DMA分區(qū)在城鄉(xiāng)供水一體化模式中的規(guī)劃應(yīng)用

吳登將

(福建省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，福建福州350000)

供水分區(qū)(district meter area，DMA)最早由英國水工業(yè)協(xié)會(huì)于20世紀(jì)80年代提出[1]，是指將整個(gè)城鎮(zhèn)公共供水管網(wǎng)劃分成若干個(gè)供水區(qū)域，進(jìn)行流量、壓力、水質(zhì)和漏點(diǎn)監(jiān)測，以實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)漏損分區(qū)量化及有效控制的精細(xì)化管理。分區(qū)計(jì)量管理引入國內(nèi)后，先后在北京城區(qū)[2]、上海城區(qū)[3]、紹興城區(qū)[4]等縣級以上城區(qū)得以實(shí)踐。近年來，隨著國家對農(nóng)村飲水的重視，城鄉(xiāng)供水一體化試點(diǎn)分批開展，供水管網(wǎng)由城市延伸、覆蓋至鄉(xiāng)鎮(zhèn)，“能延則延、能并則并”，城鄉(xiāng)供水格局發(fā)生了顯著變化。

DMA分區(qū)管理目前在地級市、縣城區(qū)域應(yīng)用較多，但在城鄉(xiāng)供水一體化模式下尚缺少實(shí)踐研究。筆者基于山區(qū)型城市城鄉(xiāng)供水一體化的供水分區(qū)特征，探討各級DMA分區(qū)的規(guī)劃原則和構(gòu)建模式，以期為該模式下的DMA分區(qū)規(guī)劃設(shè)計(jì)和運(yùn)行管理提供參考借鑒。

1 DMA分區(qū)規(guī)劃原則與構(gòu)建模式研究

1.1 城鄉(xiāng)供水一體化模式的特征

對于東南沿海山區(qū)型城市實(shí)施城鄉(xiāng)供水一體化，由于地勢、水源、投資條件的影響，無法真正實(shí)現(xiàn)城鄉(xiāng)“同源、同網(wǎng)、同服務(wù)”的全覆蓋，目前通常做法是以縣為單元，將供水分區(qū)分為3個(gè)層級：城區(qū)供水區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水區(qū)、村級供水區(qū)。一般城區(qū)供水區(qū)管網(wǎng)輻射至周邊其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)，鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水區(qū)管網(wǎng)由集鎮(zhèn)水廠延伸至附近行政村，村級供水區(qū)則相對獨(dú)立。

城區(qū)供水區(qū)在中心城區(qū)范圍內(nèi)供水管網(wǎng)呈環(huán)狀分布，延伸至郊區(qū)或其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)則呈樹狀網(wǎng)布置，整體上為環(huán)狀和樹狀網(wǎng)相結(jié)合的供水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)；鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水區(qū)和村級供水區(qū)，其供水管網(wǎng)則主要呈樹狀網(wǎng)干支管分布。

1.2 DMA分區(qū)原理

DMA分區(qū)旨在將供配水系統(tǒng)切割成若干虛擬或?qū)嶋H的獨(dú)立區(qū)域，通過對進(jìn)入或流出這一區(qū)域的水量進(jìn)行計(jì)量，利用水量平衡原理定量分析泄漏水平，從而建成覆蓋供水管網(wǎng)的流量計(jì)量傳遞體系，分析各級產(chǎn)銷差，以有利于檢漏人員進(jìn)行主動(dòng)泄漏控制。水量平衡計(jì)算如式(1)所示：

I入-O出-∑Q用戶=ΔS

(1)

式中,I入、O出分別為給定時(shí)段內(nèi)獨(dú)立區(qū)域進(jìn)水、出水的總水量，m3；Q用戶為用戶用水量，m3；ΔS為漏損水量，m3。

DMA一般采用最小夜間流量法(minimum night flow，MNF)來控制漏損，其原理為：夜間凌晨用水量較小且穩(wěn)定，設(shè)定一個(gè)合理的用戶水量值，通過流量計(jì)監(jiān)測DMA進(jìn)出水流量即可得漏損量，并以此量化DMA的漏損水平。

1.3 DMA分區(qū)規(guī)劃原則

城鄉(xiāng)供水一體化模式下的DMA分區(qū)需要合理規(guī)劃，分區(qū)不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致管理困難和水質(zhì)出現(xiàn)問題，應(yīng)盡量考慮區(qū)域計(jì)量分區(qū)、壓力分區(qū)和管理分區(qū)相結(jié)合，并且力求經(jīng)濟(jì)性、效益性最大化。筆者在分析各層級供水片區(qū)特征的基礎(chǔ)上，提出了如下各級供水區(qū)DMA的規(guī)劃原則。

1.3.1 城區(qū)DMA規(guī)劃

受資金、地形、管理以及管網(wǎng)本身等因素的考慮，分區(qū)工作逐級進(jìn)行，城區(qū)供水區(qū)是主要用水區(qū)域，也是管道漏損的重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域，從供水片區(qū)到小區(qū)用戶按4個(gè)供水分區(qū)級別進(jìn)行分區(qū)規(guī)劃。

一級分區(qū)：整個(gè)供水大的片區(qū)，取出廠流量計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行流量管理。

二級分區(qū)：將整個(gè)城區(qū)供水區(qū)域以行政或河道等標(biāo)志性地理位置進(jìn)行片區(qū)劃分，在分區(qū)分界處安裝流量計(jì)(含壓力)。

三級分區(qū)：針對二級分區(qū)的主管網(wǎng)進(jìn)行小的DMA分區(qū)劃分，比如在環(huán)狀管網(wǎng)和樹狀網(wǎng)的交界點(diǎn)設(shè)分區(qū)邊界，某些片區(qū)在保證供水壓力滿足的情況下，可安裝邊界閥門進(jìn)行隔離，在安裝流量計(jì)之前，應(yīng)在夜間針對劃分的分區(qū)做零壓測試，即關(guān)閉分區(qū)的閥站可形成該區(qū)域的停水。

四級分區(qū)：在小區(qū)或產(chǎn)業(yè)園區(qū)的入口處安裝流量計(jì)，如有二次供水且二次供水泵房里有入口流量計(jì)的小區(qū)，可不安裝入口流量計(jì)，直接調(diào)取泵房的流量計(jì)數(shù)據(jù)。

1.3.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)DMA規(guī)劃

鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水區(qū)供水管網(wǎng)呈支狀管網(wǎng)分布，居民住房分布較為分散，與城市小區(qū)用水模式有所區(qū)別。為保障鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水的穩(wěn)定性，鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水區(qū)普遍在供水管道配備高位水池，入戶管則由高位水池接入到居民用戶。鄉(xiāng)鎮(zhèn)DMA分區(qū)按三級劃分。

一級分區(qū)：取集鎮(zhèn)出廠流量計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

二級分區(qū)：取支狀管網(wǎng)的集鎮(zhèn)出廠流量計(jì)的數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，重要分支處安裝流量計(jì)。

三級分區(qū)：若建有高位水池，高位水池出口作為分區(qū)節(jié)點(diǎn)，監(jiān)測出口流量；若未建設(shè)高位水池，在入村管道處布置流量計(jì)。

1.3.3 村級DMA規(guī)劃

村級供水區(qū)的供水對象大多為供水管網(wǎng)無法延伸到的偏僻村落，普遍采用一體式凈水站，考慮投資預(yù)算，不建議更深入進(jìn)行分區(qū)規(guī)劃，僅將出廠流量作為片區(qū)流量管理節(jié)點(diǎn)。

1.4 DMA構(gòu)建模式

根據(jù)供水布局、管網(wǎng)特征、漏損控制現(xiàn)狀、建設(shè)資金等實(shí)際情況，可將DMA分區(qū)歸納為2種基本構(gòu)建模式：①由最高一級分區(qū)到最低一級分區(qū)逐級細(xì)化的建設(shè)方式，即自上而下的分區(qū)路線；②由最低一級分區(qū)到最高一級分區(qū)逐級外擴(kuò)的建設(shè)方式，即自下而上的分區(qū)路線。

自上而下和自下而上的建設(shè)方式各有優(yōu)勢，根據(jù)具體情況也可采用兩者相結(jié)合的路線。一般情況下，基礎(chǔ)資料較完善、拓?fù)潢P(guān)系簡單、以輸配水干線漏損為主的管網(wǎng)，宜優(yōu)先采用自上而下的分區(qū)路線。否則采用自下而上的分區(qū)路線。

2 DMA規(guī)劃案例應(yīng)用

2.1 地區(qū)基本情況

某縣位于東南沿海省份山區(qū)，受限于地形地貌與水資源分布的特征，共劃分為1個(gè)城區(qū)供水區(qū)(供水規(guī)模12.5×104m3/d)、5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水區(qū)(供水規(guī)模1 000～10 000 m3/d)、172個(gè)村級供水區(qū)(1 000 m3/d以下)，全縣總供水規(guī)模為16×104m3/d。鄉(xiāng)鎮(zhèn)供水區(qū)和村級供水區(qū)管網(wǎng)為新建項(xiàng)目，城區(qū)供水區(qū)則部分利舊原供水管，項(xiàng)目完成后城鄉(xiāng)自來水普及率達(dá)到99.4%，1 000 m3/d以上水廠的供水服務(wù)人口比例達(dá)到87.2%。

2.2 DMA分區(qū)規(guī)劃

2.2.1 城區(qū)DMA分區(qū)

城區(qū)供水區(qū)涵蓋2個(gè)街道、4個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，天然SX河流將某縣中心城區(qū)分為南北兩片，采用自上而下和自下而上相結(jié)合的方式規(guī)劃實(shí)施城區(qū)DMA分區(qū)建設(shè)。以SX河流為界，將城區(qū)供水區(qū)分為水北和水南2個(gè)二級DMA分區(qū)，基于二級分區(qū)再劃分出6個(gè)三級DMA分區(qū)，如圖1所示。

圖1 城區(qū)DMA分區(qū)和監(jiān)測點(diǎn)部署Fig.1 Urban DMA and layout of monitoring points

分區(qū)時(shí)主要考慮的問題包括：①老城區(qū)利舊原供水管道與延伸到鄉(xiāng)鎮(zhèn)的新建管道的漏損水平存在明顯差異，在劃分三級DMA分區(qū)時(shí)，對新舊管網(wǎng)加以分割。②由城區(qū)延伸至鄉(xiāng)鎮(zhèn)的新建管網(wǎng)，由于鄉(xiāng)鎮(zhèn)高程水頭較大，主干管中途設(shè)置加壓泵站，以此為重要節(jié)點(diǎn)作為三級DMA分區(qū)分界。③供水區(qū)內(nèi)涉及6個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)街道，行政區(qū)邊界是重要的管理界線，主干管和行政分區(qū)界交匯處分割獨(dú)立分區(qū)。

城區(qū)管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜，不具備四級分區(qū)全覆蓋的建設(shè)條件，結(jié)合智能水表部署情況，在三級DMA分區(qū)內(nèi)，選擇4個(gè)普及智能水表的小區(qū)作為四級DMA分區(qū)建設(shè)點(diǎn)，建立總分表關(guān)系(見表1)，后續(xù)再逐步擴(kuò)充直至三四級DMA分區(qū)閉合。

表1 四級DMA分區(qū)試點(diǎn)成果Tab.1 Pilot results of fourth level DMA

2.2.2 鄉(xiāng)鎮(zhèn)DMA分區(qū)

選取5個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)中某鄉(xiāng)為例，集鎮(zhèn)水廠供水規(guī)模為1 500 m3/d，供水管網(wǎng)自水廠以樹狀干支管分布，支管末端建設(shè)有高位水池11座，再由水池蓄水供給入戶。采用自上而下的方式規(guī)劃鄉(xiāng)鎮(zhèn)DMA分區(qū)建設(shè)，共劃分3個(gè)二級DMA分區(qū)、11個(gè)三級DMA分區(qū)。DMA分區(qū)邊界如下：①在線監(jiān)測集鎮(zhèn)水廠出廠流量作為整個(gè)片區(qū)一級DMA分區(qū)的供水總量。②在主要支干管分叉處設(shè)置流量計(jì)，控制2個(gè)以上高位水池進(jìn)水量，作為二級分區(qū)的節(jié)點(diǎn)。③每個(gè)高位水池出流作為三級DMA分區(qū)界限。

2.2.3 村級DMA分區(qū)

在線監(jiān)測172個(gè)供水規(guī)模在1 000 m3/d以下凈水站的出廠流量，入戶端抄表作為用水端統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，以此統(tǒng)計(jì)村級供水區(qū)的漏損狀況。

3 結(jié)論與建議

① DMA分區(qū)規(guī)劃應(yīng)充分考慮行政區(qū)域、自然條件、工程布局、供水管理需求等多方面因素，對不同層級的供水區(qū)采取不同的分區(qū)原則，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的供水分區(qū)規(guī)劃。

② DMA分區(qū)建設(shè)模式對分期逐級完善DMA分區(qū)至關(guān)重要。管網(wǎng)工程是新建項(xiàng)目不涉及老舊管網(wǎng)，或舊管網(wǎng)有較完整的物探數(shù)據(jù)、管網(wǎng)圖紙完整，可采用自上而下的DMA分區(qū)建設(shè)模式，反之建議采取自下而上或兩者相結(jié)合的模式進(jìn)行規(guī)劃實(shí)施。