中國供水系統漏損監控技術的創新性研究與應用

毋 焱，楊 帆，劉志強，鄧 勇

(北京埃德爾公司，北京100086)

一、引 言

國家“十二五”重大科技專項中“供水管網漏損監控設備研制及產業化”的研究課題的提出，說明我國漏損監控技術的發展進入一個新的發展歷程，本文主要從4個方面對研究和應用進行探討。

二、中國供水系統漏損狀況及其控制技術研究發展概況

管網漏失是供水行業普遍存在的嚴重問題，它直接影響著供水系統的經濟效益和社會效益。有效降低產銷差，控制損失水量，已成為世界范圍內水行業亟待解決的問題。根據中國城鎮供水排水協會2011年的統計數據，2011年供水總量352.67×108m3，售水總量271.36 ×108m3，漏失總量 58.62 ×108m3，漏失率為16.62%，有些中小城鎮的管網漏失率高達35% ～42%。因此，如何控制管網漏失、持續穩定降低產銷差、改善供水系統運行效率、改善管理、節約水資源、減少對公共環境的危害、增強供水系統競爭力已成為中國供水行業迫切需要解決的問題。

我國檢漏技術的研發起步于解放初期，20世紀50年代中葉上海公用水務局啟動檢漏餅的研制，并投入應用;70年代中期揚州中學的檢漏儀試驗成功，衍生揚州的3個小生產企業;北京埃德爾研發的檢漏相關儀，在2004年通過了北京市科委組織的科技成果鑒定。這3個檢漏技術發展的歷程標志著中國檢漏技術研究與成功應用的發展歷程。直到2011年11月，以埃德爾為組長的4個單位承擔了住建部下達的“十二五”水專項課題“供水管網漏損監控設備研制及產業化”。這充分說明中國的漏損控制技術從基層走向國家，從民間走向政府，從幾家企業的作坊研制走向國家作為重大科技專項的正式投資，規范研究開發。從供水行業保障技術的發展，可以深深體會到中國產業結構調整的深層次和市場經濟發展的廣泛性、普遍性、扎根基底的深入性。

三、國家“十二五”課題“供水管網漏損監控設備研制及產業化”的研究重點

按照“十二五”規劃，要加快經濟轉型和技術創新。對于供水行業來說，不能再像過去單純依賴進口設備和技術，而應在引進、消化、吸收的基礎上，結合中國國情進行技術創新，加快設備的國產化、規模化。

我國應用供水管網檢漏技術至今已延續了40年，大批應用檢漏技術產品是從1996年左右起。傳統的檢漏技術對漏損控制起了比較好的作用，取得了可喜的經濟效益和社會效益。但隨著社會的發展，僅應用被動檢漏方法和技術，解決復原的漏失、偷水、人情水和水資源嚴重虧乏等問題，已經顯得力不從心。管道在不斷老化，水壓、供水量、水溫隨季節不停地變化，漏水也不斷發生。實施過漏水檢測的區域，經過一段時間，又會發生漏水復原現象。復原率為檢測后漏水量的30% ～50%之間，如果管道多數都已老化且漏水嚴重的地區，漏水復原率幾乎達到100%。而目前水司或專業檢測公司一般是一年檢測一次或兩次。因此，如何快速研究、開發出我國自己的、先進的、主動的、常態的漏損控制技術已經成為目前很急切解決的重要問題。

“十二五”重大科技專項“供水管網漏損監控設備研制及產業化”課題的核心任務是:為我國建立中國特色的供水系統DMA分區定量管理系統，研制配套的軟硬件設備，包括傳統檢漏產品技術水平的提升、改進完善、制定標準、實施規范及監控技術的全面發展，包括數字供水系統平臺的建立。主要任務有:

1)保障供水安全運營，推進漏損監控設備的國產化、市場化、規模化。

2)研究漏損監控的預警技術、檢漏技術、壓力一體化管理技術及其設備，以及漏損監控績效考核系統。

3)開發DMA分區定量漏損監控系統、滲漏預警系統、漏損監控設備等，提高我國管網檢漏技術和裝備水平。由于承擔國家任務的企業早期進入供水管網漏損控制技術領域，吸收了國際上先進的理念和技術，并有機結合國內供水行業的現狀，為國家任務的實施和完成奠定了雄厚的技術基礎。

到目前為止，承擔任務的課題組單位共獲得各類專利、軟件著作權等具有完全自主知識產權的技術計86項。其中，已先后開發與應用在供水管網漏損控制方面的產品近30種，發明2項;填補國內空白的產品有5項，如相關儀、滲漏預警系統、wDMA管理系統等。這些堅實的技術基礎，使我國在漏損控制技術的快速、保質保量的發展，且與國際同行同步共進成為事實和可能。

四、3項關健技術的創新性研究與應用

雖然由于中國供水管網漏損的嚴重性、中國管網設計的特殊性、敷設的管網材質的多樣性、檢漏產品技術發展與國際同行的差距，以及中國管理體制、管理水平在全國范圍的不一致性對漏損控制的影響，對創新性研究與應用帶來一定的難度，但是在政府、供水企業等各方面的大力支持下，筆者所在單位承擔的“十二五”課題的任務目前已取得突破性進展。目前，檢漏設備已出口11個國家:美國、英國、澳大利亞、南非、烏克蘭、尼泊爾、多米尼加、土耳其、菲律賓、埃及、德國，有些技術產品還進入示范工程和應用階段，并且已取得良好的應用效果。本文重點匯報3項技術。

1.供水管網分區定量漏損監控管理軟件系統——wDMA

wDMA是“十二五”水專項課題中核心技術產品之一，其系統結構如圖1所示。

圖1 20DMA系統結構

wDMA主要根據中國實際情況，參考國際水協DMA管理指導要點研發而成。它的研制是基于漏損控制的ALR理論和產銷差分析的理論基礎，應用物聯網技術和感知儀器，實施管網信息采集、信息傳輸、信息分析、信息應用，利用監測、檢測、控制、處置等技術，對管網健康狀況進行智能化識別、問題定位、跟蹤和監管定量監控漏損，達到降低產銷差、提高經濟效益、實現低碳環保的目的。wDMA是保障供水系統持續、長久、穩定把漏損有效、快速減低到一個合理水平的必備的技術方法和管理方法。當然它的應用和實施需要供水系統的管理理念、管理思維，以至運營流程的改變。

2.多種功能漏損監測技術產品

多功能漏損監測儀產品系列是研究課題中的創新型技術產品。筆者所在單位在多年推廣應用檢測、監控漏損技術產品的基礎上，結合考察國外各類同行的技術裝備，包括對國際水協DMA管理指導要點的研究和學習，提出了集監測管網流量、壓力、噪聲數據于一體的綜合監控區域泄漏情況的技術思路，并且把這種感知設備通過物聯網技術和wDMA融為整體，充分發揮wDMA的強大智能分析功能，更加增強了三合一(流量、壓力、噪聲)漏損監測儀的實時監測應用效果。通過將壓力、流量和噪音3參數傳感器的有機整合，減輕了設備重量;同時，使供水系統大大減少了分別安裝調試3套設備的工作量，降低了成本，提高了工作效率，更重要的是由于應用了物聯網技術使持續、長久實時控制漏損成為可能和事實。并且由于采樣點的一致性，使結果在分析時更具有精準性。通過GPRS模式數據記錄儀的配合，能夠更加有效地解決數據采集，傳輸和分析處理的能力，降低了系統維護的難度和費用。

3.滲漏預警技術系列產品

滲漏預警產品系列是為了解決管網普查或重要管段運行監測問題而開發的。該系列產品通過噪聲記錄探頭采集被測點噪聲信號，分析其強度和主要頻率成份并記錄，通過比對最小噪聲強度的變化來判斷被監測區域的泄漏狀態。根據記錄信息的傳輸方式，可以分為巡檢式和GPRS遠傳方式兩種。使用該系統能夠盡早發現漏損的跡象，最大限度地降低漏損時間，減少損失。在我國滲漏預警技術的創新有兩點:一是滲漏預警技術的研發成功;二是兩種方法——巡檢和在線監測的混合應用。

五、應用wDMA的必用的配套運營管理流程，是保障實施DMA后長效收益的關鍵環節

通過很多案例充分說明，分區計量這項技術本身的實現沒有任何問題，不管是對支狀管網還是環狀管網。但有兩個問題是業內高層管理關注的問題:一是如何保證在實施DMA后持續地、永久地提升“收益體系”指標;二是投入產出比。筆者所在單位承擔的“十二五”水專項課題“供水管網漏損監控設備研制及產業化”主要解決第二個問題。關于第一個問題，核心在于管理，包括管理理念、管理結構、管理流程、管理方法和人力資源需要作必要的調整。其中一個關鍵環節是DMA分區定量漏損監控系統后的運營管理問題，這是DMA實施后是否能保證持續、穩定、長久的收益的關鍵環節所在。

1.運營管理流程

運營管理流程如圖2所示。

圖2

2.wDMA系統運營要點

1)供水企業在wDMA系統運行前，首先設計好漏損監控的階段目標和最終目標，根據系統實際運行情況調整階段目標值，直到最終目標值的實現。

2)系統分析工程師利用人機交互，按照設定的目標值，監管wDMA運行;應用系統采集到的反饋數據，作水平衡簡析，執行系統功能，實現3個快速。

3)堅持持續地、不間斷地監管系統運行，并有效執行之;最終必然能穩定地、長久地把供水管網漏損控制在一個良好的水平。

六、中國未來供水管網漏損監控技術應用前景展望

從我國目前供水系統，包括其他行業的供水系統應用的檢漏技術產品狀況分析有3個特點:

1)應用的95%的檢漏產品都是進口產品，當前和未來漏損監控產品數量的配備和已經應用產品的更新潛力比較大，這說明國家對于推進國產產品的應用配套政策需要積極推進。

2)絕大部分供水系統配備的均為檢測技術產品，只有極少量的水司配有監測技術產品，但在應用頻度上有很大差距;檢測方法基本上是被動方式，其周期長，漏點復原率高。

3)對應用于漏損控制的供水管網DMA分區管理系統和方法，在國外已有30年左右，并且取得了成功經驗和良好的效果。在國內，盡管我國提出得很早，但就實實在在應用該技術的總體情況看，和國際同行比較，在應用DMA管理系統的管理理念、管理思維、運營流程的配套推進方面仍需下比較大的功夫。可喜的是，對于DMA管理技術應用的認知單位比例在不斷增高。尤其是自2005年以來，國內對漏損控制日益重視，DMA分區定量管理也越來越受到各水業領導的重視，很多水司(紹興、北京、天津、鄭州、南昌、鎮江、綿陽、黃石、銅陵、沈陽等)都在全面或以示范區模式推廣DMA管理模式，取得了一定的效果和經驗，紹興效果尤為突出，產銷差近幾年一直維持在6%左右，最低時達到4.4%，達到了世界先進水平。

隨著中國水業管理者，尤其是高層決策者對實施DMA于供水收益體系，水業管理水平的持續提高理念的感悟，同時，鑒于DMA和wDMA的發展如同SCADA、GIS、水力模型、壓力管理系統一樣，也是建立數字供水、智慧城市必不可少支撐技術體系。供水系統必然加速供水管網DMA分區定量漏損監控管理平臺的應用和建立，這就是說，我國未來漏損監控技術將來不久會有一個騰飛。作為國家“十二五”課題的承擔單位，筆者所在單位將秉承“管網醫院“的經營理念，不斷創新為完成好“十二五”課題“供水管網漏損監控設備研制及產業化”，為智慧城市的建設貢獻出自己的力量。筆者相信，“十二五”水專項課題研究成果必將在中國的漏損控制發展中開花結果。

略)