供水管網漏損優化管控技術體系研究與應用

供水管網漏損是國內外供水行業面臨的普遍問題，管網漏損不僅浪費了大量的優質水資源，還可能會帶來爆管、二次污染等次生災害，威脅供水安全。因此，控制管網漏損是提高供水管網運行效率、保障供水安全的重要措施。根據對我國《城市供水統計年鑒》有效數據的分析，我國供水管網漏損率自2008年到2015年由18.72%逐步降低到了16.75%。2015年國務院發布的“水污染防治行動計劃”（簡稱“水十條”）規定，到2020年全國公共供水管網漏損率應控制在10%以內。可以看出，我國的管網漏損現狀距離“水十條”的要求還有較大差距。

管網漏損之所以久攻不下，其主要難點在于：一、在技術上，漏損難以準確評估、監測、控制，導致難以制定科學的、優化的控制措施；二、在管理上，漏損構成復雜、涉及部門多，難以準確量化分解，導致難以制定相關的考核管理措施。技術上和管理上的難點交織在一起，常使供水單位感覺無從下手，漏損管控效率較低。

針對上述問題，在“水專項”（2012ZX07408-002；2017ZX07108-002）、國家自然科學基金（51309216）、北京市自來水集團橫向課題等的連續支持下，中國科學院生態環境研究中心主要從管網漏損科學評估、高效監測、優化控制技術等方面研究管網漏損控制技術，以技術進步推動管理創新，促進供水單位漏損控制效率的提高。取得的主要創新成果如下：

（1）管網破損預測模型。管網破損是導致漏損的根本原因，而管網破損與什么因素有關？是什么關系？這是我們首先要回答的問題。我們通過分析管網歷史破損記錄，建立了基于管網基礎屬性（包含管材、管齡、管徑等）和運行壓力的管網破損預測模型，這樣我們就可以知道哪些管道破損可能性較高，從而可以有針對性地，而不用“地毯式”地，去檢測漏損，顯然提高了效率。

（2）管網漏損高效預警技術。管網分區計量是目前進行管網漏損評估、監測和控制的一項重要技術手段，它將管網“化整為零”，從而實現對漏損“各個擊破”。其實質是捕捉分區流量的異常變化，進而判斷是否漏損。但難點是，流量怎么變化才算是異常？異常到什么程度才應給出預警信息？實際應用中往往是因為這兩個問題未得到科學回答而導致漏損預警的誤判、漏判較多。針對第一個問題，我們開發了基于DMA日均流量與最小夜間流量（凌晨大部分人不用水時的最低流量）變化同步性的流量異常判斷方法，提高了判斷準確率；針對第二個問題，我們通過分析聽音檢漏法（管網漏損的最終定位主要還是依賴于這種方法）檢出的管網漏損的流量分布情況，確定了其檢測能力，進而將其作為DMA流量異常的預警閾值。這樣，就實現了管網漏損點流量和位置的雙重判斷，提高了檢漏能力和效率。目前，該方法已經用于北京市供水管網700余個DMA的漏損預警和檢測方案制定。

（3）管網漏損優化控制策略。在管網漏損控制策略方面，供水單位面臨的兩個主要問題是：一、不明確一個區域（如DMA）所能降到的最低漏損水平；二、不清楚采用什么措施可以使其降到最低漏損水平。應該為不同的區域開出不同的“處方”，對癥下藥。為此，我們選取典型DMA，對其充分檢漏，將此時的漏損水平（以最小夜間流量表征）作為其可以降到的最低漏損水平。由于該最低漏損水平對任意一個DMA來說是獨一無二的，我們將其定義為“DMA漏損特征值”（LMNF）。然后將LMNF與DMA的屬性（管長、管材、管徑、管齡、壓力、用戶數等）進行了關聯，建立了LMNF計算模型，該模型的擬合效果較好，如下圖左圖所示。利用該模型計算在一定的措施下（如檢漏修漏、管材更換、管道更新、壓力控制等）DMA可達到的最低漏損水平，并與其現狀對比，就可以估算出不同漏損控制措施所取得的經濟效益，進而通過成本效益分析，得到最優的漏損控制策略，如下圖右圖所示。基于該方法，已經針對北京700余個DMA制定了優化的漏損控制方案，實現了漏損控制的“一區一策”。

（4）管網壓力綜合調控技術。管網壓力調控是控制管網漏損最有效的手段之一，壓力只要一降低，漏損點的漏水速率就會立刻降低。但是我國管網體量龐大、結構復雜，壓力調控的實施難度很大。我們提出一種三級壓力調控方法，第一級為水廠泵站調節，通過將管網適當分區，使每個水廠的供水范圍相對固定，進而優化泵站的運行，實現管網壓力總體上的調控；第二級為管網局部的壓力控制，在管網局部高壓區，通過減壓設備實現管網局部壓力的精細化控制；第三級為二次供水水箱進水的優化調節，充分利用好水箱的調蓄作用，使其起到“削峰填谷”的作用，通過調控管網流量來調控壓力。該方法將壓力直接調控與通過調節流量的間接調控相結合，形成了一種更高效的管網壓力全局調控技術，拓寬了管網壓力管理的思路。

上述成果主要在北京進行了大規模應用，取得了顯著的節水效果。同時，通過技術應用，促進了其漏損管理機制的改革，顯著提高了其漏損管理的效率、經濟有效性。在北京市自來水集團的持續投入和本研究成果的技術支持下，北京市區管網漏損率實現了自2010年到2017年由18.48%降低到了15.18%的效果，年節水量3000余萬立方米。

此外，研究成果還支撐了國家行業標準《城鎮供水管網漏損控制及評定標準》（CJJ92-2016）的修訂和住建部工作指南《城鎮供水管網分區計量管理工作指南-供水管網漏損管控體系構建（試行）》的編制，為全國漏損管理提供了技術參考。