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原创论文 | 新行业标准下的供水管网漏损控制实践 摘要:介绍了新行业标准中计量统计范围、水量平衡构成要素、漏损率的国内外对比情况。北京市通过水平衡要素分析漏损控制关键点,结合实际选择以独立计量区（DMA)作为重点的分区计量管理;依托管网G1s系统和水力模型系统调整供水调度方案进行压力优化;逐步更换约246万具智能远传水表;建立用户水量远程监测和分析系统;通过暗漏检测、管网改造等减少了管网破损点。上述措施综合施策,使得北京市市区的漏损率连续20年下降,于2020年降为9.93%。
北京市自来水集团有限责任公司作为该标准的牵头单位,率先依据标准,采取了一系列技术及管理措施,2020年集团和市区漏损率分别达到9.85%和9.93%,实现了漏损率连续20年下降。
漏损控制指标的国内外对比 国外（如澳大利亚、英国等)基本以居民总表为计量主要依据,还有的国家以房屋面积为计量主要依据,而我国以居民分户水表为计量主要依据,因此我国漏损计量统计范围比国外要复杂得多（见图1)。
图1 国内外供水系统计量范围对比
表1我国的水量平衡构成要素
1.3漏损率 评价漏损的指标在各国均不相同,主要为漏损率、漏损指数等,考虑到我国水资源严重短缺的实际国情、节约用水是我国的重要国家战略以及与之前我国漏损率指标保持延续性,标准修订后依然将漏损率作为评定指标。
综合漏损率是管网漏损水量与供水总量的比值。漏损率主要用于评定或考核供水单位或区域的漏损水平,供水单位的漏损率应为综合漏损率减去总修正值,全国或区域的漏损率应为各供水单位漏 损率按供水总量的加权平均值。漏损率评定标准分为22%和20%两个等级。 1.4修正值综合漏损率反映了供水单位的供水效率,这一指标既与技术应用水平、管理精细化程度密切相关,也不可避免地受到供水管网特征的影响和制约,如计量收费点、管线疏密、管网压力、气候条件等。为最大程度减少客观因素影响,科学、公平评定漏损控制水平,新标准从以下4个方面设置了修正值。①居民抄表到户水量修正值R1：自居民抄表到户工作实施以来,计量收费点逐渐从小区入口总表、楼门表向居民分户水表延伸,但各供水单位抄表到户完成情况存在很大差异。对于已实现抄表到户的小区,漏损水量中包含了小区管网漏损。因此,新标准规定了可根据抄表到户水量占供水总量的比例在8%内修正,即R1=0.08×（居民抄表到户水量/供水总量)×100%。 ②单位供水量管长修正值R2：管网漏点数量与管道长度密切相关,在供水量相同时,管网越长,管道连接点越多,漏水概率及漏失水量越大,综合漏损率也会越高。通过对《城市供水统计年鉴》统计数据进行回归分析和公式推导,在新标准中提出了单位供水量管长修正公式,即R2=0.99×（单位供水量管长－0.0693)×100%。为避免个别供水单位修正值过大,在实际计算中,当R2值＞3%时,应取3%；当R2值＜－3%时,应取－3%。 ③年平均出厂压力修正值R3：由于各地对供水服务压力的要求不同,市政直接供水的建筑层数不同,沈阳、上海等部分城市为低压供水,其他城市直接供水到5层或以上。此外,各城镇的自然地形条件不同,山地、丘陵城市的地面高程起伏很大,为了保证管网不利点位置的用户服务压力,水厂出厂及管网压力往往较高。水厂出厂及管网压力增加时,管网漏点的漏水流速及漏水量也会增加。新标准规定,年均出厂压力在0.35 ～0.55、0.55 ～0.75、0.75MPa以上等3个不同区间时,修正值分别为0.5%、2%、2% 。 ④最大冻土深度修正值R4：我国南北气候差异极大,华南等地区气候温暖,管道埋深较小,东北等寒冷地区冻土深度较大,管道埋深也随之大幅增加,导致使用听漏仪等检漏设备难以进行漏点定位。新标准规定,最大冻土深度＞1.4m时,修正值为1%。
北京市漏损控制技术应用实践 新标准中提出了主要的漏损控制技术,包括分区管理、压力调控等。各地区应先进行水量平衡分析,再结合实际选择适宜的漏损控制技术。北京市2019年各类水量构成要素比例为：注册用户用水量占84.78%, 计量损失水量占6.66%, 漏失水量占5.94%,其他损失占2.62%。通过水平衡分析结果,北京市重点从以下5个方面进行漏损控制。 2.1 分区计量漏损控制之所以成为行业难题,主要难点就在于漏损水量的空间分布不明,无法准确判断出哪些区域漏损更严重。分区计量管理的核心目的就是量化漏损的空间分布,由大化小,化整为零,通过流量监测和分析,有针对性地开展漏损的定向控制。即使对于县镇一级管网规模比较小的供水单位,分区计量管理仍然是有效、必要的漏损控制手段 。从目前国内实践情况来看,区域管理分区计量方式的规模相对较大,可以实现漏损管理责任、漏损 控制指标的逐级分解和传导,数据分析主要采用总分表对比方法,以上海(一级分区11个,二级分区36个)、天津(一级分区2个,二级分区10个,三级分区27 个)、广州等城市为代表。这种模式有利于调动人员积极性,组织人力物力解决问题,但不足以准确定位漏损频发的具体位置。而北京由于中心城区管网拓扑关系非常复杂,管线呈环状分布、互联互通的网状结构,且管网漏损大部分发生在管网末端的小口径管线,因此主要以独立计量区(DMA)为重点,推进分区计量管理。截至2020年底,北京市已建设DMA1426处(见图2),DMA区域覆盖用户占集团用户总数的49.8%。制定了DMA建设和运行管理规定、技术标准等,构建了以DMA为核心、覆盖全集团的漏损管控系统。通过智能化的最小夜间流量分析、总分表水量对比分析及问题处置,区域漏损水平显著下降。
图2北京独立计量区(DMA)管理示意
2.2 压力调控 管网运行压力和漏失水量呈正比关系。在保证服务压力的基础上,结合水厂分布、管网特点、用水规律情况,采取分时段减压等方式进行压力控制可有效降低漏损。然而，目前我国大部分供水单位还 主要依靠人工调度,对压力控制重视程度不够,压力 控制的改善空间很大。
北京市主要采取分区调度、区域控压、小区控压 的三级压力控制。
① 分区调度:按照地面高程相近、用水量与水厂能力相匹配的原则,通过调节和关闭边界阀门的方式使水厂供水区域相对独立、分别调度。
② 区域控压:对供水量≥10×104m3/d、相对独立的较大供水区域(区域内部无水厂),在进水口加装压力控制设备,降低区域内部管网压力。
③ 小区控压：对终端居民小区或独立计量区,以 21～25m为控制节点,对小区内管网压力实施精准管控。
通过深入分析不同季节、不同时段用户用水量变化,及时调整供水调度方案,合理降低管网中心控制点及出厂压力,从整体上降低管网漏失水量。建立了DN400以上管网水力模型,压力模拟精度基本达到30kPa以内。积极稳妥地采用基于水力模拟和智能调度算法的运行方案,优化水泵开关组合及 变频泵运行频率,可提高管网压力均匀度,降低出厂入网压力。
同时,依托管网G1s系统和水力模型系统,制定、实施分区分级压力控制方案,逐步完成3个调度区、4个压力控制区和42处压力控制小区建设。市区各水厂平均出厂压力整体呈下降趋势,且管网压力更加均衡,实现了节水、节能的双重目标。与控压前相比,市区各水厂平均出厂压力下降34kPa,年均节水约3000×104m3。 2.3 用户监测建立用户水量远程监测和分析系统的基础是做 好计量表具的选型。表具口径应根据用户最大用水量、最小用水量及水量分布情况进行选择,避免以管径为依据可能导致的表具口径偏大问题。从误差计量曲线（见图3,不同颜色代表不同的样本）可以看 出,当用水量小于始动流量Qs时,水表无计量。用水量在Qs至最小流量Q1之间时,计量误差远超过5%。当水表使用一定年限后,计量稳定性下降,计量水量总体偏少。因此,应优先选用量程比宽、低流速计量性能好的计量表具。在计量表具使用年限过长、稳定性下降后,需要及时进行二次调整。
图3 计量误差曲线
建立用户水量远程监测和分析系统应从非居民大水量用户开始,逐步向居民用户扩展,最终实现所有终端用户水量远程监测的全覆盖。供水单位应根据自身实际情况,对计量表具类型、机电转换技术、远程通信技术等进行比选论证,确保计量准确、传输稳定。同时,要围绕水量时空分布规律、异常数据甄别等内容,开展多维度的数据深度分析,为查找管理短板、降低漏损水量提供支撑。
北京市自2014年以来,从非居民大水量用户开始,逐步建立了用户水量远程监测和分析系统。截至2020年底,已更换智能远传水表约146万具（其中非居民智能远传水表约 1.5万具）,占用户总数的26.5%,覆盖水量占用水总量的55.8%。针对水表检定、信号测试、安装、维修、验收等计量管理的关键环节,完善技术标准、工作流程和管理机制,充实表具维护维修管理人员队伍,保障了智能远传水表数据的上传率和准确率,有效降低了水表计量误差及人为因素导致的水量损失。
2.4 暗漏检测 北京市通过持续开展暗漏检测,充实漏点检测人员队伍,目前专职检漏人员已达到69人,完善了暗漏检测的工作流程和工作机制,建立了DMA数据跟踪分析、漏水噪声记录仪布设监测、人工查找定位互为补充的常态化管理模式,并不断推进卫星探漏等先进技术手段的应用。随着管网破损隐患检出量的增加,管网破损事故持续减少,由2006年的7.5处/d下降至2020年的1.5处/d。
2.5 管网改造 北京市近年来应用球墨铸铁管、不锈钢管等新型管材有序实施管网改造。“十三五”期间,新建改造管网1929km,完成1200个单位（小区）的自备井置换和1225个老旧小区的内部供水管网改造, 管网状况显著改善,有效降低了管网漏失。
新标准实施前后的漏损评价 北京市高度重视管网漏损控制, 围绕漏失水量、计量损失水量和其他损失水量这三项漏损构成要素,近年来先后制定、实施了两期漏损控制三年行动计划,并依托国家水专项等科研课题,不断推进漏损控制技术研究和应用,多措并举开展漏损控制工作。通过多年的实践探索,最终确定了DMA平均夜间最小流量、DMA平均综合漏损率等分类考核指标及计算方法,对管网管理单位、营销管理单位进行单独绩效考核,初步解决了漏损控制责任主体不明确的行业难题。同时,强化漏损控制的监督管理,将漏损率等指标纳入相关单位年度经营目标责任书,并将指标完成情况与承担单位的工资调整挂钩。
通过上述技术管理措施,北京市漏损率连续10年下降,2020年集团和市区漏损率分别达到9.85%和9.93%,按时达到国务院“水十条”要求。北京市区及集团近年漏损指标统计计算分别见表2、3。
表2 北京市区近年漏损指标统计计算
表3北京市自来水集团近年漏损指标统计计算
根据标准编制组在2017年漏损调研情况,在全国640个县级以上城市中,漏损率＜10% 的250个,约占39%：在27个省会及以上城市中,漏损率＜10%的10个,约占37%(见图 4)。可见,漏损控制问题迫在眉睫,近几年各地供水单位都在开展漏损控制技术的应用,以期不断降低漏损率。
图4 全国27个省会及以上城市漏损率统计
结语 ① 2019年局部修订后的《城镇供水管网漏损 控制及评定标准》(CJJ92一2002)为供水单位提供了科学合理的水量要素分析统计方法及漏损控制技术,可有效指导供水单位开展漏损控制,评定指标接轨国际,有利于国际对标分析及评价行业管理水平。②北京市的实践证明了建立科学的漏损控制体系必须从水量平衡分析、采取适宜的漏损控制技术、强化管理评价三方面入手。漏损水量分析为有针对性开展漏损控制技术提供依据,通过持续开展 背景漏失、计量损失的测试评定,强化技术应用和精细化管理,逐步提高漏损控制准确性和有效性。
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