管网漏损是供水行业长期面临的难题, 近年来我国管网平均漏损率一直高居18%左右^[1], 严重影响了水资源的高效利用和供水企业的运营效率。《水污染防治行动计划》 (水十条) 中规定:到2020年, 全国公共供水管网漏损率控制在10%以内。德国、丹麦、新加坡、荷兰、日本等漏损控制较好的发达国家, 管网漏损率在3%~8%。与国家漏损控制目标和国际先进水平相比, 我国目前的漏损控制水平仍存在较大差距^[2]。

　　 作为供水管网漏损控制的重要技术手段, 独立计量区 (DMA) 管理技术在国际上得到了较为广泛的应用。越来越多的国内供水企业也正在逐步开展DMA的建设工作, 但由于国内外在管网特征、管理模式、漏损构成等方面存在诸多差异, 缺乏DMA建设和运行技术管理规范, 导致基于DMA的漏损控制难以取得预期的理想效果。

　　 自2012年起, 北京市自来水集团开始实施DMA试点建设, 目前已投资建设DMA共计285处。为进一步提升DMA建设和运行管理水平, 更有效地发挥DMA在管网漏损控制中的作用, 集团同步开展了DMA建设和运行全流程的技术与管理研究, 初步实现了基于DMA漏损控制的制度化、科学化和精细化管理。

　　 从国际上其他国家和城市的应用实践来看, DMA主要用于管网漏失 (真实漏水) 水量的控制。其基本原理是通过持续的流量监测, 特别是最小夜间流量 (Minimum Night Flow, MNF) 的监测和分析, 评估区域漏失水平, 有效定位漏失水平最严重的区域并优先进行漏点探测。同时, 通过MNF的变化快速发现管网新产生的漏点, 从而实现漏点的快速定位和快速修复。

　　 在英国、德国、日本等发达国家, 供水管网漏损的主要构成要素为管网漏失水量, 表观漏损 (计量损失和窃水等其他损失) 所占比例较小, 漏损控制的重点是管网真实漏失水量的控制。

　　 根据集团及国内其他供水企业的相关数据, 位于管网末端的DMA小区漏损率高达35%~40%, 其中将近一半为表观漏损。可以看出, 与发达国家相比, 在我国管网漏损的构成要素中, 表观漏损所占比例明显较高^[3]。造成这种现象的主要原因为: (1) 计量统计范围方面:发达国家以物业管理楼宇为单位, 居民用户为总表计费。我国大部分城市已实施居民查表到户, 增加了居民用户总分表差导致的计量损失。 (2) 计量设备方面:漏损率较低的发达国家用户计量表具大部分为高精度水表 (C级表) , 我国用户计量表具大部分为普通机械表 (B级表) , 由于表具计量性能限制导致的计量损失偏高。 (3) 管理方面:由于在社会信用体系、法律法规、企业管理等方面存在一定差距, 窃水、用户拒查及企业内部管理因素导致的损失水量较大。

　　 因此, 开展DMA建设和运行, 除通过最小夜间流量进行管网漏失的评估和预警外, 还应将DMA作为漏损控制的基本管理单元, 通过DMA区域内管网及水表信息的核实处置和总分表水量对比分析, 发现、解决查表质量、违章用水、漏立户等问题。实现漏损水量的整体控制^[4]。

　　 供水企业在开展DMA建设时, 对于新建住宅小区, 原则上应统一按DMA模式建设。对于原有住宅小区, 应按照“整体规划, 分步实施”的原则, 逐步进行原有住宅小区的DMA改造。DMA改造可分为前期准备、实施、验收3个阶段, 主要内容包括:

　　 (1) DMA规划、信息统计和核实。在管网GIS系统DMA图层中添加要素, 确定DMA边界范围, 统计DMA区域管线长度、材质、边界阀门和水表等属性信息, 通过开展相关信息的现场核实, 及时发现管网资料的图实不符以及可能存在的漏立户、窃水等问题。

　　 (2) 零压测试和试运行。若零压测试失败, 则在查找并解决问题后重新测试;零压测试成功后, 除进水口阀门外, 其他边界阀门保持关闭状态并进入试运行。

　　 (3) 施工设计和设备安装。开展DMA区域压力测试, 确定是否需要同步实施压力控制。在此基础上, 制定施工设计图, 完成流量计量设备、压力调控设备和数据远传设备的安装与调试。

　　 (4) 工程验收和数据验收。按施工规范进行DMA工程验收, 并完成资料归档和相关管理系统的数据更新。在此基础上, 应重点对进水口监测数据传输的准确性、可靠性进行验收, 确保流量计量设备的示数、数据远传设备中的存储数据和后台数据库中的数据三者一致, 并且能够连续、稳定上传监测数据。

　　 集团在总结近几年DMA建设实践经验的基础上, 制定了分区规模、进水口设计、设备选型、压力监测和控制等方面的技术标准, 为后续的运行管理和漏损控制提供了坚实的技术支撑。

　　 (1) 原有住宅小区实施DMA划分改造时, 分区规模原则上控制在500~3 500户, 管线长度控制在1.5~5km。

　　 (2) DMA原则上为单一进水口 (条件允许时应设置1个备用进水口, 备用进水口应增设必要的阀门和冲洗放水口) , 至多不超过2个。

　　 (3) 确定设备安装位置前应首先进行信号强度测试, 若信号强度小于-80dbm, 应根据现场条件调整设备安装位置。井室为防水型砖砌矩形井室, 井盖采用加锁型测流井井盖。

　　 (4) 进水口流量计量设备的量程比应不小于250, 测量时间间隔宜不大于5s, 结构型式应为整体式, 防护等级符合《外壳防护等级 (IP代码) 》 (GB4208-2008) 中规定的IP68。原则上采用电池供电, 电池使用寿命不少于6年, 具备脉冲信号或RS485信号输出端口。

　　 (5) 进水口数据远传设备具备流量和压力信号采集、数据存储、数据上传、现场抄收调试和低电量、断线报警功能。防护等级符合《外壳防护等级 (IP代码) 》 (GB 4208-2008) 中规定的IP68。原则上采用电池供电, 在每天上传4次情况下, 电池使用寿命不少于3年, 数据记录时间间隔设定为15min;数据上传频率设定为每天4次;时钟漂移小于1min。

　　 (6) DMA区域进水口应安装压力监测设备。进水口平均压力大于0.35 MPa时, 应增设压力调控设备。压力调控设备采用水力减压阀, 一般采取固定出口压力方式, 出口压力设定值应为0.28MPa左右, 出口压力相对于设定值的波动不大于0.015 MPa。

　　 (1) 属性信息管理。每月定期完成DMA区域内的免费用水量的录入, 并对管网、设备、水表及水量数据等属性信息进行动态更新。

　　 (2) 边界阀门管理。对DMA边界阀门实施动态管理, 确保DMA运行过程中的封闭性。对特殊原因需要开启边界阀门的情况进行审批和复位跟踪, 并对边界阀门开启造成的水量数据误差进行处置。

　　 (3) 故障维修。对DMA进水口远传数据、DMA内用户和水表信息进行动态跟踪和管理, 发现数据异常通过用户呼叫服务系统进行报修。设备安装与维护单位规定时限内完成故障排查和修复。

　　 (1) 最小夜间流量分析。持续开展DMA最小夜间流量跟踪分析。以最小夜间流量/日均流量、单位管长最小夜间流量为主要技术指标, 对DMA存量漏失水平进行评估, 确定漏点检测的优先级和重点;以最小夜间流量正常波动区间为基准, 设定新增漏失黄色报警和红色报警两级阈值, 当发生新增漏失红色报警时, 派发DMA漏点检测任务^[5]。

　　 (2) DMA漏点检测。根据最小夜间流量分析结果, 采用漏失监测记录仪与人工检漏相结合的方式, 开展DMA漏点检测^[6]。

　　 (3) 漏点报修和修复。对发现的暗漏、设备漏等管网破损通过用户呼叫服务系统进行报修, 并在规定时限内完成DMA漏点修复。

　　 (4) 漏点修复影响分析及处置。漏点修复完成后, 对漏点修复后最小夜间流量的变化进行分析。对未发现漏点或漏点修复后最小夜间流量仍未达到预期的情况, 从强化漏点检测、DMA封闭性及监测数据准确性检查、非集团产权管线漏失量分析等方面, 采取进一步处置措施。

　　 (1) 总分表水量对比与指标统计。每月定期开展上月查表DMA各级总分表水量对比, 并统计该周期每个DMA的单位用户表观漏损水量和表观漏损率。

　　 (2) 统计结果评估。对每个DMA的总分表水量对比和指标统计结果进行评估分析, 针对评估结果不达标的DMA, 派发问题查找任务。

　　 (3) 问题处置与指标控制值。从统计计算误差、水表计量、查表质量、拒查、漏立户、违章用水等方面查找问题, 及时进行核实处置。同时分析各类问题对表观漏损的影响程度, 研究制定每个DMA的表观漏损指标控制值。

　　 供水管网漏损控制的难点主要在于2个方面:一是管网规模庞大, 确定漏损水量的空间分布状况较为困难, 难以有针对性开展漏损控制;二是漏损构成较为复杂, 难以对其构成要素进行精确分解, 漏损控制的责任主体不明确^[7]。DMA管理技术的应用为确定管网漏损水量的空间分布提供了数据支撑, 对于DMA区域的漏损控制的管理, 关键是要研究建立科学的分类考核量化指标, 区分管网部门和营销部门的责任并进行独立的绩效考核。从而推动基于DMA的漏损控制工作持续、有效开展。

　　 基于以上考虑, 确定以DMA平均漏失率作为漏失控制指标, 对管网部门进行年度考核;以DMA平均表观漏损率作为表观漏损控制指标, 对营销部门进行年度考核。此外, 为保证DMA相关设备的正常运行, 以设备故障率和故障维修及时率作为设备运行状态控制指标, 对设备安装与维护单位进行考核。

　　 (1) DMA平均漏失率。由于最小夜间流量是DMA每日夜间用户用水量最小时的进水流量, 扣除其中包含的少量用户用水后, 即可得到DMA该时段的漏失水量, 通过考虑每日不同时段压力变化对漏失水量的影响, 进而可求得DMA年度总漏失水量和漏失率。计算公式如式 (1) 、式 (2) 所示。

　　 式中R_RL———DMA平均漏失率, %;

　　 Q_RL———DMA总漏失水量, m³;

　　 Q_S———DMA总输入水量, m³。

　　 式中q_ij———第i个DMA第j日的最小夜间流量 (m³/h) , 数据记录时间间隔取15min;

　　 k_ij———第i个DMA第j日的压力影响系数, 由该日平均压力除以最小夜间流量时段压力后的开方值确定;

　　 m———DMA总数量;

　　 n———该年度的天数;

　　 C———扣除夜间用水量的调整系数, 一般为0.65~0.85, 根据集团居民夜间用水量样本试验, 取0.7。

　　 (2) DMA平均表观漏损率。在求得DMA总漏失水量的基础上, 根据每月定期输入的DMA内免费用水量数据和来自营销管理服务系统的计费用水量数据, 即可求得DMA年度表观漏损率。计算公式如下。

　　 式中R_AL———DMA平均表观漏损率, %;

　　 Q_S———DMA总输入水量, m³;

　　 Q_b———DMA总计费用水量, m³;

　　 Q_u———DMA总免费用水量, m³;

　　 Q_RL———DMA总漏失水量, m³。

　　 (3) 设备故障率和故障维修及时率。

　　 式中R_E———设备故障率, %;

　　 F_e———设备发生故障次数;

　　 D———设备总数量。

　　 式中R_R———故障维修及时率, %;

　　 F_r———在规定时限内完成故障维修的次数;

　　 F_e———设备发生故障次数。

　　 通过近几年DMA管理技术的研究和应用实践, 集团制定了DMA建设和运行的管理规范和技术标准, 建立了融合最小夜间流量和总分表水量差的管网漏损量化考核指标体系, 取得了较好的漏损控制成效。发现并修复管线暗漏492处, 年节水量744万m³;发现并处置违章用水190处, 挽回水量损失150.7万m³。

　　 下一步集团将重点在以下2个方面开展研究:一是研究确定管网背景漏失水量与材质、年代等管网特征的相关性, 建立基于表具计量特性、运行状态和用户用水模式多参数耦合的计量损失水量计算方法, 在此基础上, 确定每个DMA合理的分类漏损指标控制值。二是依托窄带物联网、大数据、移动互联等新一代通信和信息技术, 就DMA建设与终端智慧供水的衔接融合进行前沿的思考和研究, 最大限度发掘DMA在管网漏损控制中的作用。