历年来一直采用的计算方法为：漏损率=(年供水量一年售水量)／年供水量¨⋯。显然这两种漏损率的计算方法是不统一的，而无论以哪种方法计算，都未将管网内接户管状况、压力状况、水量消费的季节性影响等因素进行综合考虑，很容易忽略管网建设、改造的功效。事实上，各大水司进行漏损评估时采用的指标也不一致，计算方法具有一定的随意性和主观性，不利于相互交流和统计，无法科学地反映管网漏损情况。由于供水公司的规模和特点不同，推荐的指标需要考虑其适用范围及鲁棒性，符合该条件的现今最常用的指标是供水设施漏损指标(ILt)。ILI是真实漏损量与基底漏损量(UARL)的比值，该值在国外是公认的最实用的绩效表征指标，可用于评估管网的运行效率、设定漏损的控制目标等。其中真实漏损量可由水量审计计算得出；而基底漏损量UARL是指在当前技术水平及条件下，无论采取什么技术手段都很难避免的漏失水量，主要来自管网附属机械设施的滴漏、不易发现的少量漏水和维修过程中的漏水等。然而ILI最大的不足在于非技术人员对其较难理解。术语的表达不如“产销差”直观，且真实漏损量本身估算时会引入误差，而UARL的计算也较为复杂：UARL=(18×管道长度+0．8×接口服务数+25X从街边至水表的管道长度)×平均操作压·37· 万方数据第28卷第18期中国给水排水力，公式中涉及的参数较多，且其在我国的具体定义并不明确，适用条件还需进一步探讨。此外，ILI并未考虑采取相应漏损管理所产生的费用，无法指出将该值减-"bN怎样的程度更具经济合理性。国际水协和世界银行推荐的供水系统漏损指数ILI和基底漏失水量UARL见表3。表3供水系统漏损指数IL|和基底漏失水量UARL’Ilab．3IUandUARLUARL／(L·接户管～-d‘1：项目ILI100kPa200kPa300kPa400kPa500kPaAl～2<50<75<100<125发达B2～450～loo75～150100～200125～250国家C4～8100—200150～300200～400250—500D>8>200>300>400>500A1～4<50<100<150<200<250发展B4～850～100100—200150—300200～400250～500中国家CB～16100～200200一400300～600400～800500～l00CD>16>200>400>600>800>1000综上所述，可以结合水量审计，提出适于我国实际情况的漏损评估指标体系，从而规范和统一漏损评估工作，为建立与国际接轨的供水绩效管理体系提供基础。进而分析漏损影响因素，鉴别漏损水平较高的区域，采取优先控制手段，改善供水管网的运行状况，提高供水的可靠性，降低运营成本。2漏损控制方法2．1漏损预测模型水量审计可以积累大量数据，而对漏损历史数据的数学分析，有助于揭示其中隐含的发展规律，为有效控制漏损提供科学依据。张宏伟等¨u根据某市供水管网漏损数据的大量统计，应用多元线性回归分析理论，通过供水管道漏损原因的相关分析，对供水管道投入使用后产生漏损的初始时问进行科学预测，建立了不同材质的供水管道安全使用期的预测模型；傅玉芬¨2。采用灰色模型的灰色数列预测方法建立了管道漏水预测模型，在人力、财力有限的条件下，选定每年的重点检漏点；耿为民¨到以管网历史漏损统计数据为基础，以漏损控制总费用最低为目标，采用自回归滑动平均混合过程及叠合模型预测管网漏水量、漏损件数，并求解管网经济漏水量，在此基础上建立漏损检测周期的优化数学模型。然而，由于供水管网的复杂性和管网漏失信息的繁杂和无规律性，许多情况下对漏损与其众多影响因素之问的关系进行量化分析比较困难，模型的灵敏度和准确性与实际情况还存在差距，模型求解的速度也不尽如人意，因此漏损模型的大规模应用仍受到限制。2．2影响漏损的因素归结起来，影响漏损的因素主要有管材、接口与阀门、地质条件、气候条件、施工质量、管网运行压力等。管道材质低劣、耐压性差是管道爆裂的内在因素，由于铸铁管的连接方法多为承插口石棉水泥刚性连接，这种接口握固力强，但不能承受弯曲力和进行伸缩补偿，因此石棉水泥接口的小口径灰口铸铁管的漏损频率偏高；土壤的性质是影响管道漏损的重要因素，主要体现为对管道的腐蚀性、沉降性和冻胀性；气候条件对漏损的影响主要体现为温变应力和冰冻荷载的作用；施工质量不好引起管道漏损的原因包括：管道基础不好、接口施工不当、覆土不匀、防腐措施不当等。其中，由于管网运行压力对管道破坏造成的漏水与爆管几率随压力的增大而增加¨¨，通过压力管理减少供水管网泄漏损耗的理念应运而生。对管网压力的控制可以有效地避免管网中不必要高压力的出现，减少爆管事故的发生¨4I，进而降低漏损率。此外，对压力的实时监控¨副可以发现管网运行时某些管段的压力突变，这些突变可能由水泵机组启闭、阀门启闭或爆管引起，通过更细致精确的分析有助于及早发现漏点；而压力监测点的优化布置也是漏损领域研究的热点之一。在有些国家，有效的压力管理早已是公认的高效控制漏损的至关重要的基础策略，我国部分水司也开始接受和实践压力管理理念。在具体应用过程中，应通过较详细的费用一成本分析确定最需压力管理的区域，结合自动控制、远程数据网络、GIS管理信息技术、数据库软件管理技术，设计一套安全可靠、简单实用、方便灵活的泄漏和压力管理系统，实现多点控制。2．3漏损检测技术漏损控制方法分为被动检漏和主动检漏。被动检漏法是指明漏点的定位、开挖和维修，国内供水企业以此法为主，待发现水漏到地面才去检修。但仅用该法不可能有效控制管网漏损，未采用先进的管理手段的地区，漏损率极易上升至40％。发达国家的漏损检测工作开展较早，目前使用的主动检漏技术主要有音听检漏法、相关分析检漏·38· 万方数据李飞，等：供水管网漏损评估与控制方法第28卷第18期法、区域检漏法、区域装表法、雷达检漏法、氢气检漏法等¨引。漏损检漏技术通常随着漏损检测设备的发展而发展，然而，在引进国外先进技术的同时，需考虑到我国管网的管道材质和管网密度等与国外的差距，检漏设备在广泛应用前，应进行相关参数的设定和使用方法的培训，以最大限度地发挥检漏设备的作用。需建立报漏、维修调度系统，通过可靠数据进行漏损预测，对重点区域加强主动检漏工作，提高检漏工作效率。常见的通过主动漏损检测来减少水量漏损的实际方法可参照《供水漏损控制手册》¨6|。我国供水行业的漏损控制水平还有待于提高，需要借鉴国外同行业的先进技术、方法和经验，同时根据我国的实际情况加强漏损控制的研究实践，才能提高主动检漏率，有效控制供水管网漏损。3结语管网漏损是全球性问题，应根据实际管网状况采取合理的管理策略。基于供水管网漏损评估和控制方法，得出如下结论和工作建议：①尽管需花费大量的时间、精力来获取可靠数据，进行水量审计的工作仍十分必要。自上而下的评估手段主要价值在于，迅速了解目前管网系统漏损的大致水平；而结合自下而上的评估方法，有助于更准确地进行评估，更细致地分析数据背后的规律，从而有利于漏损控制。②目前各大水司进行漏损评估时采用的指标和计算方法并不统一，具有一定的随意性和主观性，不利于相互交流和统计，无法科学地反映管网漏损情况。因此，结合IWA的水量平衡分析，提出适于我国实际情况的漏损评估指标体系，就显得尤为重要，该问题具有深远的意义，值得进一步的研究和探讨。③对漏损历史数据的数学分析，有助于建立管网漏损预测模型；但漏损模型预测方法至今只取得了有限的成果，只能应用于简单的特定的管网系统。对于复杂的管网系统，实时模拟软件的计算速度和准确性还需进一步提高。可结合主动漏损检测方法，采用更经济有效的漏损检测设备，加强漏损管理，提高漏损检测的经济性和效率。④管网漏损的评估和控制方法是相辅相成的，准确的管网评估决定了采取何种适宜的控制手段，而有效的漏损控制方法也有助于管网运行状况的改善。需从管网系统的实际状况出发，综合考虑各方面因素，做好管网的评估和检测工作，切实降低供水管网的漏损。参考文献：[1]PuustR，KapelanZ，SavicDA，eta1．Areviewofmeth—odsforleakagemanagementinpipenetworks[J]．UrbanWaterJ，2010，7(1)：25—45．[2]CJJ92--2002，城市供水管网漏损控制及评定标准[S]．北京：中国建筑工业出版社，2002．[3]LambertA．Waterlossesmanagementandtechniques[J]．WaterSciTechnol，2002，4(2)：1—20．[4]林朝阳，王蕙，陈浩波．大口径水表数据采集和监测系统的应用[J]．中国给水排水，2006，22(12)：96—98．[5]李树平．供水管网漏损控制理论研究进展[J]．给水排水，2011，37(1)：162—165．[6]林朝阳．采用夜间最小流量法实现大区域供水系统产销差率控制[J]．给水排水，2011，37(9)：101一104．[7]雷景峰．供水管网模型在区域计量分区管理中的应用[J]．给水排水，2009，35(11)：226—228．[8]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．[9]王光辉，韩伟，魏道联，等．DMA分区管理在首创水务公司供水管网中的应用[J]．给水排水，2010，36(4)：111—114．[10]余蔚茗，李树平．基于水量平衡的管道漏损分析[J]．给水排水，2008，34(4)：116—119．[11]张宏伟，牛志广，陈超，等．供水管道漏损预测模型研究[J]．中国给水排水，2001，17(6)：7—9．[12]傅玉芬．城市供水管网漏损控制[D]．天津：天津大学，2004．[13]耿为民．给水管网漏损控制及其关键技术研究[D]．上海：同济大学，2004．[14]林守江，沈钢，彭慧．供水管网的泄漏及压力管理[J]．中国给水排水，2006，22(18)：86—88．[15]孙立国，周玉文．基于压电传感器与GSM技术的供水管网漏损控制系统[j]．中国给水排水，2010，26(6)：16—19．[16]ThorntonJ．WaterLossControlManual[M]．北京：清华大学出版社，2009．·39·E—mail：11315291ifei@tongji．edu．cn收稿日期：2012—04—13 供水管网漏损评估与控制方法作者：李飞，陶涛，LIFei，TAOTao作者单位：同济大学环境科学与工程学院,上海,200092刊名：中国给水排水英文刊名：ChinaWater&Wastewater年，卷(期)：2012,28(18)被引用次数：6次参考文献(16条)1.PuustR;KapelanZ;SavicDAAreviewofmethodsforleakagemanagementinpipenetworks2010(01)2.城市供水管网漏损控制及评定标准20023.LambertAWaterlossesmanagementandtechniques2002(02)4.林朝阳,王蕙,陈浩波大口径水表数据采集和监测系统的应用[期刊论文]-中国给水排水2006(12)5.李树平供水管网漏损控制理论研究进展[期刊论文]-给水排水2011(1)6.林朝阳采用夜间最小流量法实现大区域供水系统产销差率控制[期刊论文]-给水排水2011(9)7.雷景峰供水管网模型在区域计量分区管理中的应用[期刊论文]-给水排水2009(11)8.张志明供水管网漏损控制分区装表计量技术和应用[学位论文]20069.王光辉,韩伟,魏道联,花文胜,杨有华,杨帆DMA分区管理在首创水务公司供水管网中的应用[期刊论文]-给水排水2010(4)10.余蔚茗,李树平基于水量平衡的管道漏损分析[期刊论文]-给水排水2008(4)11.张宏伟,牛志广,陈超,洪霞供水管道漏损预测模型研究[期刊论文]-中国给水排水2001(6)12.傅玉芬城市供水管网漏损控制[学位论文]200413.耿为民给水管网漏损控制及其关键技术研究[学位论文]200414.林守江,沈钢,彭慧供水管网的泄漏及压力管理[期刊论文]-中国给水排水2006(18)15.孙立国,周玉文基于压电传感器与GSM技术的供水管网漏损控制系统[期刊论文]-中国给水排水2010(6)16.ThorntonJWaterLossControlManual2009引证文献(6条)1.陶涛,李飞,信昆仑供水管网漏损率估算方法分析[期刊论文]-给水排水2014(8)2.王琴供水管网漏损原因及解决办法[期刊论文]-山西建筑2013(22)3.赵占军,高桂青市政给水管网漏耗控制分析及对策研究[期刊论文]-山西建筑2014(14)4.李首市政给水管网漏耗控制分析及对策[期刊论文]-城市建设理论研究（电子版）2014(24)5.井文照LabVIEW在供水管道泄漏定位中的应用[期刊论文]-科技视界2014(10)6.喻龙,刘栋梁,张征基于扩展多叉树的城市供水管网信息系统设计[期刊论文]-计算机工程与设计2014(04)引用本文格式：李飞.陶涛.LIFei.TAOTao供水管网漏损评估与控制方法[期刊论文]-中国给水排水2012(18)'