城市供水管網(wǎng)分區(qū)供水技術(shù)研究

林英姿，趙學敏，趙澤明

（1.吉林建筑大學松遼流域水環(huán)境教育部重點實驗室；2.吉林省城市水資源與水環(huán)境修復工程實驗室；3.吉林建筑大學市政與環(huán)境工程學院，長春 130118；4.重慶大學城市建設(shè)與環(huán)境工程學院，重慶 400044）

城市供水管網(wǎng)分區(qū)供水技術(shù)研究

林英姿1，2，趙學敏3，趙澤明4

（1.吉林建筑大學松遼流域水環(huán)境教育部重點實驗室；2.吉林省城市水資源與水環(huán)境修復工程實驗室；3.吉林建筑大學市政與環(huán)境工程學院，長春 130118；4.重慶大學城市建設(shè)與環(huán)境工程學院，重慶 400044）

近年來，很多城市的自來水公司都出現(xiàn)了供水管網(wǎng)漏損的問題。城市管網(wǎng)漏失率居高不下，嚴重制約了城市經(jīng)濟的發(fā)展，也加劇了水資源的浪費。人們對城市管線漏損的控制越來越重視，開始采取積極措施來解決供水管網(wǎng)的漏損問題。構(gòu)建獨立計量區(qū)域（DMA）是一種控制供水管網(wǎng)漏失的有效方法，本文對控制管網(wǎng)漏損的DMA方法進行了闡述，解析了構(gòu)建DMA的關(guān)鍵步驟，并提出了構(gòu)建DMA的有效策略。關(guān)鍵詞：管網(wǎng)漏損；DMA；漏損管理指標；不可避免漏水量

近年來，城市管網(wǎng)漏失率居高不下，制約了城市的經(jīng)濟發(fā)展，也造成原本就緊張的水資源的浪費。很多城市的自來水公司都有供水管網(wǎng)漏損的問題。隨著人口的增加，管道長度逐年增加，但維護管線的措施沒有得到相應的完善，管網(wǎng)漏損嚴重。中國大部分的供水管道建設(shè)年代久遠，由于管道閥門的質(zhì)量不高，管道連接處密封不好等原因，水量漏損情況比較嚴重，對經(jīng)濟和能源造成了極大的浪費，以致供水企業(yè)虧損，政府負擔加重。因此，必須采取有效措施，解決城市供水管網(wǎng)的漏損問題。國家逐漸認識到管網(wǎng)漏損控制工作的重要性，頒布了“水十條”，修訂并組織實施《城市供水管網(wǎng)漏損控制及評定標準》。

1 管網(wǎng)漏損指標

為了便于更好地管理與優(yōu)化城市供水管網(wǎng)，國際水協(xié)會（IWA）組織多個國家的專家開展了供水管網(wǎng)漏損調(diào)查研究，于2000年提出了管網(wǎng)不可避免漏水量（Unavoid-able Annual Real Losses，UARL）、管網(wǎng)實際漏水量（Current Annual Real Losses，CARL）、管網(wǎng)經(jīng)濟漏損水平（Economic Level of Leakage，ELL）、管網(wǎng)系統(tǒng)漏損指數(shù)（Infrastructure Leakage Index，ILI）等漏損管理指標體系。其中，管網(wǎng)經(jīng)濟漏損水平是漏損控制的經(jīng)費投入與節(jié)省水量的價值相等時的管網(wǎng)系統(tǒng)漏損指數(shù)（ILI）值。一般認為，管網(wǎng)經(jīng)濟漏損率應控制在10%以內(nèi)[1]。不可避免漏失水量是指在目前技術(shù)條件下，無論采取什么樣的技術(shù)手段都無法避免的供水系統(tǒng)理論上最小的物理漏失水量[2]。管網(wǎng)的漏損是由小到大的過程，由于接管處密封不好或者管網(wǎng)腐蝕原因?qū)е碌穆p量是很小的，而外部的壓力變化或者管道內(nèi)的壓力變化，會導致管網(wǎng)的爆管，使漏失量瞬時增大。監(jiān)測管網(wǎng)漏失量瞬時增大的有效方法是建立管網(wǎng)獨立計量分區(qū)的方法。

2 分區(qū)計量區(qū)域（DMA）

2.1 DMA的建立

控制管網(wǎng)漏損的方法，目前比較熱門的是建立DMA分區(qū)的方法。分區(qū)計量區(qū)域（District Metering Area，DMA）的概念出現(xiàn)于20世紀80年代[3]。它是指有一個或者幾個進水口，有永久性邊界的獨立供水區(qū)域，并且進、出水區(qū)域的流量都要進行計量。城市供水管網(wǎng)分區(qū)始于20世紀80年代，如英國倫敦將給水管網(wǎng)劃分為16個區(qū)，日本東京劃為50個區(qū)，大阪則為18個區(qū)[4]。DMA技術(shù)對于提高供水管網(wǎng)管理水平和減少管網(wǎng)的漏失具有重要的意義，國內(nèi)學者紛紛對DMA技術(shù)進行研究和實例應用。

2.1.1 分區(qū)的原則

人們要進行DMA的分區(qū)，首先要了解所在小區(qū)或者區(qū)域的管網(wǎng)布置情況，了解整個供水管網(wǎng)的水力特性，以便更好地進行獨立計量區(qū)域的劃分。

（1）DMA大小的規(guī)劃應結(jié)合我國的實際情況。DMA的大小是規(guī)劃時要考慮的首要因素，主要包括用戶數(shù)（Number of Properties，Np）和管線長度（MainsLength，Lm）。目前，國外DMA的大小一般以用戶數(shù)來衡量。合適的DMA用戶數(shù)大多是經(jīng)驗總結(jié)，F(xiàn)arley認為DMA應該在2 000～5 000戶，Twort等建議DMA在500～3 000戶[5]。中國學者凌文翠認為，考慮到中國的國情，很多城市用戶密集，人口密度大，應綜合考慮用戶數(shù)和管道長度兩個因素。用戶數(shù)平均控制在3 000戶左右，最多不超過5 000戶，管道長度控制在10 km左右，是比較合理的劃分DMA大小的標準。不過，也應該考慮到實際情況來做相應的調(diào)整。

（2）確?，F(xiàn)場具有施工的條件。劃分獨立計量區(qū)域后，要在進水管道安裝流量計，或安裝新管段、新閥門。為避免現(xiàn)場沒有施工條件，要進行現(xiàn)場勘查，如果沒有施工條件，則要重新劃分計量分區(qū)。

（3）盡量避免改變原有管網(wǎng)的水力特性。人們要建立的DMA分區(qū)是要有永久性邊界的獨立供水區(qū)域，因此為保證DMA區(qū)域的獨立性，在進行分區(qū)規(guī)劃時，要在必要的位置添加新閥門或者管段，但為了盡量不改變原管網(wǎng)的水力特性，添加的閥門和管道的數(shù)量為1～2個。

2.1.2 檢驗管網(wǎng)的獨立性

管網(wǎng)獨立建立后，為監(jiān)測其獨立性，最常用的方法是零壓測試。零壓測試是在一個已經(jīng)建好的DMA分區(qū)中，關(guān)閉與外界聯(lián)系的閥門，并且保證分區(qū)內(nèi)的用戶在做測試時不會用水，使分區(qū)處于一個完全封閉狀態(tài)，在夜間或者是在管網(wǎng)用水量的最低峰，打開管網(wǎng)上幾處消火栓，放出管網(wǎng)的存水，觀察管網(wǎng)中的壓力，若壓力持續(xù)下降，說明建立的分區(qū)是獨立的，建立成功。若下降后又上升，說明分區(qū)并不是完全密閉的，與外界還有聯(lián)系，此時應檢查閥門的完好性與是否還有與外界相連的管道等。修復后，繼續(xù)進行零壓測試，直至成功。

2.1.3 測試壓力

建立的DMA分區(qū)運行一段時間后，看是否有用戶反映壓力不足的問題，若有則停止運行，尋找原因，或者重新規(guī)劃等。

2.2 獨立計量分區(qū)監(jiān)測漏損

目前，獨立計量分區(qū)監(jiān)測漏損比較常用的方法有兩種，一種是估算法，一種是最小夜間流量法。兩種方法的前提是該獨立計量區(qū)域內(nèi)沒有違法偷水的情況。

2.2.1 估算法

在大量統(tǒng)計數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，人們建立了分區(qū)計量區(qū)域，其不可避免漏水量的計算公式為：

式中，Lm——供水管道長度（km）；Nc——獨立區(qū)域內(nèi)連接點數(shù)（個）；

Lp——獨立區(qū)域內(nèi)引入管長度（km）；p——獨立區(qū)域內(nèi)供水管網(wǎng)平均壓力（m）。

2.2.2 最小夜間流量法

最小夜間流量（MNF，Minimum Night Flow），即在夜間用水量最小的時間段，監(jiān)測管網(wǎng)的流量，做出時間流量曲線。其中，最小夜間流量包括用戶最小夜間用水量和最小夜間流量漏失水量。最小流量的得出也有兩種方法，一種是多次測量夜間最小流量，取MNF波動范圍的中間值作為該獨立計量區(qū)域的MNF基準值。這種方法適合DMA規(guī)模比較小的情況，此時用戶最小夜間用水量比較少，在監(jiān)測的時間段內(nèi)有可以忽略的時間。另一種方法是根據(jù)下面的公式來計算。

式中，Q——DMA區(qū)域總流入水量（m3/h）；

Q用戶——DMA區(qū)域用戶用水量（m3/h）；

Q誤差——水表計量誤差等（m3/h）。

用戶夜間用水量可以通過大量實測統(tǒng)計數(shù)據(jù)計算得出。由于國內(nèi)的大部分城市的管網(wǎng)鋪設(shè)年代久遠，管漏損嚴重，產(chǎn)銷差較大，控制漏損越來越成為每個城市亟待解決的問題，而建立DMA分區(qū)是控制漏損、降低產(chǎn)銷差的有效方法之一。

3 結(jié)語

目前，應用到實際的管網(wǎng)檢漏方法很多，但實際的操作困難較大。建立獨立計量分區(qū)，可以有效地監(jiān)測管網(wǎng)的漏損以及快速定位漏損。

（1）我國的管網(wǎng)大都鋪設(shè)年代較早，管網(wǎng)較密集，人口數(shù)量眾多。因此，建立DMA時，應結(jié)合我國管網(wǎng)的實際情況，使DMA更好地發(fā)揮作用。

（2）可以把DMA的建立與供水管網(wǎng)水力模型相結(jié)合，當關(guān)閉邊界閥門時，在計量分區(qū)的管網(wǎng)末端，可能會出現(xiàn)水力停留時間太長，滋生對人體有害的微生物等情況。這時，人們可以用水力模型提前模擬獨立區(qū)域開始運行的情況，若出現(xiàn)水力停留時間太長的情況，則需要采取重新規(guī)劃分區(qū)等方法。另外，為避免管網(wǎng)末端壓力不足，影響居民用水，可以用水力模型提前模擬整個獨立計量區(qū)域的水壓情況，若管網(wǎng)末端確實出現(xiàn)壓力不足的現(xiàn)象，則需要采取重新規(guī)劃分區(qū)等方法。

1 劉遂慶.供水管網(wǎng)漏損控制指標體系與技術(shù)應用[J].建設(shè)科技，2013，（2）：47-49.

2 董駒萍.DMA不可避免漏失量計算值與實測值對比分析[J].給水排水，2014，（40）：366-369.

3 Farley M，Trow S.Losses in Water Distribution Networks：APractitioner' s Guide to Assessment，Monitoring and Control[M].London：IWA，2003.

4 舒詩湖，趙洪賓．我國給水排水系統(tǒng)建模的機遇與挑戰(zhàn)[J]．中國給水排水，2008，24（8）：5-7．

5 Twort A C，Ratnayayaka D D，Brandt M J．Water Supply（5th ed）［M］．Oxford：Butterworth-Heinemann，2000．

Study on Water Supply Technology of Urban Water Supply Network

Lin Yingzhi1,2, Zhao Xuemin3, Zhao Zeming4
(1. Key Laboratory of Water Environment of Songliao Basin, Ministry of Education, Jilin University of Architecture; 2. Laboratory of Urban Water Resources and Water Environment Restoration Engineering, Jilin Province; 3. School of Municipal and Environmental Engineering,Jilin University of Architecture, Changchun 130118, China;4. School of Urban Construction and Environmental Engineering, Chongqing 400044, China)

In recent years, many cities in the water company have a water supply pipe network leakage problems. Urban pipe network leakage rate is high, seriously restricting the development of urban economy, but also exacerbated the waste of water resources. People are increasingly concerned about the control of urban pipeline leakage, began to take positive measures to solve the problem of water supply pipe network leakage. The construction of independent metering area (DMA)is an effective method to control the loss of water supply network. In this paper, the DMA method of pipe network leakage is described, the key steps of constructing DMA are analyzed, and the effective strategy of constructing DMA is put forward.

pipe network leakage; DMA; leakage management index; inevitable leakage

TU991.33

A

1008-9500(2017)07-0117-03

2017-05-12

本文系“老舊城區(qū)供水管網(wǎng)水質(zhì)控制及改擴建技術(shù)研究”（項目編號：2012ZX07408001）、“國家水體污染控制與治理科技重大專項”（項目編號：2012ZX07408001）的階段性研究成果。

林英姿（1968-）女，吉林長春人，博士，教授，從事飲用水安全保障技術(shù)及污水處理與資源化技術(shù)研究工作。