滬太路沿線DMA 分區計量的前期方案優化

楊 華，韓 超

(上海市自來水市北有限公司，上海 200086)

1 引言

1．1 NRW的控制

NRW(無收益水量)是系統供水量與用戶計量水量之間的差值，NRW使收益流失、水資源浪費、運營成本增加。NRW的“惡性循環”是影響水廠績效的主要原因之一。

上海市自來水市北有限公司是由多個水廠向一個互相連通的大型開放式管網系統供水的企業。因此只有準確地從整體上認知企業供水量的每一個構成要素，特別是其中導致企業供水成本增加的無收益水量的構成要素(真實漏損、非法用水、計量誤差、免費用水等)及所占比重，才能分析尋找出NRW形成的真正原因。為了更有效地實現無收益水量的管理策略和削減目標，有必要把這片供水管網分割成一些較小的、較易管理的獨立供水區域(分區計量DMA)。

1．2 DMA的原理

把一個開放的供水管網分割成一些較小的、易于管理的區域或檢漏區(DMA)是目前國際上公認的最好的實踐方式。它使供水企業更好地了解管網，以便分析問題區域的壓力與流量。

在過去的20余年中，DMA已被成功地運用到世界上許多國家的管網管理中，DMA作為一個工具，可以使漏失的管理更有效。短期來講，充分理解現狀管網的布設，對DMA管理所需計量做出規劃，并加以實施是必要。長期來講，從運行、數據分析、爆管定位與修復等方面進行系統的維護也十分必要。傳統的漏失控制方法是消極、被動的，應用聲學檢漏設備使不可見的漏失能被探尋到，但在整個管網系統利用設備檢漏是一項龐大而耗時的行為。解決方案就是把管網系統劃分成DMA，只有這樣才能量化每一個DMA的漏失，使檢漏活動總指向真實漏損最多最大的區域的那部分管網。

2 DMA在市北區域滬太路沿線的實施

2．1 現狀與問題

上海市自來水市北有限公司供水面積550 km2，服務人口逾600萬，管網長度超5 000 km，下屬滬東、滬北、寶山三家供水管理所，三個分所的管網互相連通，在邊界處已經安裝了相應的分區計量設備，但各分所內部仍為一張網的管理模式。

為推進DMA的細化工作，市北公司決定首先對滬北所所轄的閘北、普陀兩區進行DMA細分，兩區以滬太路為界，北到蘊藻浜，南到恒豐路立交橋，滬太路以東屬閘北區，以西屬普陀區。鑒于滬太路兩側都有輸配水管，自北向南共有10處過籠閥門，其中編號2、3、4、9的閥門原本就處于關閉狀態，而其他過籠閥門則處于開啟狀態，如圖1(a)所示。

圖1 滬太路流量儀安裝位置示意圖Fig．1 Installation Position of Flow Meter Along Hutai Road

原方案:保持原有4處過籠閥門關閉狀態，在邊界上都安裝流量儀，共需要安裝25臺流量儀，其中直路流量儀12臺，支路流量儀10臺，過籠流量儀3臺。

2．1．1 過籠管閥門的管理

原管敷設時為確保安全供水，兩側的輸水管相隔一定距離就會設置過籠管，現在為保證分區計量的準確性，就需要在這些過籠處的水管上安裝流量儀，或選擇關閉這些過籠管的閥門，以取消這些流量儀的安裝，如圖2所示。

圖2 關閥示意圖Fig．2 Diagram of Closing Valve

若選擇在所有過籠管上安裝流量儀則會大幅度增加預算。若通過關閉過籠管閥門來代替安裝流量儀，則可以減少流量儀的安裝數量，降低工程預算，同時有利于今后的日常維護工作，但盲目關閉過籠閥門，對管網現狀運行方式進行大幅度的變動可能會帶來新的用水問題，違背安全供水的目標，甚至引發用戶對供水服務的不滿和投訴。

綜上，對于過籠管是采取關閉閥門還是采取安裝流量儀是需要認真研究的一個問題。

2．1．2 建設難度

流量儀的安裝位置必須臨近電網，機柜需安裝在人行道上，流量儀與機柜的位置不能離開太遠，常規情況下流量儀前端要預留原管直徑5倍長度的直管段，流量儀后端要預留原管直徑3倍長度的直管段，這些因素在一定程度上限制了流量儀的安裝位置，加大了建設難度。減少流量儀的安裝數量可以在一定程度上降低建設難度，加快項目推進速度。

2．2 主要應對措施

針對DMA在市北區域滬太路沿線實施中存在的難點，本次滬北地區實行DMA的主要過程如下:首先依據現有管網進行分區劃分，記錄劃分區域邊界過籠閥門的數量、位置和狀態，對該區域進行InfoWorks WS建模，分析現狀和關閉所有過籠閥門兩個狀態下的水力模型，根據得到的相關數據進行第一次理論方案調整，然后實際操作經建模分析可以關閉的這部分過籠閥門，并且安排在關閥前后進行測流、測壓，匯總數據后進行第二次實際方案調整，同時啟閉受到影響的閥門，以此最終解決DMA計量設備的合理布局和安全供應的矛盾。

2．2．1 InfoWorks WS 建模

InfoWorks WS——供水系統模擬是一款供水管網模型管理軟件，它將關系數據庫、水力引擎以及空間分析工具相結合，并將管網資產管理和商務計劃的需求集成到一起，提供一個一體化的靈活的供水管網模擬軟件環境。

2．2．1．1 關閥模擬方式

首先在軟件中加載市北區域的供水管網圖以及最近日(2012年4月6日)的水廠、泵站工況運行參數，分別對早晚高峰、關閥前后的壓力情況進行模擬，再以圖形化模式輸出，供管理人員進行分析。

本次軟件模擬時假定關閉滬太路上所有過籠閥門，為確保在用水量最大的情況下管網各節點的正常供水，在進行軟件模擬時選擇了早晚高峰用水集中的時段進行模擬，以測試在最不利情況下的供水情況。

2．2．1．2 水力分析過程

通過軟件計算，得到了早高峰(8:00)、晚高峰(16:00)關閥前后管網節點水頭和關閥前后節點水頭變化值。

以晚高峰16:00關閥前后節點水頭變化為例，滬太路涵青路西側、滬太路汶水路兩側壓力有較明顯的下降，滬太路南大路兩側則有壓力上升的情況，其他區域壓力變化不明顯，如圖3所示。

圖3 軟件模擬關閥前后壓力變化圖Fig．3 Pressure Variation before and after Closing Valve by Software Simulation

2．2．1．3 結論

根據軟件得出的模擬數據，關閥前后供水范圍內節點水頭均大于19 m，即滿足服務壓力16 m的要求，對供水影響較小。從關閥前后節點水頭的變化圖可以看出，對節點壓力影響較大的閥門位置于滬太路(涵青路—上大路)和滬太路汶水路區域，而汶水路以南地區壓力幾乎不受影響。根據分析，滬太路涵青路附近管網運行方式以由北向南直路供水為主比較單一，可能是造成關閥前后壓力變化較大的原因;而滬太路汶水路的過籠閥門連接的是汶水路東西向DN1400與滬太路南北向DN500的大口徑輸水管，所以對附近的壓力影響比較大;汶水路以南地區，管網運行方式以環狀供應居多，可以互相調劑的水量較多，所以關閉過籠閥門對汶水路以南地區影響較小，如圖1、圖3所示。

據此，決定第一次調整方案，保持滬太路汶水路閥門開啟狀態，此處安裝流量儀，該方案下的閥門關閉狀態如表1所示。

表1 滬太路過籠閥門位置、狀態表Tab．1 Position and State of the Valve along Hutai Road

2．2．2 測流、測壓

測流、測壓是供水行業最常見的技術手段，可以準確實時地了解當前管網的供水情況。在此次滬北地區實行分區計量過程中，同樣借助測流、測壓的方法驗證建模的結果。并對實際關閉過籠前后管網情況進行跟蹤、監測。

2．2．2．1 測壓

針對本次滬北地區實行DMA的要求，在滬太路沿線相關管線上共設置了14處測壓點，滬北閥門隊于5月24日9:30～11:30根據建模后的調整方案對5處過籠閥門予以關閉，測壓點在過籠閥門關閉前兩日至后兩日連續監測，獲得的圓盤記錄紙數據每隔30 min進行一次取樣，共獲得14個點的1 590個數據，再根據這些數據繪制關閥前后壓力情況變化曲線圖，如圖4所示。

根據對測壓數據的分析，壓力變化主要分為以下三種情況:

圖4 滬太路涵青路關閥前后壓力監測圖Fig．4 Pressure Monitoring Diagram before and after Closing Valve on Hutai-Hanqing Road

(1)關閥后壓力出現明顯降低

以滬太路涵青路該測壓點為例，該處過籠為蘊藻浜以南第一個過籠閥門，距上游最近的過籠閥門距離超過1．5 km，周邊DN1800輸水網管以支狀通過(如圖3)。從滬太路西側涵青路北側DN500上測得的壓力數據看，過籠閥門關閉后壓力出現了較為明顯的下降，凌晨至中午壓力下降0．15 kg，下午部分時段壓力下降 0．3 kg，最低壓力1．7 kg(如圖4)，可見該處受到關閉閥門的影響較大。

(2)壓力變化不明顯

除滬太路涵青路外，其余測壓點在關閥前后壓力變化都不太明顯。以新村路北側滬太路西為例，該處位于滬太路的南端，周邊大口徑輸水管網已形成多個環狀布局(如圖3)。從該處過籠閥門關閉前后壓力的變化情況看，并沒有出現第一種情況中的明顯下降，變化并不明顯(如圖5)。

圖5 新村路滬太路西關閥前后壓力監測圖Fig．5 Pressure Monitoring Diagram before and after Closing Valve on Xincun-Hutai Road

(3)邊界附近敏感地區

考慮到宜川地區是市北范圍內的一個老式小區，主要依靠宜川泵站供應服務壓力，為避免該地區邊緣地帶受到關閉過籠閥門的影響，特別在宜川地區內安排了3處測壓點。從其中一處——宜川路北側滬太路西側DN500上測得的壓力數據看，過籠閥門關閉前后壓力并無明顯變化(如圖6)，其他兩處的情況也與該處較為相似，較可能的一個原因是因為該處管網位于汶水路以南，運行方式比較復雜，可以互相支援的渠道較多(如圖3)，所以關閉一個過籠閥門對該處壓力影響不大。

圖6 宜川路滬太路西關閥前后壓力監測圖Fig．6 Pressure Monitoring Diagram before and after Closing Valve on Yichuan-Hutai Road

2．2．2．2 測流

針對本次滬北地區實行DMA的要求，在滬太路沿線DN1800、DN1200主要輸水管及DN500配水管上設置了若干處測流點，并在過籠閥門關閉前后分別進行測流，根據測流獲得的數據分析得出，大口徑輸水管上關閥前后流量變化較小，而隨著沿線DN500配水管上閥門的關閉，該配水管上游管段流量增加，分流的支路管段流量減少。

2．2．2．3 總結

根據測壓、測流獲得的數據，從確保DMA項目的順利開展，減少流量儀安裝數量，進一步降低建設難度的角度出發，市北公司決定仍然維持第一次修改后的方案，但需要對滬太路(涵青路—上大路)區域加強監測，如該區域不發生顯著的用水問題則保留閥門關閉狀態，不安裝流量儀;如出現用水量增加，必要時可重開過籠閥門，并加裝流量儀。

3 結果與討論

通過對DMA區域進行建模分析，并在實際關閥前后進行測壓、測流，逐步優化方案，在原有關閉的2號、3號、4號、9號共4個過籠閥門的基礎上再關閉1號、5號、7號、8號、10號共5個過籠閥門，如圖1(b)所示，將原方案的安裝25臺流量儀減少到新方案的18臺流量儀，與原方案相比，減少DN500流量儀4臺，DN300流量儀3臺，直接減少工程費逾200萬元，涉及區域供水壓力平穩過渡，未發生由于變更管網運行方式導致的用水問題，較為圓滿地完成了DMA分區計量的前期工作。目前該項目所有流量儀已完成安裝，2013年6月完成了信號箱柜的安裝和接電，2013年10月通過初步驗收，即將正式投入使用。2014年市北公司將利用該系統收集、統計、分析DMA區域塊水量數據，并以此為基礎預測塊水量的變化趨勢，作為年度水量統籌安排的一項重要依據。

新方案:新關閉5處過籠閥門，僅保留滬太路汶水路過籠閥門開啟狀態，共需要安裝18臺流量儀，其中直路流量儀8臺，支路流量儀9臺，過籠處流量儀1臺。