管网漏损率定义为漏损水量与供水总量之比, 漏损水量由漏失水量、计量损失水量和其他损失水量组成。减少管网的漏失水量是降低管网漏损率的关键性措施。漏失水量包括管网明漏、暗漏、背景漏失、水箱及水池溢流与渗漏水量。管网压力与漏失水量呈指数变化关系, 因此引入压力管理是减少漏失水量关键的工作策略^[1]。

　　 管网漏失水量是管网压力的函数, 国际上通用的压力与漏失水量的关系模型为:

　　 式中L_j———某时刻的漏失水量, m³;

　　 P_j———某时刻的管网压力值, MPa;

　　 N———指数。

　　 漏失水量随着压力变大而变大, 不同管道材质的漏失水量与压力的相关性与指数N有关。N值的范围为0.5~2.5, 平均值为1.15, 接近线性关系 (见图1) 。对于不同材料的管道, N值不同。一般认为:非金属管道系统, N取1.25~1.75;金属管道系统, 当漏失量较小时, N值一般取1.0~1.5;当漏失量较大时 (即明漏或爆管) , N值一般取0.5~1.0。

　　 供水系统设计时通常考虑的是最不利因素, 最不利点的理论最小压力需求, 因此在实际管理中经常出现供水压力浪费的现象, 故存在很大的压力优化的空间。压力管理是系统优化中最为基本也是最有成本效益的一种优化形式, 其投资回报率较为可观。

　　 (1) 通过降低供水管网的压力, 可直接减少管网的漏失水量, 降低管网系统发生破管的频率, 延长管道的使用年限。

　　 (2) 通过降低供水管网的压力, 从而降低用户终端水头, 减少跑冒滴漏, 减少计量损失。

　　 (3) 通过压力管理实现有效的配水。通过阀门控制、减压装置、稳压措施等方式的压力调节可使供水系统的压力保持平衡, 管网水尽量流至高程较高的区域。

　　 (4) 安装减压、稳压装置可有效减少阀门启闭过程中带来的水锤波动影响。

　　 (5) 减少管网系统的压力, 通过合理的配置水厂水泵机组, 可实现优化调度和节能降耗。

　　 (1) 实施压力管理前应对水厂分布、管网特点、管理要求等信息进行较全面的了解。

　　 (2) 满足供水服务压力标准。

　　 (3) 保证消防流量。

　　 (4) 有效应对用户投诉。压力调整可能会导致个别用户用水习惯改变, 出现因压力变大或变小的用水不舒适现象。实施压力调整过程中服务人员在保证用户用水的前提下, 应有合理的解决方案应对用户的质疑, 增加用户的用水满意度。

　　 (5) 及时处理压力调整过程中的水质变化。

　　 某开发区, 半岛形山丘地势, 中南部最高, 四周略低, 最高处黄海高程30m, 最低处黄海高程5m, 高低落差大。水厂设置在高程14m西北处的唯一水源。区域以工业开发区、文教区、农村地区组成, 其中工业开发区、文教区为新建管道, 采用球墨管材、PE管材, 最大管径DN1 200, 管道呈环状;农村地区管道为较早建设的塑料、镀锌管材, 以支状分布。均供水量约8万m³, DN100及以上管道长度320km, 水表约3万只, 区域主要由农业示范区、工业区、文教区、居民区组成。该区域通过常年的压力管理控制, 爆管频率较低, 管网维护管理费用节省, 投入的人员、设备等资源较少, 漏损率长期保持在5%左右。

　　 将管网节点流量、管道管径、管道摩擦系数、地理高程数据导入, 建立夜间最小流量时的管网微观模型;数据校核, 再次管网平差计算, 绘制等压线 (见图2) , 等压线三维视图 (见图3) 。图2中带箭头的线为简化后的管道;箭头表示为水流方向;不规则的曲线为等压线, 线上的数值为相对水压;带数字的点为节点;图2中1#、2#、3#、4#区域为高压区, 等压线间隙小, 坡度较大;5#、6#、7#、8#区域为低压区, 等压线间隙大, 坡度平缓。图3中呈“凸”起的区域为高压区。

　　 将等压线图与管理分区图合并 (见图4) , 将该区域分为8个区域。可以发现, 在夜间小流量的时, A、B、C、F区域的压力偏高, 造成一定的压力浪费, 增加管网漏失的概率, 建议采用压力调控措施;D、E、G、H区域夜间最小水压较合理, 暂时不考虑减压方案。建议方案如下:

　　 (1) A区的西边区域 (1#) , 该区域仅为绿化、施工用水, 用户少, 基本为白天用水, 用水量小, 可以降低压力供水。且工业用户多为进水池用水二次供水, 可以通过阀门调整, 减少高压区的范围, 保证最不利点 (中部、东北角) 的最低压力为0.28 MPa左右即可。

　　 (2) B区的中部有局部区域 (2#) 压力偏高, 该区域为农村, 村庄内地势较为平坦, 基本为3层楼房, 无大型的用水企业, 可降低压力供水。

　　 (3) C区东部有一段支管供水区域 (3#) 压力偏高, 该区域为农村, 村庄内地势较为平坦, 基本为3层楼房, 无大型的用水企业, 可降低压力供水。

　　 (4) F区地势起伏大, 中间低, 末端高, 为保证末端的供水压力, 中间区域 (4#) 供水压力偏高, 对用水点加装减压阀, 降低压力供水。

　　 (1) 工程施工。 (1) 调整A区主管阀门2个, B区进村支管阀门1个。阀门调整过程为避免水锤过大、水质变化, 转动过程要求缓慢, 调整周期为3天, 逐渐调整, 每日观察数据变化, 收集用户投诉信息。 (2) C区安装减压阀1个, F区安装减压阀1个。安装减压阀门因涉及村庄停水, 安排在24:00左右施工, 并提前告知村委会, 请其通知村民做好蓄水。施工后, 排净管道脏水后再正式通水。 (3) 普查工业区内进二次供水下水池的阀门及减压阀的工作状态, 尽量保证减压阀的阀后压力为0.1 MPa, 如无减压阀, 通过调整进水阀门达到减压效果。要求前期设计所有进二次供水进水池 (生活、生产、消防水池) 的管段上安装减压阀, 阀后压力为0.1 MPa。

　　 (2) 跟踪管理。 (1) 2#、4#区域村民有反映水压较之前小, 但不影响生活。 (2) 无水质投诉反映。 (3) 局部原压力较低的区域, 压力有所升高, 用水困难改善 (如B区西部高点) 。 (4) 工业区厂房二次供水水池进水正常。 (5) 绿化用水, 因压力变小, 浇灌时间增长, 用水量略有增加。 (6) 等压线图见图5, 图中1#、2#、3#、4#区域为原高压区, 等压线间隙变大, 坡度渐缓。三维图见图6, 图中呈“凸”起的区域的面积变小。

　　 (1) 通过调整现有阀门, 尽量减少安装减压阀, 可将压力管理的成本降至最低。

　　 (2) 减少管道系统的高压力区域范围, 延长管道的使用年限。

　　 (3) 稳压、减压带来的压力稳定, 减少了管道因压力波动引起的水锤。

　　 (4) 通过局部区域的降压、调压使原压力低的区域压力升高, 缓解了用水难问题。使得不需要通过管网改造、新铺设管道、建设二次供水设施等方式解决的用水难问题得以解决, 带来的效益可观。

　　 (5) 整体压力较未调整前降低了10%, 式 (1) 计算得漏水量为未调整前的88.6% (N取1.15) 。

　　 (6) 压力调整后, 居民用户的水龙头用水量变化不明显, 与个人用水习惯有关。大规模的绿化用水、清洗用水, 用水量略有增加。

　　 (7) 减压后, 管网及用户端的跑冒滴漏现象明显减少, 减少了计量损失。

　　 漏损率计算公式^[1]见式 (2) , 漏损率计算以年度为计算周期。

　　 式中供水总量———进入供水管网的全部水量之和, m³;

　　 注册用户用水量———在供水单位登记注册的用户的计费用水量和免费用水量, m³。

　　 压力管理实施前一个年度周期 (2015年1月~12月) :

　　 压力管理实施后一个年度周期 (2016年1月~12月) , 因理论计算的漏失水量减少为未调整前的88.6%, 用水量增加, 综合其他的管理因素, 漏损率为:

　　 即, 压力管理实施后一个年度周期的漏损率较压力实施前一个年度周期的漏损率下降近7个百分点, 降幅显著。通过实例, 充分验证压力管理在漏损控制中的成效明显。

　　 压力管理是供水网系统优化措施中最为基本也是最有明显效益的一种形式, 其投资回报率非常可观。但是, 压力管理建议采取逐步调减方式, 充分考虑用户的需求, 满足服务水头要求, 确保水质安全及消防水量。深入挖掘管网的潜力, 进一步引入远程监控及智能化管理措施, 细化压力分区管理。