計量小區(qū)（DMA）管理技術(shù)在城市供水節(jié)水中的應(yīng)用

代影君，任 崇

（遼寧省水文水資源勘測局，遼寧 沈陽 110003）

供水管網(wǎng)系統(tǒng)的滲漏是城市常年存在的問題，實現(xiàn)供水節(jié)水主要是通過把供水中的滲漏控制在節(jié)水和經(jīng)濟合理的范圍內(nèi)。2002年國家頒布了行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《城市供水管網(wǎng)漏損控制及評定標(biāo)準(zhǔn)》，規(guī)定城市供水企業(yè)管網(wǎng)基本漏損率不應(yīng)大于12%。但是多數(shù)城市的管網(wǎng)漏損率都超過20%，有的甚至達(dá)到40%，遼寧的多數(shù)城市管網(wǎng)漏損率就在30%以上。傳統(tǒng)的管網(wǎng)滲漏探測都是被動探測，是在被報告已經(jīng)發(fā)生明顯的滲漏后才開始進(jìn)行探漏維修，中英合作水資源需求管理項目提出了基于主動滲漏控制政策，建立城市供水管網(wǎng)GIS信息系統(tǒng)，在設(shè)計計量小區(qū)管理的基礎(chǔ)上，利用管網(wǎng)模型，減少供水系統(tǒng)的漏損的供水節(jié)水技術(shù)。

主動滲漏控制通?；趨^(qū)域計量，區(qū)域計量是指建立確定的水力區(qū)域、計量流入其中的水量，并在適當(dāng)情況下計量流出水量。這些地區(qū)被稱為計量小區(qū)（DMA），這是一種管理工具，計量小區(qū)允許使用結(jié)構(gòu)化方法確定滲漏水平，并對每個計量小區(qū)（隨后對整個供水管網(wǎng)）的無收入水量進(jìn)行分析。

1 計量小區(qū)設(shè)計與建立要求

1.1 設(shè)計要求

計量小區(qū)設(shè)計從評價可用管網(wǎng)數(shù)據(jù)開始，數(shù)據(jù)質(zhì)量將決定設(shè)計過程從何種程度開始。計量小區(qū)的規(guī)模必須便于管理，但需要包括足夠的管網(wǎng)連接，以支持建設(shè)成本。計量小區(qū)需要對住戶計數(shù)，以確定小區(qū)管網(wǎng)連接數(shù)量。但同時計量小區(qū)越大，開展?jié)B漏探測所需的時間也越長。因此，國際上一般認(rèn)為一個計量小區(qū)內(nèi)科學(xué)的管網(wǎng)連接數(shù)量應(yīng)該在1000～5000個之間。

計量小區(qū)必須確定邊界，例如：河流、主路、鐵路等。計量小區(qū)安裝的流量計應(yīng)當(dāng)能夠測量滿足需求的充足流量，而且也應(yīng)當(dāng)能夠測量夜間通常出現(xiàn)的低流量。必須嚴(yán)格檢查建立每個計量小區(qū)所帶來的影響，以確保不對計量小區(qū)內(nèi)部或外部用戶的供水服務(wù)造成有害影響。必須確定每個計量小區(qū)入口處的可能的流量范圍，從而確定水表的大小以精確測量最小和最大流速。應(yīng)當(dāng)在建立計量小區(qū)時，盡可能少地關(guān)閉閥門。必須對每個計量小區(qū)進(jìn)行測試，以確保在需求高峰期有足夠水壓。

1.2 建立要求

在建立計量小區(qū)時，必須通過在實地檢查成功隔離小區(qū)的相關(guān)數(shù)據(jù)來校驗計量小區(qū)的設(shè)計。需要確認(rèn)隔離每個計量小區(qū)時所需的閥門，即邊界閥門，及其水密性。應(yīng)當(dāng)在實地和通過與自來水公司操作人員協(xié)商確認(rèn)管網(wǎng)連接。

必須提前安裝水表，檢查測量流入水量的水表安裝位置，以確保其位置合適。

應(yīng)當(dāng)在計量小區(qū)邊界以內(nèi)和以外安裝壓力采集器，以監(jiān)測可用水壓。

必須關(guān)閉邊界閥門及入水口處的控制閥，以保證計量小區(qū)可以成為獨立水力區(qū)。然后通過完全打開消防龍頭或其他裝置來模擬計量小區(qū)內(nèi)的高峰需求。采集并報告重要位置的壓力，這一測試旨在示范將計量小區(qū)設(shè)為獨立區(qū)域并未減小其內(nèi)部的有效可用水壓。

在成功測試之后，在入水口處安裝永久性水表，并且采集數(shù)據(jù)以表明流量和壓力。

2 計量小區(qū)數(shù)據(jù)記錄和分析要求

要定期對計量小區(qū)進(jìn)行分析，以確定滲漏量和無收入水量（供水管網(wǎng)中的水量減去開具帳單和付費的水量）。

2.1 相關(guān)數(shù)據(jù)

通過數(shù)據(jù)采集器下載計量小區(qū)流量以獲得供水量數(shù)據(jù)，根據(jù)用戶水表讀數(shù)可以獲得開具帳單的水量數(shù)據(jù)。

2.2 夜間最小流量和夜間凈流量

流量數(shù)據(jù)最重要的是測量最小流量，通常最小流量出現(xiàn)在夜間。這一測量數(shù)據(jù)被稱為夜間最小流量（MNF），以此來計算滲漏水平。由于夜間家庭用水量很小，如果住宅區(qū)的最小流量較大，那么通常是存在滲漏。因此，在出現(xiàn)較高的夜間流量時，應(yīng)當(dāng)確定其原因。

當(dāng)然，夜間最小流量也確實包含一些合理的耗水和一些特殊情況下的耗水量。通過實地調(diào)查，可以獲得平均合理耗水量。在沒有實地數(shù)據(jù)的情況下，通常假設(shè)合理耗水量為 2L/（戶·h）。

夜間最小流量減去平均夜間耗水量就可以得出可能滲漏量指標(biāo)?？梢詫⑺杏嬃啃^(qū)的滲漏水平進(jìn)行對比和排序，然后對滲漏水平最高的計量小區(qū)調(diào)查其原因 。

3 遼寧省北票市計量小區(qū)設(shè)計建立與監(jiān)測

3.1 設(shè)計建立

根據(jù)國際公認(rèn)的計量小區(qū)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合北票市實際情況，項目確立了天緣和七彩虹社區(qū)為試點計量小區(qū)。

天緣和七彩虹社區(qū)由二工村泵站供水。可以通過關(guān)閉新安裝的閥門，將天緣社區(qū)和七彩虹社區(qū)隔離，而且只需要用這個閥門就可以將天緣社區(qū)與供水網(wǎng)絡(luò)的其余部分隔離。

計量小區(qū)建立的工作包括：建造三間流量計室 、安裝超聲波傳感器（測量流量）和壓力傳感器、安裝3個閥門；一個用于隔離天緣和彩虹社區(qū)，另外兩個用于隔離天緣社區(qū)延伸出來的未計量的主管道。

3.2 監(jiān)測和分析

由于缺水，天緣社區(qū)和周邊社區(qū)的供水情況復(fù)雜，任何社區(qū)都沒有24h持續(xù)供水，二工村泵站對5個社區(qū)輪流供水。

項目組制定了控制二工村泵站供水的計劃，為天緣和七彩虹社區(qū)提供48h持續(xù)供水。對于最后24h，只對天緣社區(qū)供水。持續(xù)供水是為了創(chuàng)造一個需求被滿足的狀況。這樣，在夜間進(jìn)行流量測量可以獲得天緣計量小區(qū)的夜間最小流量（MNF）。

2007年7月19日夜間，項目組對天緣社區(qū)的流量和壓力進(jìn)行了測量。

根據(jù)地點1測出的流量（流入天緣社區(qū)的總流量），最小流量出現(xiàn)在7月19日凌晨2:46。利用這一時間的流速和地點2，3的流速可以確定最小夜間流量（MNF）。地點2和3的水表測出了流出計量小區(qū)的流量。

2007年 7月 19日凌晨 2：46測出的最小夜間流量（MNF）如下：

計量小區(qū)流入量(水表1)=75.3m3/h；

計量小區(qū)流出量(水表2)=4.0m3/h；

計量小區(qū)流出量(水表3)=10.39m3/h。

因此，最小夜間流量=60.91m3/h，[壓力=620kPa(63m)]。

基于計量小區(qū)的3435戶，最小夜間流量為17.7L/（戶·h）。

這一數(shù)字與一般允許2L/h的夜間用水量相比，顯然，該計量小區(qū)供水管網(wǎng)存在嚴(yán)重滲漏。

3.3 計量小區(qū)管網(wǎng)模型建立

項目采用國際先進(jìn)的供水管網(wǎng)模型InfoWorks WS，旨在加強北票自來水公司的供水管網(wǎng)調(diào)度運行管理、運行費用優(yōu)化、管網(wǎng)漏損控制、應(yīng)急預(yù)案制定、供水管網(wǎng)規(guī)劃設(shè)計和管網(wǎng)局限性診斷及修復(fù)計劃等方面能力。

3.3.1 模型基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本次計量小區(qū)區(qū)域包括天緣社區(qū)和七彩虹社區(qū)，供水區(qū)域共有樓房58棟，用水戶3435戶（包括43戶商業(yè)用水戶），用水人口11552人。

因管網(wǎng)管線較新，設(shè)定管段的摩阻系數(shù)均為100；用水量類型簡化設(shè)置為一類用水類型 JM（居民）；平均用水量初步設(shè)定平均每戶每天用水量100L，然后根據(jù)計量小區(qū)計算結(jié)果進(jìn)行調(diào)整。

在計量小區(qū)測試過程中，從泵后壓力圖來看，供水壓力全天比較均勻，因此可以初步確定漏損水平全天均勻統(tǒng)一，但考慮到期間的停泵過程，為保持?jǐn)?shù)據(jù)的統(tǒng)一，將停泵過程中的漏損水平設(shè)置為0。

將計量小區(qū)計算模塊進(jìn)行實時數(shù)據(jù)引入，泵站的總供水量作為模型中的總供水量 （3260m3/d），3號井通過流量作為模型中的輸出水量（250m3/d），得到管網(wǎng)中的總供水量為3010m3/d。

根據(jù)計量小區(qū)漏損測算方法，選用漏損索引計算方法，基礎(chǔ)設(shè)施修正系數(shù)按默認(rèn)設(shè)置為1；壓力修正系數(shù)按照模擬計算結(jié)果自動設(shè)置為0.77771。

3.3.2 模型校驗

根據(jù)以上數(shù)據(jù)，包括管網(wǎng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、實測的蓄水池水位數(shù)據(jù)、泵站的開關(guān)泵時間數(shù)據(jù),以及計量小區(qū)用水量平衡核算得到的居民用水量曲線和漏損平均水平，組成模型計算的初始數(shù)據(jù)。從而得到模型計算結(jié)果。然后以泵站的泵后壓力以及通過水泵的流量（1號井的實測壓力及流量），以3號的實測流量作為模型校驗數(shù)據(jù)，校驗結(jié)果見圖1。

從圖1可以看出：模擬值與實測值完全一致，保證了供水量與蓄水量的完全平衡，模型校驗結(jié)果良好。

圖1 泵后壓力(1號井壓力)實測值與模擬值比較圖

將整個管網(wǎng)劃分為不同的計量小區(qū)區(qū)域，調(diào)查及評估各計量小區(qū)區(qū)域中的漏損水平，并建立各計量小區(qū)區(qū)域的模型，并以模型分析計量小區(qū)區(qū)域中可能存在的問題以及提出改善方案，并根據(jù)實際情況逐步實行。最終逐步形成整個北票水司管網(wǎng)的整合模型，并以此整合后的模型提高管網(wǎng)的服務(wù)水平及運營管理水平。

4 結(jié) 語

本項目在遼寧省北票市進(jìn)行的計量小區(qū)（DMA）管理技術(shù)實驗研究對于中小大城市供水管網(wǎng)漏失管理具有普遍的推廣價值，通過計量小區(qū)單獨的計量來實現(xiàn)供水管網(wǎng)漏失的及時監(jiān)測和有效管理將會大大提高供水公司供水效率，從而有力促進(jìn)城市節(jié)水。

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