王晶惠， 张昭君， 阮 婷， 孙国胜

(广东粤港供水有限公司，广东深圳518021)

管网分区在城市供水管网漏失控制中的应用

王晶惠， 张昭君， 阮 婷， 孙国胜

(广东粤港供水有限公司，广东深圳518021)

根据国内外供水管网分区管理领域研究现状，结合示范城市CP市管网特点，提出三级分区理论，总结出指导管网分区的三级分区原则。在城市供水管网建模基础上，根据三级分区原则对CP地区供水管网进行了分区，通过管网分区计量与压力控制，实现了降低漏失、节约水资源、优化管理的综合目的。以01分区为例介绍了DMA漏失控制过程及方法，通过区域装表计量发现了漏失区域，对该区实施压力控制后漏失率至少可降低4%～5%。通过各分区漏失控制工作的开展，CP市管网整体产销差10个月下降了6.24%，8个分区每年可节水473.28×104m3。此外，进行管网压力控制后，各DMA分区平均爆管次数明显减少且更趋于稳定，水司管理服务水平得到提高。

管网分区； 分区原则； 压力控制； 管网漏失控制

供水管网漏失在各个城市都普遍存在，不仅成为供水企业的经济问题，还会因管道泄漏或爆管导致居民用水不便，甚至影响城市的正常运作。因此，管网漏失更是一项涉及环境可持续发展、饮用水安全和影响居民健康的潜在问题[1-3]。管网漏失在造成水资源流失并耗费大量能源的同时，也给水质安全带来威胁。但是，在目前以经验管理模式为主的情况下，该问题很难得到有效解决。对此，国内外一些城市的自来水公司开始寻求新型的管理模式，众多研究资料及运营经验表明，实行管网分区管理与压力控制是很好的选择[4]。

1 分区原则

根据国内外供水管网分区原则及分区案例，结合本项目示范城市CP市供水特点，将管网进行三级分区，如图1所示。

图1 管网分区示意Fig.1 Schematic diagram of network partition

管网一级分区应用于多水源管网情况，主要以原有的城市供水自然分界线为基础，各水源形成独立的供水范围。管网二级分区是在一级分区基础上，为均衡输配水管网压力而进行的管网分区，可在压力偏高的二级分区入口处安装减压装置，调节区域内压力，达到降低区域漏失的目的。三级分区是在二级分区基础上划分出更小的区域，以进一步查明各供水区域产销差的差异性，是管网分区管理的精细化体现。

由于不同层级管网分区的管网组成和分区因素不一致，通过分析国内外分区管理案例并结合本项目分区经验，总结出指导管网三级分区的分区原则和分区因素。

1.1 一级分区原则

(1)管网组成：主要为DN800及以上输水管和部分配水管[5]。

(2)适应现状供水(量)格局原则：一级分区时，应考虑到现有水厂、加压站的供水加压能力、管道现状、区域内用水类型等。

(3)考虑远期供水(量)发展原则：在现状分区基础上，应考虑未来管网需水量发展趋势，做好水厂调度预留。

(4)与现状管网相适应的原则：结合现状供水行政区域，分析相邻区域管网的连通性，尽可能少地改变现状管网，减少管网改造费用。

1.2 二级分区原则

(1)管网组成：主要为DN400～DN800输配水管。

(2)地理条件便利原则：考虑利用供水管网范围内的天然屏障或城市建设中形成的人为障碍，如河流、山脉、铁路、主要道路作为分界线。

(3)测流、减压设备便于安装且安装最少的原则：进行二级分区时，尽可能地保证一个入水口，减少流量计的安装；在压力偏高的二级区域，还应考虑分区入口位置，有利于安装减压设备，供电有保障、交通便利。

(4)供水规模均衡的原则：尽可能均衡各二级区域的供水规模，便于供水服务管理。

(5)有效关闭阀门原则：在不影响相邻区域供水的前提下，适当关闭二级分区的边界阀门，保证各二级供水区域的独立性。

1.3 三级分区原则

(1)以用户数或管线长度为依据确定适宜的DMA(District Metering Area，即分区计量区域)大小，尽量不对现有管网进行大规模改造。

(2)结合管理现状并保持管网的完整性，考虑相邻DMA区域的连通性及营业抄表范围，尽可能不改变现有营业抄表范围，并减少不同DMA区域间阀门的关闭及安装，以降低安装费用和压力损失。

(3)尽量确保分区只有唯一的入水口。

(4)选择水力条件最好的管线作为分区的入水口, 保证从该管线进水到达分区末端用户的整体水头损失最小。在选择入水口时还需尽量使大用户位于该分区的管网末端, 以减小水流停滞现象出现。

管网分区应有完整的拓扑结构及水量、水压等相关数据，最好可结合管网建模来进行管网分区。管网建模不仅可以梳理管网拓扑结构，还可以准确地模拟供水管网的实际运行状态，了解管网的压力分布情况和分析管网中压力过高区域，从而有利于合理进行管网二级和三级分区。

2 CP供水区域实例分析

2.1 地区基本情况

项目示范城市为CP地区，该地区的地势在整体上趋于平缓，局部地区地势较高，整个供水区域最大高差在21 m左右，常住人口31.4万，由两座水厂供水，供水管道总长度约为300 km，平均日供水量21.07×104m3，最大日供水量24.89×104m3，趸售用水大用户28个，抄表到户水表数约14 000个。该供水系统配有SCADA系统及GIS系统。根据该水司供水日常调度情况，一般保证自由水头压力达到20 m，个别地区保证达到15 m，即满足供水管网压力需求。

2.2 供水区域总体分区

结合上述分区原则，提出供水管网多种分区比选方案，首先根据供水地区管网布置及用户分布特点进行流量计量管理分区，并根据不同方案下的管网模型计算结果，选择最优的压力管理分区方案，即得到具有降低物理漏失潜力的二级分区方案。然后结合每个分区实际特点，采用穷举法搜索出两座水厂分别供应不同二级分区方案，并从节约能耗与投资成本方面综合比较。最后结合CP城市远期供水的发展，选择出经济合理的一级分区方案。

如图2所示，主要供水区域共分为8个二级分区，分区改造后分区入口大多只有1个，分区最小户数512户，最大户数6068户，分区中最不利点自由水头最小值为24 m，都具有一定的降压潜力，具体情况见表1。同时，为达到节能目的，便于进行两座水厂间的泵组优化调度，图2中标出的为近期第一水厂的供水范围，其余由第二水厂供水。

图2 供水区域分区Fig.2 Partition of water supply area

表1 主要供水区域分区信息

2.3 DMA分区及漏失控制

管网进行一二级分区后，则可开展DMA分区漏失检测与控制工作。首先根据GIS系统管网图完成CP市供水管网DMA规划图纸，然后开展现场踏勘与实验进行核实，主要包括：用户规模及位置、管网管径、管道拓扑连接、阀门位置及开度、管网压力、进出口数目等。由于很多分区有多个入口，因此需应用管网模型对每个可能的分区方案进行最高日最高时运行工况模拟，若分区中需要管网改造或关阀，则考察分区后与分区前最不利点自由水头的变化情况，本项目要求降低幅度不超过5 m。

通过比较模拟方案，可得到切实可行的DMA分区方案，以便下一步开展分区计量与漏失控制工作。开展的工作包括DMA管网改造施工、阀门安装、考核水表安装、流量计量设备、压力控制设备及远传设备的选型、采购及安装调试。

笔者以01区为例对管网DMA分区和压力管理工作进行介绍，该分区管网区域、分区入口、分区最不利点详见图3，分区情况见表2。

图3 01区管网分区Fig.3 Networks partition of District 01

项目描述DN50以上管段数/条609安装远传水表数/块12分区压力监测Logger数/个3管长/km16．5入水口数量、口径1个，DN300入户连接数/户2932主要管道材质镀锌管/UPVC安装考核水表数/块12最高日最大时供水量/(m3·h-1)148最高日供水量/(m3·d-1)2732最高时最不利点自由水头/m26最高时入口自由水头/m40

经现场核实，该分区管网结构较为独立，无需进行管网改造或关阀，模型模拟结果显示，区域内自由水压基本在35 m以上，最不利点为25 m，存在压力富余，详见图4。

结合模型模拟结果，在分区入口安装流量和压力测试设备，在不利点安装压力测试设备，进行实时测量，每15 min记录一个测试数据并上传。同时进行每个独立管理子区域的考核水表及阀门安装工作，以便有针对地进行后续的小区域漏损检测工作。随后开展DMA最小夜间流量分析，统计DMA的产销差水量，分析DMA漏失控制的工作重点。通过实测与分析，01区夜间入口流量Q与最不利点压力P3之间的关系，如图5所示。

图4 01分区前后自由水压分布情况Fig.4 Distributions of free water pressure before and after partition of District 01

图5 阀夜间入口流量与最不利点压力关系Fig.5 Relationships between pressures of the worst adverse point and in-flux of valve at night

确定该分区管网漏损量与压力调整的关系后，开展DMA的压力控制工作，通过安装减压阀、控制器等设备，实施DMA的压力控制工作。通过分析01区压力流量监测数据，制定出压力控制策略，分析制控前后的该区域压力变化如图6所示。

由图5、图6可知，控制分区入口压力，凌晨(1:00—6:00)流量降低了7.2 m3/h，富余压力降低了0.10 MPa，按该区可接受最低自由水头进行计算，01区漏失率可在现有基础上至少降低4%～5%。

图6 实施压力控制策略前后对比 Fig.6 Comparison before and after pressure control

2.4 总体效果

项目实施以来，将各分区化繁为简、分大为小，逐个开展每个小区域中管网漏损检测工作。通过分区计量管理与压力控制，CP管网漏损在两年内从20.77%下降到12%以下，按此平均效果计算，年节约水量473.28×104m3。在开展漏失控制的过程中，两个水厂的送水泵房出厂压力还得到了优化，整体供水能耗下降，同时改善了公司水表计量、管网压力流量在线监测等，形成了较为科学合理的分区管理制度。

此外，由于CP城市部分管网区域富余压力较高，每月爆管次数及用户投诉较多。通过分析自来水公司爆管历史记录，总结管网压力与爆管频率关系，分区压力控制后平均爆管次数减少50%。

3 结论

CP城市管网漏失控制研究及应用实例表明，三级管网分区对降低管网产销差率、DMA漏失区域评估、主动检漏与查漏、合理调配管网压力具有重要的

实际意义。通过管网分区工作的开展，减少了管网漏失，节约了水资源，提高了管理服务水平。三级分区理论的应用，为城市管网的漏失问题提供了一个行之有效的解决方案。

[1] Puust R, Kapelan Z, Savic D A,etal. A review of methods for leakage management in pipe networks[J]. Urban Water Journal，2010,7(S1):25-45.

[2] Hiroki S, Tanzawa S, Arai T,etal. Development of water leak detection method in fusion reactors using water-soluble gas [J]. Fusion Engineering and Design,2008,83(1):72-78.

[3] 杨宗森. 基于慢变流理论的给水管网漏失模拟研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工业大学,2011.

[5] 刘俊，孙佳，俞国平.分区供水技术在漏损控制中的研究现状与进展[J].中国给水排水，2010, 26(16):7-10.

Application of partition on leakage control in urban water supply network

Wang Jinghui, Zhang Zhaojun, Ruan Ting, Sun Guosheng

(GuangdongYuegangWaterSupplyCo.,Ltd.,Shenzhen518021,China)

According to the current situation of domestic and foreign water distribution network management, combined with the characteristics of the model city CP, the three-level partition theory was put forward, and the principle of the three-level partition was summarized. Based on micro-hydraulic model of urban water supply network, with the principle of the three-level partition, the water supply network in CP area was partitioned. Through the network partition measurement and pressure control, thereby the comprehensive objective of leakage reduction, water resources conservation and optimization management could be realized. The leakage area was discovered through the measurement of district fixing water meters, and the leakage loss rate could be reduced by 4% to 5% at least, after pressure control was implemented in the area. Through carrying out of the leakage control work in the partitions, difference ratio dropped 6.24% in ten months. Eight partitions could save 4.7328 million tons of water per year. In addition, the average pipe burst could be significantly reduced and could be more stable through the network pressure control. The level of service and management could be improved.

network partition; partition principle; pressure control; leakage control

TU991.33

B

1673-9353(2016)06-0029-05

10.3969/j.issn.1673-9353.2016.06.008

王晶惠(1984- )， 女， 工程师， 主要研究方向为城市供水节能降漏。E⁃mail：clarewjh@163．com

2016-08-31