中國供水系統(tǒng)漏損監(jiān)控技術的創(chuàng)新性研究與應用

毋 焱，楊 帆，劉志強，鄧 勇

(北京埃德爾公司，北京100086)

一、引 言

國家“十二五”重大科技專項中“供水管網(wǎng)漏損監(jiān)控設備研制及產(chǎn)業(yè)化”的研究課題的提出，說明我國漏損監(jiān)控技術的發(fā)展進入一個新的發(fā)展歷程，本文主要從4個方面對研究和應用進行探討。

二、中國供水系統(tǒng)漏損狀況及其控制技術研究發(fā)展概況

管網(wǎng)漏失是供水行業(yè)普遍存在的嚴重問題，它直接影響著供水系統(tǒng)的經(jīng)濟效益和社會效益。有效降低產(chǎn)銷差，控制損失水量，已成為世界范圍內(nèi)水行業(yè)亟待解決的問題。根據(jù)中國城鎮(zhèn)供水排水協(xié)會2011年的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，2011年供水總量352.67×108m3，售水總量271.36 ×108m3，漏失總量 58.62 ×108m3，漏失率為16.62%，有些中小城鎮(zhèn)的管網(wǎng)漏失率高達35% ～42%。因此，如何控制管網(wǎng)漏失、持續(xù)穩(wěn)定降低產(chǎn)銷差、改善供水系統(tǒng)運行效率、改善管理、節(jié)約水資源、減少對公共環(huán)境的危害、增強供水系統(tǒng)競爭力已成為中國供水行業(yè)迫切需要解決的問題。

我國檢漏技術的研發(fā)起步于解放初期，20世紀50年代中葉上海公用水務局啟動檢漏餅的研制，并投入應用;70年代中期揚州中學的檢漏儀試驗成功，衍生揚州的3個小生產(chǎn)企業(yè);北京埃德爾研發(fā)的檢漏相關儀，在2004年通過了北京市科委組織的科技成果鑒定。這3個檢漏技術發(fā)展的歷程標志著中國檢漏技術研究與成功應用的發(fā)展歷程。直到2011年11月，以埃德爾為組長的4個單位承擔了住建部下達的“十二五”水專項課題“供水管網(wǎng)漏損監(jiān)控設備研制及產(chǎn)業(yè)化”。這充分說明中國的漏損控制技術從基層走向國家，從民間走向政府，從幾家企業(yè)的作坊研制走向國家作為重大科技專項的正式投資，規(guī)范研究開發(fā)。從供水行業(yè)保障技術的發(fā)展，可以深深體會到中國產(chǎn)業(yè)結構調整的深層次和市場經(jīng)濟發(fā)展的廣泛性、普遍性、扎根基底的深入性。

三、國家“十二五”課題“供水管網(wǎng)漏損監(jiān)控設備研制及產(chǎn)業(yè)化”的研究重點

按照“十二五”規(guī)劃，要加快經(jīng)濟轉型和技術創(chuàng)新。對于供水行業(yè)來說，不能再像過去單純依賴進口設備和技術，而應在引進、消化、吸收的基礎上，結合中國國情進行技術創(chuàng)新，加快設備的國產(chǎn)化、規(guī)模化。

我國應用供水管網(wǎng)檢漏技術至今已延續(xù)了40年，大批應用檢漏技術產(chǎn)品是從1996年左右起。傳統(tǒng)的檢漏技術對漏損控制起了比較好的作用，取得了可喜的經(jīng)濟效益和社會效益。但隨著社會的發(fā)展，僅應用被動檢漏方法和技術，解決復原的漏失、偷水、人情水和水資源嚴重虧乏等問題，已經(jīng)顯得力不從心。管道在不斷老化，水壓、供水量、水溫隨季節(jié)不停地變化，漏水也不斷發(fā)生。實施過漏水檢測的區(qū)域，經(jīng)過一段時間，又會發(fā)生漏水復原現(xiàn)象。復原率為檢測后漏水量的30% ～50%之間，如果管道多數(shù)都已老化且漏水嚴重的地區(qū)，漏水復原率幾乎達到100%。而目前水司或專業(yè)檢測公司一般是一年檢測一次或兩次。因此，如何快速研究、開發(fā)出我國自己的、先進的、主動的、常態(tài)的漏損控制技術已經(jīng)成為目前很急切解決的重要問題。

“十二五”重大科技專項“供水管網(wǎng)漏損監(jiān)控設備研制及產(chǎn)業(yè)化”課題的核心任務是:為我國建立中國特色的供水系統(tǒng)DMA分區(qū)定量管理系統(tǒng)，研制配套的軟硬件設備，包括傳統(tǒng)檢漏產(chǎn)品技術水平的提升、改進完善、制定標準、實施規(guī)范及監(jiān)控技術的全面發(fā)展，包括數(shù)字供水系統(tǒng)平臺的建立。主要任務有:

1)保障供水安全運營，推進漏損監(jiān)控設備的國產(chǎn)化、市場化、規(guī)?；?。

2)研究漏損監(jiān)控的預警技術、檢漏技術、壓力一體化管理技術及其設備，以及漏損監(jiān)控績效考核系統(tǒng)。

3)開發(fā)DMA分區(qū)定量漏損監(jiān)控系統(tǒng)、滲漏預警系統(tǒng)、漏損監(jiān)控設備等，提高我國管網(wǎng)檢漏技術和裝備水平。由于承擔國家任務的企業(yè)早期進入供水管網(wǎng)漏損控制技術領域，吸收了國際上先進的理念和技術，并有機結合國內(nèi)供水行業(yè)的現(xiàn)狀，為國家任務的實施和完成奠定了雄厚的技術基礎。

到目前為止，承擔任務的課題組單位共獲得各類專利、軟件著作權等具有完全自主知識產(chǎn)權的技術計86項。其中，已先后開發(fā)與應用在供水管網(wǎng)漏損控制方面的產(chǎn)品近30種，發(fā)明2項;填補國內(nèi)空白的產(chǎn)品有5項，如相關儀、滲漏預警系統(tǒng)、wDMA管理系統(tǒng)等。這些堅實的技術基礎，使我國在漏損控制技術的快速、保質保量的發(fā)展，且與國際同行同步共進成為事實和可能。

四、3項關健技術的創(chuàng)新性研究與應用

雖然由于中國供水管網(wǎng)漏損的嚴重性、中國管網(wǎng)設計的特殊性、敷設的管網(wǎng)材質的多樣性、檢漏產(chǎn)品技術發(fā)展與國際同行的差距，以及中國管理體制、管理水平在全國范圍的不一致性對漏損控制的影響，對創(chuàng)新性研究與應用帶來一定的難度，但是在政府、供水企業(yè)等各方面的大力支持下，筆者所在單位承擔的“十二五”課題的任務目前已取得突破性進展。目前，檢漏設備已出口11個國家:美國、英國、澳大利亞、南非、烏克蘭、尼泊爾、多米尼加、土耳其、菲律賓、埃及、德國，有些技術產(chǎn)品還進入示范工程和應用階段，并且已取得良好的應用效果。本文重點匯報3項技術。

1.供水管網(wǎng)分區(qū)定量漏損監(jiān)控管理軟件系統(tǒng)——wDMA

wDMA是“十二五”水專項課題中核心技術產(chǎn)品之一，其系統(tǒng)結構如圖1所示。

圖1 20DMA系統(tǒng)結構

wDMA主要根據(jù)中國實際情況，參考國際水協(xié)DMA管理指導要點研發(fā)而成。它的研制是基于漏損控制的ALR理論和產(chǎn)銷差分析的理論基礎，應用物聯(lián)網(wǎng)技術和感知儀器，實施管網(wǎng)信息采集、信息傳輸、信息分析、信息應用，利用監(jiān)測、檢測、控制、處置等技術，對管網(wǎng)健康狀況進行智能化識別、問題定位、跟蹤和監(jiān)管定量監(jiān)控漏損，達到降低產(chǎn)銷差、提高經(jīng)濟效益、實現(xiàn)低碳環(huán)保的目的。wDMA是保障供水系統(tǒng)持續(xù)、長久、穩(wěn)定把漏損有效、快速減低到一個合理水平的必備的技術方法和管理方法。當然它的應用和實施需要供水系統(tǒng)的管理理念、管理思維，以至運營流程的改變。

2.多種功能漏損監(jiān)測技術產(chǎn)品

多功能漏損監(jiān)測儀產(chǎn)品系列是研究課題中的創(chuàng)新型技術產(chǎn)品。筆者所在單位在多年推廣應用檢測、監(jiān)控漏損技術產(chǎn)品的基礎上，結合考察國外各類同行的技術裝備，包括對國際水協(xié)DMA管理指導要點的研究和學習，提出了集監(jiān)測管網(wǎng)流量、壓力、噪聲數(shù)據(jù)于一體的綜合監(jiān)控區(qū)域泄漏情況的技術思路，并且把這種感知設備通過物聯(lián)網(wǎng)技術和wDMA融為整體，充分發(fā)揮wDMA的強大智能分析功能，更加增強了三合一(流量、壓力、噪聲)漏損監(jiān)測儀的實時監(jiān)測應用效果。通過將壓力、流量和噪音3參數(shù)傳感器的有機整合，減輕了設備重量;同時，使供水系統(tǒng)大大減少了分別安裝調試3套設備的工作量，降低了成本，提高了工作效率，更重要的是由于應用了物聯(lián)網(wǎng)技術使持續(xù)、長久實時控制漏損成為可能和事實。并且由于采樣點的一致性，使結果在分析時更具有精準性。通過GPRS模式數(shù)據(jù)記錄儀的配合，能夠更加有效地解決數(shù)據(jù)采集，傳輸和分析處理的能力，降低了系統(tǒng)維護的難度和費用。

3.滲漏預警技術系列產(chǎn)品

滲漏預警產(chǎn)品系列是為了解決管網(wǎng)普查或重要管段運行監(jiān)測問題而開發(fā)的。該系列產(chǎn)品通過噪聲記錄探頭采集被測點噪聲信號，分析其強度和主要頻率成份并記錄，通過比對最小噪聲強度的變化來判斷被監(jiān)測區(qū)域的泄漏狀態(tài)。根據(jù)記錄信息的傳輸方式，可以分為巡檢式和GPRS遠傳方式兩種。使用該系統(tǒng)能夠盡早發(fā)現(xiàn)漏損的跡象，最大限度地降低漏損時間，減少損失。在我國滲漏預警技術的創(chuàng)新有兩點:一是滲漏預警技術的研發(fā)成功;二是兩種方法——巡檢和在線監(jiān)測的混合應用。

五、應用wDMA的必用的配套運營管理流程，是保障實施DMA后長效收益的關鍵環(huán)節(jié)

通過很多案例充分說明，分區(qū)計量這項技術本身的實現(xiàn)沒有任何問題，不管是對支狀管網(wǎng)還是環(huán)狀管網(wǎng)。但有兩個問題是業(yè)內(nèi)高層管理關注的問題:一是如何保證在實施DMA后持續(xù)地、永久地提升“收益體系”指標;二是投入產(chǎn)出比。筆者所在單位承擔的“十二五”水專項課題“供水管網(wǎng)漏損監(jiān)控設備研制及產(chǎn)業(yè)化”主要解決第二個問題。關于第一個問題，核心在于管理，包括管理理念、管理結構、管理流程、管理方法和人力資源需要作必要的調整。其中一個關鍵環(huán)節(jié)是DMA分區(qū)定量漏損監(jiān)控系統(tǒng)后的運營管理問題，這是DMA實施后是否能保證持續(xù)、穩(wěn)定、長久的收益的關鍵環(huán)節(jié)所在。

1.運營管理流程

運營管理流程如圖2所示。

圖2

2.wDMA系統(tǒng)運營要點

1)供水企業(yè)在wDMA系統(tǒng)運行前，首先設計好漏損監(jiān)控的階段目標和最終目標，根據(jù)系統(tǒng)實際運行情況調整階段目標值，直到最終目標值的實現(xiàn)。

2)系統(tǒng)分析工程師利用人機交互，按照設定的目標值，監(jiān)管wDMA運行;應用系統(tǒng)采集到的反饋數(shù)據(jù)，作水平衡簡析，執(zhí)行系統(tǒng)功能，實現(xiàn)3個快速。

3)堅持持續(xù)地、不間斷地監(jiān)管系統(tǒng)運行，并有效執(zhí)行之;最終必然能穩(wěn)定地、長久地把供水管網(wǎng)漏損控制在一個良好的水平。

六、中國未來供水管網(wǎng)漏損監(jiān)控技術應用前景展望

從我國目前供水系統(tǒng)，包括其他行業(yè)的供水系統(tǒng)應用的檢漏技術產(chǎn)品狀況分析有3個特點:

1)應用的95%的檢漏產(chǎn)品都是進口產(chǎn)品，當前和未來漏損監(jiān)控產(chǎn)品數(shù)量的配備和已經(jīng)應用產(chǎn)品的更新潛力比較大，這說明國家對于推進國產(chǎn)產(chǎn)品的應用配套政策需要積極推進。

2)絕大部分供水系統(tǒng)配備的均為檢測技術產(chǎn)品，只有極少量的水司配有監(jiān)測技術產(chǎn)品，但在應用頻度上有很大差距;檢測方法基本上是被動方式，其周期長，漏點復原率高。

3)對應用于漏損控制的供水管網(wǎng)DMA分區(qū)管理系統(tǒng)和方法，在國外已有30年左右，并且取得了成功經(jīng)驗和良好的效果。在國內(nèi)，盡管我國提出得很早，但就實實在在應用該技術的總體情況看，和國際同行比較，在應用DMA管理系統(tǒng)的管理理念、管理思維、運營流程的配套推進方面仍需下比較大的功夫?？上驳氖牵瑢τ贒MA管理技術應用的認知單位比例在不斷增高。尤其是自2005年以來，國內(nèi)對漏損控制日益重視，DMA分區(qū)定量管理也越來越受到各水業(yè)領導的重視，很多水司(紹興、北京、天津、鄭州、南昌、鎮(zhèn)江、綿陽、黃石、銅陵、沈陽等)都在全面或以示范區(qū)模式推廣DMA管理模式，取得了一定的效果和經(jīng)驗，紹興效果尤為突出，產(chǎn)銷差近幾年一直維持在6%左右，最低時達到4.4%，達到了世界先進水平。

隨著中國水業(yè)管理者，尤其是高層決策者對實施DMA于供水收益體系，水業(yè)管理水平的持續(xù)提高理念的感悟，同時，鑒于DMA和wDMA的發(fā)展如同SCADA、GIS、水力模型、壓力管理系統(tǒng)一樣，也是建立數(shù)字供水、智慧城市必不可少支撐技術體系。供水系統(tǒng)必然加速供水管網(wǎng)DMA分區(qū)定量漏損監(jiān)控管理平臺的應用和建立，這就是說，我國未來漏損監(jiān)控技術將來不久會有一個騰飛。作為國家“十二五”課題的承擔單位，筆者所在單位將秉承“管網(wǎng)醫(yī)院“的經(jīng)營理念，不斷創(chuàng)新為完成好“十二五”課題“供水管網(wǎng)漏損監(jiān)控設備研制及產(chǎn)業(yè)化”，為智慧城市的建設貢獻出自己的力量。筆者相信，“十二五”水專項課題研究成果必將在中國的漏損控制發(fā)展中開花結果。

略)