陳莉 邊海英
摘 要：本文針對供水主管網及小區管網不同的水流特性及管網條件，利用分區計量、夜間最小流量、DMA分區、水平衡等手段進行水量漏失的判斷和治理，從而降低管網漏損。
關鍵詞：供水管網漏失技術研究
一、 研究背景
在供用水管理活動中，漏失率是反映供水管理能力的一項重要指標，同時降低漏失是減少成本的一項重要舉措，2015年4月16日，國務院正式發布《水污染防治行動計劃》要求：到2017年底，供水管網漏損率控制在12%以內。
中原油田供水管理處現有供水管網660km，一直以來致力于科學規范計量、降低管網漏失的研究，通過加強供水工藝研究、規范供水行為、加大供水管網改造等方式，管網漏失率逐年改善，但同時供水主管網因跨越區域長，管線沿途情況復雜，用水敷設區域廣；居民小區因管網復雜、用戶復雜等原因治理效果不明顯，因此通過建立分區計量、利用DMA分區計量等技術手段進行漏失治理技術的研究，并通過研究成果開展漏失治理，達到降本增效的目的是十分必要的。
二、 主管網漏失治理技術研究
（一） 現狀調查
黃河供水系統是供水管理處主要的供水水源，2009年至2013年供水水量及占比見表一：
表2-1 黃河水系統歷年水量統計分析表
|
年 份 |
2009 |
2010 |
2011 |
2012 |
2013 |
|
水量（104m3） |
1128 |
1889 |
2097 |
2106 |
2106 |
|
日供水量（m3） |
3090 |
5175 |
5745 |
5770 |
5770 |
|
占總供水量（%） |
56.8 |
68.69 |
87.16 |
86.7 |
91.67 |
以上統計數據顯示：黃河系統供水量逐年遞增，占管理處全年供水量的85%以上。因此對其的研究具有典型性和代表性。
黃河供水系統覆蓋范縣、古云鎮、柳屯鎮、文留鎮、文南鎮、華龍區等縣區，輸水管線始建于1989～1993年，采用d1000～d1200鋼筋混凝土給水管，輸水長度50.4km，供水范圍第二、七、八、九、十社區。2006-2009年新建輸配水管線39.6km，供水范圍為第一、三社區。（見黃河水系統管網圖）
圖2-1 黃河水系統管網圖
（二） 水量漏失判斷
1、建立計量網絡
（1）選用安裝計量儀表
為滿足漏失測算的需要，根據管網分支節點情況，建立了計量網絡（見計量器具安裝統計表）。
表2-2 計量器具安裝統計表
|
序號 |
安裝位置 |
計量區域 |
計量器具名稱 |
規格型號 |
備注 |
|
1 |
黃河水廠出口計量 |
黃河水廠出口 |
超聲波流量計 |
DN1000 |
|
|
2 |
黃河水廠出口計量 |
黃河水廠出口 |
超聲波流量計 |
DN1000 |
|
|
3 |
李拐變院外 |
黃河水廠出水供濮城站南線 |
超聲波流量計 |
DN1000 |
|
|
4 |
李拐變院外 |
黃河水廠出水供濮城站北線 |
超聲波流量計 |
DN1000 |
|
|
5 |
李拐變院外 |
黃河水廠出水至一社區 |
超聲波流量計 |
DN800 |
|
|
6 |
采油一廠院外西北 |
黃河主管線至采油四廠分支 |
超聲波流量計 |
DN400 |
|
|
7 |
濮城加壓站 |
采油二廠進水 |
水表 |
DN300 |
|
|
8 |
濮城加壓站 |
濮城站至基地 |
超聲波流量計 |
DN800 |
|
|
9 |
煉油廠院內 |
柳屯地區分支計量 |
超聲波流量計 |
DN800 |
|
|
10 |
井下泵房院內 |
井下泵房進水計量 |
超聲波流量計 |
DN300 |
|
|
11 |
柳屯水廠院內 |
柳屯至三社區分區計量 |
超聲波流量計 |
DN400 |
|
|
12 |
鉆井四公司院內 |
第三管理區進水計量 |
超聲波流量計 |
DN400 |
|
|
13 |
S209省道西 |
柳屯地區至基地計量 |
超聲波流量計 |
DN800 |
|
|
14 |
工業園區泵房 |
工業園區計量 |
超聲波流量計 |
DN300 |
|
|
15 |
基地供水運行中心院內 |
基地供水運行中心 |
超聲波流量計 |
DN400 |
|
供水管理處長期使用的流量計量器具主要有：水平螺翼式水表、超聲波流量計、超聲波水表、電磁流量計、復式水表等，根據使用經驗對以上水表進行了對比，結果如下：
表2-3 常用流量計量器具比較
|
序號 |
計量器具名稱 |
計量特性 |
遠傳性能 |
安裝要求 |
存在問題 |
|
1 |
水平螺翼式水表 |
準確度等級：2級；量程比值較小 |
需更換遠傳表頭 |
直管段要求：U10D5 |
量程比較低，小流量不計量 |
|
2 |
超聲波流量計 |
準確度等級：1級；量程比值較高 |
可選用電流環、脈沖等輸出模式 |
直管段要求：U5D3；需接市電；不得有強磁強電干擾 |
需要接市電，野外安裝不適宜 |
|
3 |
超聲波水表 |
準確度等級：2級；量程比值較小 |
可選用電流環、脈沖等輸出模式 |
直管段要求：U5D3；安裝電池，不需要接市電；不得有強磁強電干擾 |
對電池要求高，電壓下降計量不準確 |
|
4 |
電磁流量計 |
準確度等級：1級；量程比值較小 |
脈沖輸出 |
直管段要求：U5D3；需要市電；不得有強磁強電干擾 |
價格較高；需定期清洗探頭 |
|
5 |
復式水表 |
準確度等級：2級；量程比值較小 |
無遠傳輸出 |
直管段要求：U10D5 |
對閥控要求較高，會出現水表倒轉 |
通過綜合比較分析，為保證量值的準確可靠，充分考慮下游用戶用水情況和流量范圍，統一選擇超聲波流量計。
為保證計量器具安裝質量，小組成員對流量計的安裝情況進行了檢查和考核。（見流量計安裝考核評分表）
表2-4流量計安裝考核評分表
|
序號 |
計量點 |
安裝環境 |
參數設置 |
儀器自檢 |
流量測算 |
結論 |
|
1 |
李拐變北線 |
▲ |
▲ |
● |
● |
▲ |
|
2 |
李拐變南線 |
▲ |
▲ |
▲ |
● |
▲ |
|
3 |
李拐至一社區 |
▲ |
▲ |
● |
● |
▲ |
|
4 |
至采油四廠計量 |
▲ |
● |
● |
▲ |
▲ |
|
5 |
S209省道西 |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
|
6 |
井下泵房 |
▲ |
▲ |
▲ |
● |
▲ |
|
評分要求： 1、 安裝環境：合格：無強磁強電干擾無震動；基本合格：有干擾但有防護措施；不合格：有干擾且無防護措施。 2、 參數設置：合格：管徑、壁厚等參數完全符合現場數據；基本合格：參數設置與現場數據誤差≤2%；不合格：參數設置與現場數據誤差＞2%。 3、 儀器自檢：合格：信號質量、信號強度在85以上；基本合格：信號強度、信號質量在65～84之間；不合格：信號強度、信號質量小于65。 4、 流量測算：將考核流量計與其下游計量器具進行比較。合格：兩者誤差≤5%；基本合格：兩者誤差5%～10%；不合格：兩者誤差＞10%。 5、 結論：三個或以上合格或兩個合格、兩個基本合格結論為合格；三個基本合格結論為基本合格；有一項為不合格即判定為不合格 |
||||||
合格：▲ 基本合格：● 不合格：△
（2）計量器具檢定或在線檢測。
黃河系統使用的計量器具屬于大口徑水表，而現階段我國大口徑水表檢定存在兩種問題，一是檢定機構少，檢定費用高，因現場條件不同于實驗室環境，可能檢定合格的表在現場不一定就準確；二是送檢非常困難，需要大面積停水，運輸費、人工費高。綜上所述，我們決定采用在線比對的方式來確定量值的準確。
為確保在線檢測結果的準確可靠，小組組織有關計量專業人員，對檢測過程、環境、設備等進行了分析，起草了《超聲波流量計在線檢測技術要求》。并對黃河系統在用的8臺超聲波流量計和水表進行了在線比對。比對情況如下：
表2-5 流量計/水表比對記錄
|
序號 |
計量點名稱 |
計量器具名稱 |
在線比對結論 |
備注 |
|
1 |
黃河水廠出廠水1 |
超聲波流量計 |
單次測量誤差：0. 8%，測量結果的不確定度：U(x)=0.2 |
|
|
2 |
黃河水廠出廠水2 |
超聲波流量計 |
單次測量誤差：1%，測量結果的不確定度：U(x)=0.24 |
|
|
3 |
第一管理區接收計量 |
超聲 波流量計 |
單次測量誤差：3.6%，測量結果的不確定度：U(x)=0.51 |
|
|
4 |
第四管理區接收計量 |
超聲波流量計 |
單次測量誤差：2.1%，測量結果的不確定度：U(x)=0.47 |
|
|
5 |
采油三廠接收計量 |
超聲波流量計 |
單次測量誤差：0. 9%，測量結果的不確定度：U(x)=0.159 |
|
|
6 |
井下接收計量 |
水表 |
單次測量誤差：4.5%，測量結果的不確定度：U(x)=0.39 |
|
|
7 |
采油二廠接收計量 |
水表 |
單次測量誤差：2.4%，測量結果的不確定度：U(x)=0.44 |
|
|
8 |
基地運行中心接收計量 |
超聲波流量計 |
單次測量誤差：1.2%，測量結果的不確定度：U(x)=0.28 |
|
根據管網布局繪制魚骨式水平衡圖
圖2-2 黃河水系統魚刺式水平衡圖
2、建立供水管網遠傳監控系統。一是所有計量器具實現遠傳；二是對水量進行實時監測，可以調取任何時間段的水量信息；三是通過GPRS上傳，授權用戶進行查閱。（管網監測系統見下圖）
圖2-3管網監控系統圖
（三） 漏失分析和查找
存在未計水量的原因主要有：一是管線漏損；二是未按表計量；三是計量管理，如計算錯誤、人情用水、未入賬的消防用水等。但作為主要供水管網，基本不存在計量管理方面的原因，因此我們重點對管線漏損進行分析。
圖2-4漏失原因關聯圖
根據關聯圖的查找出的所有因素，我們制定了相應的對策：
（1）根據管理處的有關規定，針對主管網10天進行一次管線巡視，按照管理轄區由黃河水源管理區、第一管理區、第二管理區、第三管理區、第四管理區、第五管理區、基地運行中心分段實施，各責任部門成立巡線班組，填寫巡線記錄，并及時上報管理處生產科。
（2）建立供水管網遠傳監控系統。一是所有計量器具實現遠傳；二是對水量進行實時監測，可以調取任何時間段的水量信息；三是通過GPRS上傳，授權用戶進行查閱。
（3）定期按照水平衡圖進行水量的統計分析，關注水量的增減變化，確定水量異常的區域和范圍。
（4）強化施工質量管理。做好施工技術交底，監督施工過程尤其是隱蔽工程，加強夜間施工的監督。
（5）定期開展管線探測,主要對主管線兩側的分支管線進行探測。
（6）針對可疑用戶提取水樣，進行水質的對比分析。
三、 小區管網漏失治理技術研究
（一）現狀調查
干城一二區建成于1989年，并于2013年進行了供水管網改造（見干城一二區管網圖），現有用戶1194戶，平均月供水量（7000～11000）m3左右。2015年4月抄表發現水量顯著增加，見表2-1。
表3-1干城一二區水量統計表
|
月份 |
2014.10 |
2014.11 |
2014.12 |
2015.1 |
2015.2 |
2015.3 |
2015.4 |
2015.5 |
|
水量（m3） |
8276 |
9700 |
9238 |
9126 |
6952 |
7136 |
11470 |
21532 |
由上表分析得出：2014年至2015年3月干城一二區水量比較穩定，2015年4月份水量增加，5月份水量創下歷史新高。綜合分析，小區未增加新用戶，初步估計小區存在水量漏失。
（二）水量漏失判斷
國內公認的漏失主要由賬面漏失和物理漏失組成，賬面漏失主要包括非法用水（偷水或欺詐）和表計誤差；物理漏失主要包括輸水管及干管漏水量、水池水塔等滲漏及溢流、進戶管漏失量等。
1、表計誤差判斷。2015年3月干城一二區原可拆卸螺翼式水表更換為超聲波水表，準確度等級由原來的2級提高到1級，量程比增加到160，實現小流量的準確計量。選用的超聲波水表安裝前經濮陽市水表檢測站檢定合格。
2、利用夜間最小流量法判斷管網漏失。夜間最小流量原理：一般在晚上用戶用水量最低，如果管網無滲漏，夜間最小流量只包括用戶夜間用水和背景泄漏，此時定量泄漏最準確，通過將夜間最小流量表示為平均流量的百分數，如果這個數值比預先確定的參考值大就表示需要檢漏。
圖2-1干城一二區管網圖
夜間最小流量根據本地居民的生活習慣不同其取值也不相同，油田基地區域居民一般在1點以后基本上不再用水，因此將1：00～4：00時間段的流量作為夜間流量最小流量測算的最佳時間。
干城小區安裝超聲波水表，且水表數據已實現實時遠傳，每5分鐘上傳一次數據，為夜間最小流量的統計分析提供了技術保障，為此我們對干城一二區3月25日～26日及6月10日～11日的流量數據進行比較分析，數據統計見表2-2。
由表2-2數據統計分析：干城一二區發現管網漏失前（3月25日～26日）夜間因子最大達到11%，4月份發現計量異常后夜間因子達到40%以上，存在管線滲漏。
表3-2 干城一二區日流量統計表
|
時段 |
流量（m3） |
3月25日 |
3月26日 |
|
6月10日 |
6月11日 |
|
日間
|
5：00 |
15 |
12 |
23 |
30 |
|
|
6：00 |
19 |
17 |
42 |
40 |
||
|
7：00 |
20 |
20 |
41 |
49 |
||
|
8：00 |
23 |
21 |
50 |
48 |
||
|
9：00 |
24 |
24 |
43 |
38 |
||
|
10：00 |
22 |
20 |
40 |
30 |
||
|
11：00 |
25 |
22 |
49 |
46 |
||
|
12：00 |
26 |
25 |
47 |
47 |
||
|
13：00 |
23 |
20 |
38 |
40 |
||
|
14：00 |
18 |
19 |
39 |
34 |
||
|
15：00 |
20 |
16 |
38 |
33 |
||
|
16：00 |
19 |
19 |
41 |
42 |
||
|
17：00 |
22 |
20 |
42 |
40 |
||
|
18：00 |
21 |
24 |
44 |
40 |
||
|
19：00 |
23 |
20 |
45 |
41 |
||
|
20：00 |
20 |
21 |
42 |
38 |
||
|
21：00 |
20 |
22 |
41 |
41 |
||
|
22：00 |
19 |
18 |
32 |
36 |
||
|
23：00 |
16 |
14 |
21 |
20 |
||
|
24：00 |
12 |
10 |
18 |
19 |
||
|
夜間 |
1：00 |
8 |
6 |
16 |
14 |
|
|
2：00 |
2 |
1 |
17 |
18 |
||
|
3：00 |
3 |
4 |
17 |
16 |
||
|
4：00 |
6 |
5 |
21 |
19 |
||
|
統計分析 |
累計流量（m3） |
426 |
400 |
847 |
819 |
|
|
夜間最小流量（m3） |
2 |
1 |
16 |
14 |
||
|
平均流量（m3） |
17.75 |
16.67 |
35 |
34.1 |
||
|
因子（%） |
11% |
6% |
45.7% |
41% |
（三）漏失治理技術研究
干城一二區屬于典型的居民小區，管網呈枝狀分布，主管網共有14個分支管線，每個分支均安裝閥門，因此通過夜間關閉閥門判斷漏失區域是簡便、直接的方式。
1、2015年6月15日24：00，我們對小區分支管線逐個關閉閥門判斷漏失區域。經排查J3閥井關閉后夜間流量變化顯著，超聲波流量計瞬時流量由12m3/h降至2m3/h，因此確定J3閥井后長達150m的管線存在漏失。
因該區域供水管線于2013年進行了改造，且小區路面進行了硬化，因此在漏失排查過程中存在以下問題：
（1）供水管線埋深500mm,小區路面覆蓋瀝青，樓前管覆蓋步磚或砼路面，明漏不易發現。
（2）因供水管線材質為PE管，因此無法使用管線探測儀判斷是否存在竊水。
經研究，決定使用便攜式超聲波流量計劃分區域分段進行排查，流量計安裝分布圖如下：
圖3-2 表井安裝位置圖
（四）超聲波流量計現場比對技術要求：
①確保標準表的準確性。為保證作為標準表的超聲波流量計具有較好的測量精度和復線性，在現場使用前送往技術監測中心水大流量檢定室對儀表的零點和誤差進行了修正。
②傳感器的安裝點應選擇在流場均勻分布的直管段部分。
③安裝傳感器的區域必須清理干凈，除掉銹跡油漆，如有防銹層也應去掉，用角磨機打光，使之露出金屬的原有光澤，再用干凈抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰塵。
④在安裝區域涂上耦合劑時，耦合劑內不得有灰塵、氣泡等，耦合劑要密實。
⑤安裝完成后信號強度需達到75以上，信號質量達到90以上方可進行管道測流。
（3）繪制枝狀水平衡
根據超聲波流量計在線比對結果繪制枝狀水平衡圖（見圖2-3）
圖3-3 枝狀水平衡圖
根據水平衡分析：漏失點確定在表井3和南住宅樓之間20米長的區域內。
（五）成果應用
2015年9月根據漏失治理技術研究的成果，對干城一二區疑似漏失點20米的管線進行開挖，發現管線穿孔一處，泄漏量達 (15～20)m3/h,現場判斷：在老舊小區改造過程中因管線填埋后，路面夯實施工中造成管線破裂。
于是對該段管線的漏點進行了治理，治理后水量變化如下（下圖為遠傳監控系統數據分析截圖）
圖3-4干城一二區水量數據統計分析圖
由上圖可以看出，治理后水量發生大幅度下降，治理效果顯著。
四、結論
供水管網漏失治理是一個常態性的工作，供水部門應定期開展動態的水量檢測、管網探查和漏失點的定位查找，并充分利用流量監控系統、噪聲監測系統、壓力監控系統等技術手段實現漏點的在線監測，確保實現供水管網漏損控制要求。
第一作者簡介：
姓名：陳莉
職務：業務主管
職稱：工程師
畢業院校：2005年7月畢業于中國人民大學網絡教育學院法學專業
通信地址：河南省濮陽市華龍區中原油田供水管理處
郵政編碼：457001
第二作者簡介：
姓名：邊海英
職務：干事
職稱：工程師
畢業院校：2015年1月畢業于中國石油大學（北京）石油工程專業
通信地址：河南省濮陽市華龍區中原油田供水管理處
郵政編碼：457001
