點-線-網-智慧 供水管網漏損控制這樣做
以N市為例，對供水管網漏損現狀進行分析，漏失水量在漏損水量中占比為64.3%，計量損失水量占比為0.1%，其他損失水量占比為35.6%，漏損水量主要集中于漏失水量及其他損失水量。從點-線-網-智慧四個維度出發對N市供水管網漏損系統化控制措施進行研究。對于漏失水量，首先對供水管網資料進行收集，通過分析供水管網數據，從點的方面出發，采取調控壓力、優化壓力監測點的措施；從線的方面出發，采取管道更新的措施；從網的方面出發，采取劃分DMA計量分區、計量網絡搭建的措施；從智慧的方面出發，采取建設智慧管網體系的措施。對于其他損失水量，采取加大監管、稽查力度，完善管理控制措施對偷盜水量及管理因素導致的漏損水量進行控制。
供水管網漏損是每個國家都存在的問題。2015年國務院通過了“水十條”，將公共供水管網漏損率控制目標分成了兩級：一級為公共供水管網漏損率控制在10%以內，二級為公共供水管網漏損率控制在12%以內。為加強公共供水管網漏損控制、提高水資源利用率，住房和城鄉建設部辦公廳、國家發展改革委辦公廳于2022年1月19日印發了《關于加強公共供水管網漏損控制的通知》，其中對全國城市公共供水管網漏損率提出了新要求：到2025年，城市公共供水管網漏損率達到漏損控制及評定標準確定的一級評定標準的地區，進一步降低漏損率；未達到一級評定標準的地區，將漏損率控制到10%以內。
目前，國內外對供水管網漏損的研究集中于對檢漏方法、漏損水量的確定、漏損原因、智慧供水管網漏損控制等方面。現國內外在供水管網漏損研究中對系統化控制措施的研究較少，本文以N市為例，通過點-線-網-智慧四個維度對N市的漏損系統化控制措施進行研究，對供水管網漏損控制的措施提出建議，為其他城市的供水管網漏損系統化控制提供借鑒思路。
點-線-網-智慧指的是從點線面體四個維度出發，對供水管網漏損控制措施進行研究。點的方面是從供水管網壓力點出發，對壓力進行分析調控并優化壓力；線的方面是從供水管線出發，對供水管線的材質、管徑、管齡等要素進行分析，得出需要改造更新的管線；網的方面是從供水管網計量分區出發，實現快速及時的發現供水管網漏損點，確定漏損點的具體位置；智慧的方面是從智慧管網出發，實現對點-線-網三個方面的綜合，進行數據的監控。
01 N市主城區漏損現狀
2021年，N市城市公共供水總量59877.99萬m3，注冊用戶用水量53359.24萬m3，其中注冊用戶計費用水量50152.32萬m3。2021年城市供水管網綜合漏損率10.89%。漏損率反映了供水單位的供水效率，這一指標既與技術應用水平、管理精細化程度密切相關，也不可避免地受到供水管網特征的影響和制約。為最大程度減少客觀因素影響，科學、公平評定漏損控制水平，本文從居民抄表到戶水量、單位供水量管長、年平均出廠壓力以及最大凍土深度四個方面設置了修正值，對N市漏損率進行修正值計算。結果顯示漏損率標準修正值1.20%，經過計算修正后的供水管網漏損率為10.89%-1.20%=9.69%。
經過修正后的漏損率已經達到一級評定標準，根據供水管網漏損率控制新要求，需要進一步降低漏損率，結合N市漏損水量現狀，采取相應的控制措施，有效降低漏損率。對未達到一級評定標準的城市以及達到一級評定標準需要進一步降低漏損率的城市提供借鑒。
02 N市主城區漏損系統化控制措施
通過對N市主城區漏損現狀進行分析，對漏損原因進行細化，采取點-線-網-智慧四個維度的措施進行控制，對預期效果進行評估。
2.1 漏損原因分析
參考《城鎮供水管網漏損控制及評定標準》（CJJ 92-2016）中的水量平衡表，對N市漏損水量進行統計及計算可得表1。
根據2021年N市水量平衡分析表繪制2021年N市漏損水量構成圖，如圖1所示。
根據2021年N市漏損水量構成圖中可以明顯看出，明漏水量、暗漏水量以及背景漏失水量在漏損水量中占有較大的比例，占有64.3%的比例，偷盜水量及未注冊用水和用戶拒查等管理因素導致的損失水量占有35.6%的比例，表具誤差損失水量僅占0.1%的比例，對N市來說，控制漏損的工作重點在漏失水量的控制以及其他損失水量上。
2.2 漏失水量控制措施
2.2.1 供水管網壓力點
N市中心城區為狹長地形，水廠主要分布在城市西邊，供水模式由西往東經長距離輸送，供水線路較長。同時，N位于丘陵地帶，城區內各區域地勢相差較大，用水點所需供水服務壓力存在較大差異性。既有的現狀管網材質老舊、管徑偏小，管網水頭損失普遍較大，現狀管網用水點壓力逐年下降，隨著中心區改造實施帶來的人口增加和用水量的提升，存在高峰期水量供應不足和高層戶表水壓不足的問題。
壓力調控即在保證用戶正常用水的前提下降低管網的富裕壓力，可大大降低管網由于壓力過高造成漏失的頻率。
選取N市2020年全市用水量最高日9月15日的壓力數據作為典型日數據，各時刻管網平均壓力變化見圖2。管網的用水壓力隨用水量有明顯的晝夜變化，并且有早晚用水高峰，以9月15日凌晨用水量趨于穩定，壓力維持在較高值，4：00平均壓力最高為34.6mH2O，隨著管網用水量增多，壓力逐漸下降，22：00管網平均壓力最低為18.7mH2O。
首先對N市進行供水管網壓力區域分級。根據《城鎮供水服務》（CJ/T 316），供水管網末梢壓力不應低于14 mH2O。根據《城市給水工程規劃規范》（GB 50282-2016），有條件的城市可適當提高供水水壓，滿足用戶接管點處服務水頭28 mH2O的要求，相當于將水送至6層住宅所需的最小水頭，以保證六層住宅由城市水廠直接供水或由管網中加壓泵站加壓供水，從而多層住宅建筑屋頂上可不設置水箱，降低水質污染的風險。因此，將N市壓力調控分為4個等級：14mH2O以下、14~28mH2O、28~55mH2O、55mH2O以上。
圖3及圖4為最高壓時段以及最低壓時段即凌晨4：00以及夜晚22：00壓力調控前水利模擬結果圖。由圖可知，凌晨4：00進行壓力調控前中心部分的管網壓力點大部分都小于14mH2O，并且在其他區域存在55mH2O以上的高壓區域。夜晚22：00進行壓力調控前壓力較多區域的管網壓力點都小于14mH2O，并且也存在55mH2O以上的高壓區域。
通過合理布局區域集中調蓄加壓設施、更新壓力不足小區的增壓設施，使N市主城區供水管網整體壓力穩定在14~55mH2O，消除了低于14mH2O的壓力不足區域和供水服務壓力在55mH2O以上的過高壓力區。此外，還可以通過閑時降壓的措施對高壓力區進行降壓。在凌晨1:00~6:00對加壓泵站壓力進行主動下調，降低出站壓力，減少出站流量，降低區域漏損。新建擴建集中調蓄加壓設施分布如圖5所示。
圖6及圖7為最高壓時段以及最低壓時段即凌晨4：00以及夜晚22：00壓力調控后水利模擬結果圖。由圖可知。凌晨4：00經過壓力調控后，壓力小于14mH2O的壓力點均提升到了14mH2O以上，55mH2O以上的高壓區域全部調整到了55mH2O以下，14~28mH2O的壓力點占少數，28~55mH2O的壓力點占大多數。夜晚22：00經過壓力調控后，壓力小于14mH2O的壓力點均提升到了14mH2O以上，55mH2O以上的高壓區域全部調整到了55mH2O以下，14~28mH2O的壓力點與28~55mH2O的壓力點各占一半。
同時，各城市逐步在供水管網中增加了壓力監測點，但由于初期設立監測點時往往依據經驗設置，隨著城市的飛速發展、管網的改造和擴建，以及壓力監測數據上傳的有效性和實時性不能保證，原有壓力監測點的數據已無法滿足供水調度的需求。優化壓力監測點布置是非常重要的。
目前，N市主城區供水管網共有78處測壓點，測壓點日均壓力值為0.28MPa，說明測壓點布置以監測干管供水壓力為主，缺少對壓力不足的支管、小區的壓力監測。
從完整監測供水管網運行壓力、保障供水安全、降低管道漏損的角度，管線中布置測壓點越多則效果越好，從經濟角度考慮，須選擇關鍵代表性位置布置測壓點，并盡可能充分利用現有資源、避免重復建設。
建議N市新增主城區供水管網大用戶用水點、管網水力最不利點、控制點、以及大管段交叉處的壓力監測點，依托供水管網計量分區，逐步實現對每個一級、二級、DMA分區的流量計量與壓力監測。
2.2.2 供水管線
隨著城市人口數量的增多，過去鋪設的供水管網存在著管材落后，管徑偏小，管齡較大的問題。為減少供水管道漏失水量，需要對現狀管網進行供水管道更新改造。
N市現狀DN75以上供水管道總長4893.2 km，供水管道管材種類較多，主要包括PE管、普通鑄鐵、鋼管、水泥管、球墨鑄鐵管，占全部管道總長96%以上，其中，PE管最多，占比為26.3%，普通鑄鐵管次之，占比22.4%;鋼管、水泥管、球墨鑄鐵管占比分別為19.99%、15%、13.2%。
管材種類繁多會帶來不同管材銜接以及匹配的問題，導致漏損現象產生。在城市供水管道早期建設中，對鑄鐵管道接口的設計大部分為硬性接口，接口形式以鉛麻接口或水泥和麻接口等為主，容易出現漏水問題；后采用石棉水泥或膨脹水泥等形式作為管道接口，這些形式的接口剛性和握固力較好，但是容易收到外界環境影響發生斷裂。而橡膠圈形式的柔性接口可以降低溫差的影響，使得不均勻的沉降問題得到解決，預防出現外界溫差影響的橫向斷裂，具有較強的安全性和穩定性，降低了供水管道接口處漏損出現的可能性。
N市供水管道管徑分布如表2所示，管徑在DN75~400的管道占比約80%，DN400以上的管徑占比約20%。存在管徑普遍偏小的問題。管網管徑偏小會導致管網水頭損失變大，節點壓力下降等問題。
N市供水管道管齡分布如圖8所示，在所有供水管道中，管齡大于50年的管道總長達68.37 km，約占DN75以上供水管道總長的1.39%，主要分布于城市現狀建成區的中心區域。管齡過大的管道更容易產生破損及斷裂，產生漏損現象。
綜合管齡、管徑及管材3個因素的考慮，對50年以上管齡的供水管道以及管齡在20年以上的管徑較小、實際狀況較差、管材落后的管道進行管道改造。管道改造的方式主要從管材、管徑進行改造。管材方面可以擴大球墨鑄鐵管以及塑料管的使用面積，管道接口采用柔性接口；對供水管道中管徑較小的管道進行管徑的增大。
在進行管道更新的同時，加強應急搶修以及日常巡檢工作。
搶修人員配備交通工具和先進的搶修設備,實行24 h值班制,并采取分區域、分口徑管理的搶修管理模式,提高搶修反應能力和搶修速度;對搶修人員實施以搶修數量、速率、質量等為主要內容的定量考核計酬辦法，提高搶修人員的工作積極性。制訂和完善管網搶修預案,并組織開展實戰演練,提高了對各類突發事件的應急處理能力；強化搶修隊伍對供水管網設施的巡檢、維護和保養。
2.2.3 供水管網計量分區
根據2021年N市修復暗漏漏損點統計表，從報漏時間到確定漏點所花費的平均時間超過24h，有的漏損點超過96h才能確定漏損點位置，效率較低。需要進行分區計量工作，及時發現片區水量異常，加快相關信息的傳遞，為下一步應急搶修工作的開展節省時間。
根據《城鎮供水管網漏損控制及評定標準》(CJJ 92-2016,2018年版)中對供水管網分區管理的規定，對N市供水管網實施分區計量。對進入每個區域的流量持續監測，明晰漏損的主要組分與漏控目標，及時確定漏損位置，計量分區劃分依據與方式如表3所示。
分區計量管理有兩種基本實施路線：由最高一級分區到最低一級分區（或DMA）逐級細化的實施路線，即自上而下的分區路線。由最低一級分區（或DMA）到最高一級分區逐級外擴的實施路線，即自下而上的分區路線。自上而下和自下而上的分區路線各有優勢，互為補充。供水單位可根據供水格局、供水管網特征、運行狀態、漏損控制現狀、管理機制等實際情況合理選擇，也可以根據具體情況采用兩者相結合的路線。
根據N市主城區供水格局現狀結合計量分區劃分原則，將計量分區級別劃分為三級，一級分區共9個，二級分區共92個，DMA分區共455個。分區計量管理實施方式采取自上而下的分區路線，由最高一級分區到DMA分區逐級細化進行實施。N市一級與二級計量分區分布如圖9所示。
在分區計量建設實施方面，總體上按照從主城區中心逐步向外圍輻射的方式開展。同時，選擇優先在漏損相對集中的區域開展。N市計量分區建設順序為A、BF、C-D、E、G-H、J。DMA分區計量分布如圖10所示。
實施DMA分區計量可以對區域內用水量、瞬時流量、最小流量進行詳細準確的計量，便于進行用水量預測和經濟評價；通過DMA加裝壓力調節裝置，調節入口壓力，實施壓力管理；根據最小夜間流量變化曲線可以快速發現新發生的管道漏損，縮小漏損點定位查找區域，輔助漏損點定位；確定不同區域的漏損程度，識別最大可能漏損區域，從漏損排查與漏損控制維護成本比較的角度，科學指導確定重點漏損監測控制區域。
根據N市供水特點、管網拓撲結構、用戶集聚等因素，通過在主要供水主干管網上安裝電磁流量計，在減少測量誤差的情況下，對各分區流量進行實時監測。為精確測量進出一級、二級計量分區的流量，在供水管線與一級、二級計量分區邊界的交叉處安裝電磁流量計。
對DMA分區內的小區進行“一戶一表”改造，傳統的水費抄收方式主要是參照院落里的總表或是樓房單元進行計算，每個分表是由居民自己記錄并結算，這種方式存在比較明顯的弊端：水司以總表為抄收結算依據，而用戶各室內分表與總表之間往往有很大的計量誤差，在一定程度上會帶來糾紛與矛盾隱患；總表管道的產權不明確，如果遇到爆管，不及時維修必然會造成大量水資源的浪費，而費用的追繳與責任的劃分較為困難。完善表務管理功能，建立單獨的表務系統，實現對水表的全生命周期管理，進行“一戶一表”工程的改造，十分有必要性。水表的選擇在符合標準參數的情況下，著重考慮安裝的便利性、施工的安全性及經濟投入最小化，是否具有遠傳功能等。
2.2.4 智慧管網
供水管網系統是城市基礎設施的一部分，智慧城市的建設離不開智慧管網的建設。供水管網要達到智慧的狀態，需要實時掌握供水管網系統中設備的運行情況和水力狀態信息，然后，立即做出相應的決策方案。N市利用ArcGIS技術，構建了一套供水管網GIS管理及運行調度系統。
供水智能化系統主要功能包括生產運行數據實時監測、分區計量管理、SCADA生產調度管理、設備管理、報表統計、外勤管理等功能。
對于壓力方面，供水智能化系統具備水力計算模型，能夠以分析圖的形式實時反映管網中壓力、流量、流速、供水分界線等運行現狀，可以對不同時刻之間能夠進行對比分析，展示發生變化的信息，針對供水能力不足或事故受影響區域進行統計展示。
對于管線方面，供水智能化系統的管線數據依據三種模式進行更新。工程測量人員在管道覆土前可以通過現場數據采集及實時上傳；搶維修測量人員攜帶智能化測量裝備進行現場施工過程中，若觀測到現狀管網數據發現變化，對管道數據進行重新采集，并上傳更新；外勤人員上報了數據錯誤至GIS系統時，內業人員在GIS系統進行初步審核，對于需現場核查的數據，測量人員對現場進行錯誤GIS數據勘查和復測，復測完成的數據可上傳至后臺GIS系統中。
對于分區計量方面，供水智能化系統可以通過瞬時流量進行計算，展示分區內每天的最小流量和對應壓力，推斷漏損位置，通過對分區內今日供水量和前4天供水量對比，并對水量趨勢規律進行分析，可以查找供水管網內存在的問題，通過對分區的進水表、出水表、大用戶的水量疊加分析，逐條排除各個影響元素，可以找到漏損準確位置，通過對每個分區的漏損率排名分析，可以鎖定漏損嚴重的分區，并進行重點監控和改造，降低漏損率。
2.3 其他損失水量控制措施
2.3.1 偷盜水量控制
根據N市數據統計顯示，N市偷盜水量為807.74萬m3，在總漏損水量中占比11%左右，同樣也是需要重點控制的部分。
普通居民通過計量儀表盜水，企、事業單位及洗浴、餐飲業等通過破壞供水管道、動用公共消防用水的情況比較嚴重。具體包括四種主要行為：擅自在城市供水管道上連接水管用水的；故意損毀用水計量裝置，致使用水計量不準確或者失效而用水的；非消防需要擅自開啟消防栓用水的；采用其他方式盜用城市供水的，控制措施見表4。
2.3.2 管理措施完善
根據N市數據統計顯示，N市未注冊用水和用戶拒查等管理因素導致的損失水量為2611.08萬m3，在總漏損水量中占比24.6%左右，同樣也是需要重點控制的部分。
對于綠化用水，可通過以下管理措施控制水量：綠地實行分級管理，在綠地的管理上可根據當地水資源供需狀況將城市綠地分為不同等級的綠地，并相應采用相應等級的養護標準，實現綠地節約用水管理科學化精細化；設置公共取水點，實施市政市容綠化用水定點取水計量收費，供水企業和市容綠化用水單位簽訂供水合同，并向用水單位統一發放取水IC卡，需要用水時，工作人員到取水點刷卡取水即可。
對于未注冊用水及用戶拒查水表導致的水量損失。通過推進“一戶一表”改造，避免水量損失。傳統的水費抄收方式存在許多弊端：總表和分表之間存在著較大的計量誤差；其二，相關工作人員入戶進行水表的抄錄工作，必然會給社會帶來負擔，也給居民的日常生活造成不便，隨之而來的治安問題也非常棘手；其三，總表管道產權不夠清楚，如果發生爆管，維修不及時必然浪費大量水資源，而責任的劃分和費用的追繳必然是難上加難。推進“一戶一表”改造工程，有以下優點：不再干擾居民日常生活；漏損現象極大緩解；限制用戶偷水、抗費；計量準確、水壓穩定。
同時，還需要加大宣傳力度，讓人們意識到依法用水的重要性。通過設立宣傳咨詢臺、懸掛橫幅、擺放知識展板、發放宣傳手冊等途徑向廣大市民宣傳N市水資源現狀、以及合法用水的意義。
2.4 預期效果
供水管網供水壓力在滿足用戶需求同時，實現管網壓力時空相對均衡；完善更新公共供水管網，新建供水管網嚴格按照標準和規范規劃建設，消除管齡50年以上的供水管道；實現主城區供水管網分區計量全覆蓋，完成一級、二級計量分區建設，結合主城區內老舊小區改造、城市更新及新區建設，逐步實現主城區全域DMA分區計量，力爭在1 h內發現并鎖定具體漏點位置；智慧管網建設可實現實時監測水力狀態，快速發現漏損位置。
通過完善防偷盜政策以及管理政策，對其他損失水量進行控制。
N市主城區通過統籌實施漏失水量控制措施以及其他損失水量控制措施，預計2025年可實現公共供水管網漏損率不高于7%的目標。
03 結 論
本文以N市為例，從點-線-網-智慧四個維度出發，對供水管網漏損系統化控制措施進行研究。得出的結論如下：
（1）基于水量平衡分析表對N市供水管網漏損現狀進行分析。明漏水量、暗漏水量以及背景漏失水量在漏損水量中占有64.3%的比例，偷盜水量及未注冊用水和用戶拒查等管理因素導致的損失水量占有35.6%的比例，計量損失水量占0.1%的比例，對N市來說，控制漏損的工作重點在漏失水量的控制以及其他損失水量上。
（2）通過采取點-線-網-智慧四個維度的措施控制漏損水量。采取壓力調控以及壓力監測點優化的措施，對壓力過大、過小的壓力點進行調整，并優化監測位置，提高準確性和及時性。采取管道更新的措施，對管齡較大、管徑較小、管材落后的管道進行管道更新，并采用柔性接口。采取DMA計量分區劃分及計量網絡搭建的措施，對分區水量進行監測，快速發現漏損點。
（3）通過對供水管網漏損系統化控制措施進行研究。對于漏損率已經達到一級評定標準的城市，可參照點-線-網-智慧四個方面的措施進行補充，進一步降低漏損率。對于漏損率未達到一級評定標準的城市，可優先采取點和線方面的措施，然后再采取網和智慧方面的措施降低漏損率。
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