DMA分區(qū)管理與評估系統(tǒng)

郭立旺+刁選仁+欒冰

【摘 要】本文從全球城市面臨的共同難題供水管網(wǎng)漏損控制出發(fā)，主要介紹了DMA分區(qū)管理、漏損噪聲在線監(jiān)測以及區(qū)域壓力控制管理及其優(yōu)點，通過實例對應的在線監(jiān)控數(shù)據(jù)，說明了管網(wǎng)漏損控制的預警、追蹤、搶修及排除的實用價值。

【關(guān)鍵詞】管網(wǎng)漏損；供水管網(wǎng)區(qū)域計量分區(qū)；計量監(jiān)測；在線監(jiān)測

一、相關(guān)背景

管網(wǎng)漏失控制是全球城市面臨的問題，我國問題尤為突出，控制管網(wǎng)漏損就是非常有效的節(jié)約用水措施。輸配水管網(wǎng)是城市重要的基礎設施，而供水管網(wǎng)漏失是全球城市面臨的共同難題。我國城市供水管網(wǎng)漏失嚴重，近年來平均產(chǎn)銷差率達到17.92%，部分城市甚至超過25%，造成了大量的優(yōu)質(zhì)的、經(jīng)過處理的寶貴淡水水資源浪費，提高管網(wǎng)漏失監(jiān)測控制和爆管預防能力對于保障我國城市飲用水安全、解決城市水資源供需矛盾具有重大意義。

二、供水管網(wǎng)漏損控制的主體思路

供水管網(wǎng)漏損控制是一個系統(tǒng)的體系，融合多種漏損控制技術(shù)。其中DMA分區(qū)管理、漏損噪聲在線監(jiān)測以及區(qū)域壓力控制管理，作為目前比較先進的技術(shù)手段，可獨立亦可相互結(jié)合，在管網(wǎng)漏損控制中發(fā)揮重要的作用。

（一）DMA計量分區(qū)的應用

DMA計量分區(qū)是一種目前在國內(nèi)外都比較認可的漏損控制方式，尤其在國外很早就開展了供水管網(wǎng)區(qū)域計量分區(qū)（District Metering Area，簡稱DMA）的研究和應用。早在1980年，英國第一次提出DMA，其目的是實現(xiàn)對管網(wǎng)漏損的長期監(jiān)測和可持續(xù)管理，降低漏耗。

DMA（District Metering Area，獨立計量區(qū)域）是指通過截斷管段、關(guān)閉管段上的閥門進行“真實分區(qū)”或安裝雙向計量儀表進行“虛擬分區(qū)”的管理方法。按照事先制定的分區(qū)規(guī)則，將供水管網(wǎng)系統(tǒng)分為若干個相對獨立真實或虛擬的區(qū)域，并在每個區(qū)域的進水管和出水管上安裝流量計，從而實現(xiàn)對各區(qū)域入流量和出流量的監(jiān)測。

通過DMA把整個供水管網(wǎng)系統(tǒng)劃分為若干個小區(qū)，劃小核算單位，對各區(qū)域分開管理，從而達到控制漏損率，并保證其持續(xù)穩(wěn)定地降低的目的。

1. DMA分區(qū)管理的目的

國際水協(xié)將總的漏水時間分為三個部分：第一部分A（Awareness），即漏損的發(fā)現(xiàn)時間；第二部分L（Location），即漏損的定位時間；第三部分為R（Repair），即漏損的修復時間。從上圖可以看出，在這三部分時間中，漏損的發(fā)現(xiàn)時間（A）占整個漏損時間的近一半，因此縮短漏損的發(fā)現(xiàn)時間可以很大程度上降低泄漏量。

DMA計量分區(qū)的方法，將傳統(tǒng)的被動控制漏損的模式，升級為主動控制漏損的模式，將更多的目光和工作的重點從傳統(tǒng)的縮短（L）漏損定位時間轉(zhuǎn)移到對漏損控制有更大影響的縮短（A）漏損發(fā)現(xiàn)時間上。DMA分區(qū)管理能夠快速鎖定漏損出現(xiàn)的區(qū)域，大大縮短漏損的發(fā)現(xiàn)的時間，使管理者能夠作出迅速的反應，并指導檢漏人員進行漏損的定位工作，做到有目的、有重點的漏損檢測。

2.DMA分區(qū)管理的優(yōu)勢

DMA分區(qū)管理優(yōu)勢可表現(xiàn)為以下幾點：

①為區(qū)域內(nèi)的供水管網(wǎng)改造和計量器具維護更新、供水規(guī)劃等提供參考；

②有助于供水企業(yè)職能管理部門及時發(fā)現(xiàn)爆管、漏失等事故問題；

③輔助利用檢漏工具對漏點精確定位，便于快速修復，減少水量損失；

④通過控制一個或是一組DMA的水壓，使管網(wǎng)在最優(yōu)的壓力狀態(tài)下運行。

建立DMA可以判斷出當前的泄漏水平，并隨后預定檢漏預案。通過監(jiān)測DMA中的流量，識別出新發(fā)生爆管的可能性，因此將泄漏維持在一個最佳的水平。

（二）漏損評估分析

作為國際水協(xié)給出的漏損控制的幾大方向之一，主動漏損控制的關(guān)鍵在于策略的制定和實施。而策略的制定和實施要結(jié)合實際情況進行，所以對漏損實際情況的評估分析是關(guān)鍵點。同時結(jié)合DMA分區(qū)的應用，不僅僅在管理中更迅速地發(fā)現(xiàn)新增漏損，更進一步地要通過DMA分區(qū)，對分區(qū)內(nèi)漏損狀態(tài)進行評估分析。

評估報告可為下一步的工作計劃提供參考。根據(jù)評估報告中分區(qū)的漏損情況以及造成漏損的原因，有針對性地采取漏損控制措施。并且評估報告中，可對分區(qū)情況以及建議采取的漏損控制措施進行投入產(chǎn)出比的分析。因此，評估在一定程度上降低了盲目實施DMA分區(qū)管理的投入風險，增強了管理針對性。另一方面，對投資管理結(jié)果進行預測的方式，可使管理者在方案的實施過程中更有針對性、方向更清晰。

（三）漏損噪聲在線監(jiān)測

實施DMA分區(qū)管理時，可利用漏損噪聲監(jiān)測設備進行輔助。建立DMA分區(qū)后，可先利用漏損噪聲監(jiān)測設備對分區(qū)中的管網(wǎng)進行漏損普查，對檢測出的明顯漏損進行修復后再進一步監(jiān)測DMA分區(qū)情況。同時，此套漏損監(jiān)測普查系統(tǒng)還可用于日常的DMA分區(qū)管理，輔助漏點的快速定位。

在未實施DMA分區(qū)管理的區(qū)域，此套漏損普查系統(tǒng)也可單獨使用。對管齡較短或漏損情況出現(xiàn)頻率較低的區(qū)域，可定期利用漏損普查系統(tǒng)進行漏點的排查，快速發(fā)現(xiàn)定位漏點，及時修復，減少水資源的浪費和經(jīng)濟的損失。

該系統(tǒng)主要解決由暗漏到明漏引起的爆管預警問題，曾為哥本哈根氣候峰會、上海世博會等國際盛會提供了供水管網(wǎng)安全運行的有效技術(shù)保障。

（四）區(qū)域壓力控制系統(tǒng)

壓力是造成管網(wǎng)漏損的一個主要原因，對個別區(qū)域管網(wǎng)壓力的控制可以有效地避免個別管網(wǎng)中不必要高壓力的出現(xiàn)，減少爆管事故的發(fā)生進而大幅度減少管網(wǎng)漏損率。壓力控制是目前最有效、最直接的一種管理方式。壓力控制是通過加裝調(diào)壓設備，在保證正常供水的前提下，根據(jù)用水量調(diào)節(jié)管網(wǎng)中的壓力，保證管網(wǎng)處于最優(yōu)的壓力條件下運行。

通過壓力控制，我們可以達到：

1、控制漏損

2、延長管網(wǎng)壽命（減少爆管）

3、提供穩(wěn)定供水服務

合理調(diào)配配水管網(wǎng)壓力，降低電力能耗

區(qū)域壓力控制，區(qū)別于供水管網(wǎng)整體的壓力調(diào)度，而是基于DMA分區(qū)或獨立小區(qū)域的壓力管理。它的優(yōu)勢在于影響范圍小，易實施，易對投入產(chǎn)出比做出預估；安裝施工相對比較簡單（通常管徑 ≤ DN300），并且多與DMA相結(jié)合，易于分析和監(jiān)測；可選最不良資產(chǎn)先行管理，效果可能更明顯；有多種PRV（減壓閥）控制方法，根據(jù)需要具體決定；宜做較大覆蓋率設計和規(guī)劃，逐步實現(xiàn)。

壓力管理的主要實施手段是建立用水需求與壓力之間的聯(lián)系，降低管道運行壓力可以最大限度地減少管道已存在漏點的漏水量。在滿足用戶需要的前提下改變了管網(wǎng)的壓力，減少輸送管網(wǎng)漏損。在重點地區(qū)、最不利點或者人口密集地區(qū)采取重點地區(qū)安裝便攜式壓力計，實時監(jiān)測壓力數(shù)據(jù)，控制壓力變化，保證供水安全。

首先對想要實施壓力控制的區(qū)域進行可行性評估，評估分析后，如該區(qū)域適合實施壓力控制，則根據(jù)實施區(qū)域的具體需求，可以進行以下兩種壓力控制方式：

（1）連續(xù)式壓力控制

（2）兩點式壓力控制

三、效果簡述

案例

青島市李滄區(qū)內(nèi)的某小區(qū)，建立起的DMA分區(qū)，在穩(wěn)定運行近一年之后，其運行狀態(tài)達到預期效果。這套基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)運行的水管理系統(tǒng)，提供管理者精細化管理服務，其主要成果如下：

9月20日晚間，李滄區(qū)某小區(qū)內(nèi)一處供水管道發(fā)生泄露，最后發(fā)展到爆管。到9月21日上午相關(guān)部門接到報警后，為保障居民日間的正常用水，在21日晚間對爆管處進行了修復。

此次發(fā)生爆管的位置位于一個監(jiān)測分區(qū)內(nèi)，通過管網(wǎng)漏損監(jiān)測系統(tǒng)顯示的數(shù)據(jù)，我們可以對整個事件的發(fā)生過程進行追蹤：泄露最先發(fā)生在9月20日晚上，并持續(xù)至9月22日凌晨修復。 圖2為系統(tǒng)監(jiān)測到的該小區(qū)供水管網(wǎng)流量的24小時趨勢圖。從圖中可以清晰的看出，9月21日（周五）全天流量均高于9月14日（周五）和9月7日（周五）的流量。

圖3為系統(tǒng)監(jiān)測到的該小區(qū)供水管網(wǎng)流量的一周趨勢圖。該圖顯示，9月20 日（周四）晚上供水管網(wǎng)流量突然上升，直至22日（周六）凌晨爆管處修復之前，管網(wǎng)流量始終高于以往相同時段的流量。管道修復后，流量恢復以往正常值。

此次發(fā)生爆管的是一處DN150的管道，泄露時間約為1天。通過夜間最小流量可以看出（圖4），該檢測區(qū)的夜間最小流量一直穩(wěn)定在13～15L/S，約合47～54m?/h；而發(fā)生爆管的當晚，夜間最小流量飆升至19.757L/S，約合70m?/h，相比之前正常值的水平，高出了將近5～7L/S，約合20m?/h。如果按照這個值算下來，一天的泄漏量在300～400t左右；在22日凌晨修復后，夜間最小流量從新回落到正常值的水平。

管網(wǎng)漏損監(jiān)測系統(tǒng)的另一大功能模塊：漏損監(jiān)測區(qū)域普查系統(tǒng)。在此次爆管事件中也展現(xiàn)了其強大的靈敏性和準確性。在爆管發(fā)生當晚，布置在爆管處附近的permalog+監(jiān)測探頭報告的數(shù)據(jù)信息為：Level值51dB，Spread值4（報警狀態(tài)）；在爆管處修復之后，該permalog+監(jiān)測探頭報告的數(shù)據(jù)信息為：Level值9dB，Spread值14（未報警狀態(tài)）。

至此，我們通過管網(wǎng)漏損監(jiān)測系統(tǒng)對此次爆管事件進行了全程的追蹤。這不僅提供了我們事件的報警，同時對于事件的回溯性上也提供了有力的支持。如此一套集管網(wǎng)數(shù)據(jù)信息于一身，提供多功能模塊，終端網(wǎng)頁登陸操作的管網(wǎng)漏損監(jiān)測系統(tǒng)，為管理者提供了一個可靠的、準確的、靈敏度高的精細化管理的操作平臺。