CN104929191A - 供水管网的漏损控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种供水管网的漏损控制方法，包括：根据PRZ压力最不利点的压力数据，计算PRZ压力最不利点的压力与管网最低压力要求的差值，然后根据该差值调节水厂出水压力；根据DMA入口处的流量和压力监测结果，确定DMA压力调控的优化等级以及确定各DMA是否适合进行压力调控；根据DMA入口处的流量监测结果和管网长度，确定DMA进行漏损监测的优先等级，并进一步确定各DMA的管网维护更新方案。该方法将基于压力控制的漏损控制方法和基于管网维护更新的漏损控制方法相融合，将压力控制见效快的优点和管网维护更新更彻底的优点相结合，同时克服了各自的缺点。

Description

供水管网的漏损控制方法

技术领域

本发明涉及供水管网的漏损检测技术领域，特别是指一种供水管网的漏损控制方法。

背景技术

供水管网漏损是一个全球性的问题，根据文献报道，目前全球平均管网漏损率(从管网中漏掉的水量除以供水总量)为35％。因此，为了节约水资源，实现可持续发展，必须降低管网漏损。管网漏损发生的原因有很多，如管道主体破损、管道连接处破损、管道附件(闸、阀、消火栓等)漏水等。

目前主流的漏损控制方法有管网维护更新和管网压力控制两种方法。

(1)管网维护更新

通过修补管网上的破损点或者更换新管道，可以减少管网漏损，因为它从根本上消除了漏损水量的出口。但是这种方法见效慢：一方面是因为管网破损点比较难以发现，另一方面是因为管道的维修和更换周期都比较长；成本高：破损点的查找、地面开挖、新管道更换等都是成本很高的工程。

(2)管网压力控制

管网压力控制是另一种控制管网漏损的方法，因为它降低了现有管道破损状况下的水的泄漏速度。这种方法见效比较快，压力降低之后漏损可以立即有所降低，而且在采用水厂降压时，可以把整个管网的压力都降低，控制得范围比较大。但是这种方法仅暂时地降低了泄漏的速度，并不能从根本上改善管网的健康状况。另外，在采用管网压力控制时，局部低压会对整个压力控制方案的制定产生影响。因此，管网压力控制的应用也会受到诸多限制。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提出一种供水管网的漏损控制方法，以提高管网漏损控制的效率。

基于上述目的，本发明提供的供水管网的漏损控制方法包括：

将供水管网按照水厂的供水范围划分成压力调控区PRZ；

将每个压力调控区内的供水管网划分成若干个独立计量区DMA；

在所述DMA的入口处安装流量监测仪和压力计，实时连续监测并记录流量数据和压力数据；

确定PRZ内的压力最不利点，在所述压力最不利点安装压力计，实时连续监测并记录该点的压力数据；

根据PRZ压力最不利点的压力数据，计算PRZ压力最不利点的压力与管网最低压力要求P₀的差值，确定水厂的压力调控值，然后根据该压力调控值来调节水厂出水压力；

调节水厂出水压力后，从收集到的DMA流量数据中，提取每日夜间最小流量并构建夜间最小流量的流量-时间曲线，确定最近的夜间最小流量平均值代表该DMA的漏损流量L，从收集到的压力数据中提取最近的平均压力P；

将DMA最低水压需求P₀除以P，再乘以L，得到该DMA预期的节约用水量，将所述节约用水量乘以水价，得到预期收益；

计算压力控制设备及施工的成本，将所述成本除以所述预期收益得到成本回收期，将所有DMA按照成本回收期由短到长的顺序排序，确定各个DMA压力调控工作的优先等级。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括：

对DMA进行压力调控后，计算各DMA的漏损流量与管网长度的比值，再将所有DMA按照该比值由大到小进行排序，按照此顺序对DMA进行漏损监测；

根据各DMA漏损监测结果，权衡漏损点修复或者更换新管道的成本与收益，确定是否需要修复发现的漏损点或者更换新管道。

在本发明的一些实施例中，所述压力最不利点位于距离水厂最远的地方或者地面高程最高的地方。

在本发明的一些实施例中，所述将每个压力调控区内的供水管网划分成若干个独立计量区DMA的步骤包括：

通过关闭边界阀门的方式将每个PRZ内的供水管网划分成若干个DMA，每个DMA仅留一至两个入口与外界供水管网连通，每个DMA的规模范围为2000～8000个用水户。

在本发明的一些实施例中，将时间划分为日间6:00-24:00和夜间0:00-6:00两个时段，根据收集的压力最不利点的压力数据，分别计算这两个时段内的PRZ压力最不利点的平均压力，将其减去管网所需的最低压力P₀，则分别得到这两个时段的压力调控值，然后根据该压力调控值来调节水厂出水压力。

在本发明的一些实施例中，设定回收期为0.8-1.2年，若DMA的成本回收期小于设定的回收期，则对其进行压力调控，反之，则不对其进行压力调控。

在本发明的一些实施例中，所述权衡漏损点修复的成本与收益的步骤包括：

结合经济因素、漏损可能引起的其它问题和当地的政策因素来权衡漏损点修复的成本与收益；

其中，所述经济因素包括修复漏损的开挖、维修、填埋、漏水量所产生的成本，所述其他问题包括水质问题和地基问题，所述政策因素包括是否对漏损率的控制有强制性规定。

在本发明的一些实施例中，所述方法还包括：一定时间之后，判断当前的漏损控制是否达到既定的漏损控制目标，若否，则重新执行上述步骤，直到达到既定的漏损控制目标，若是，则结束漏损控制。

从上面所述可以看出，本发明提供的供水管网的漏损控制方法将基于压力调控和基于管网维护更新的漏损控制方法结合，结合各自的优点，克服各自的缺点。在进行压力控制时，先根据管网最不利点的压力情况，确定出厂水压的合理值，再根据各DMA的压力和漏损现状，考虑压力控制设备的总投入成本和预期收益，确定压力控制是否经济有效。在进行管网维护更新时，以DMA漏损流量与管网长度的比值为指标，此值越大，表明该DMA越应优先进行管网漏损监测。根据监测结果，结合考虑修复漏损的开挖、维修、填埋、管道更新、漏水量等经济因素，漏损可能引起的水质、地基下陷等问题，以及当地的政策因素，最终确定漏损控制的优化维护措施。

因此，本发明提供的供水管网的漏损控制方法将基于压力控制的漏损控制方法和基于管网维护更新的漏损控制方法相融合，将压力控制见效快的优点和管网维护更新更彻底的优点相结合，同时克服了各自的缺点。而且，该方法在进行压力控制和管网维护更新时，充分考虑了效益最大化，从而可以最大程度地发挥有限的人力和物力的作用。所以，本发明提供的方法对于指导管网漏损控制工作具有重要的意义，尤其是对于我国复杂环状管网更是如此。

附图说明

图1为本发明提供的供水管网的漏损控制方法的一个实施例的流程示意图；

图2为本发明提供的供水管网的漏损控制方法实施例中供水管网的划分示意图；

图3为本发明提供的供水管网的漏损控制方法的另一个实施例的流程示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。

参照附图1，为本发明提供的供水管网的漏损控制方法的一个实施例的流程示意图。

所述供水管网的漏损控制方法，包括：

步骤101：将供水管网按照水厂的供水范围划分成压力调控区(简称PRZ)。

PRZ的数量与水厂数量相同，由同一个水厂供水的管网被划分在同一个PRZ内。

步骤102：将每个PRZ内的供水管网划分成若干个独立计量区(简称DMA)。较佳地，通过关闭边界阀门的方式将每个PRZ内的供水管网划分成若干个DMA，每个DMA仅留一至两个入口与外界供水管网连通，每个DMA的规模范围为2000～8000个用水户。则整个供水管网形成了PRZ内部嵌套DMA的分级分区管理格局，参见图2，图中黑色圆点为DMA的入口。

步骤103：在所述DMA的入口处安装流量监测仪和压力计，实时连续监测并记录流量数据和压力数据。

较佳地，最好采用在线流量监测仪和压力计。记录的时间间隔以5分钟为宜，也可以其它时间间隔记录，但不宜超过15分钟。数据采集完成后，可以用无线传输的方式，传回后台服务器，也可以人工有线导出。这与具体采用的流量计和压力计的型号有关。

步骤104：确定PRZ内的压力最不利点，在所述压力最不利点安装压力计，实时连续监测并记录该点的压力数据。其中，所述压力最不利点一般位于距离水厂最远的地方或者地面高程最高的地方。

可选地，记录的时间间隔以5分钟为宜，也可以其它时间间隔记录，但不宜超过15分钟。数据采集完成后，可以用无线传输的方式，传回后台服务器，也可以人工有线导出。这与具体采用的压力计的型号有关。

步骤105：根据PRZ压力最不利点的压力数据，计算PRZ压力最不利点的压力与管网最低压力要求P₀的差值，确定水厂的压力调控值，然后根据该压力调控值来调节水厂出水压力。其中，管网最低压力要求一般由市政规划、消防要求等多方面的因素共同确定。

在不同时段，PRZ压力最不利点的压力不同，因此该压力调控值在不同时段也不同。需要根据该压力调控值的变化，时时调节水厂出水压力。但是在实际应用中，可简化为日间(6:00-24:00)和夜间(0:00-6:00)两个时段。根据收集的压力最不利点的压力数据，分别计算这两个时段内的PRZ压力最不利点的平均压力，将其减去管网最低压力，则分别得到这两个时段的压力调控值，然后分别调节水厂出水压力。

需要说明的是，在保证最不利点压力需求的同时，应尽量减小冗余水压，这样可以减小管网的整体水压，从而降低管网漏损。

步骤106：调节水厂出水压力后，从收集到的DMA流量数据中，提取每日夜间最小流量并构建夜间最小流量的流量-时间曲线，确定最近的夜间最小流量平均值代表该DMA的漏损流量L，从收集到的压力数据中提取最近的平均压力P。其中，所述夜间最小流量一般发生在凌晨2点到4点之间。

在本发明的一个实施例中，可以设定7天作为最近的夜间最小流量的收集时间。在本发明的又一个实施例中，也可以设定5天或者6天作为最近的夜间最小流量的收集时间。同样地，压力数据也可以设定5-7天作为最近的收集时间。

步骤107：将DMA最低水压需求P₀除以P，再乘以L，得到该DMA预期的节约用水量，将所述节约用水量乘以水价，得到预期收益。

步骤108：计算压力控制设备(减压阀和控制器)及施工的成本，将所述成本除以所述预期收益得到成本回收期，将所有DMA按照成本回收期由短到长的顺序排序，确定各个DMA压力调控工作的优先等级。成本回收期短的DMA优先进行压力调控工作。

而且，也可以根据各个DMA的成本回收期判断是否适合进行DMA压力调控。一般以回收期为1年左右为宜，若DMA的成本回收期小于一年，则对其进行压力调控，反之，则不对其进行压力调控。

计算DMA入口处的压力值与DMA最低水压需求P₀的差值，调节DMA入口处的阀门(朝着关闭阀门的方向调节)，使该DMA入口处的压力下降(此时该DMA内的水压也随之下降)，压力下降空间为该差值。

在本发明的另一个实施例中，参见图3，所述方法还包括：

步骤109：对DMA进行压力调控后，计算各DMA的漏损流量与管网长度的比值，再将所有DMA按照该比值由大到小进行排序，按照此顺序对DMA进行漏损监测。所述漏损监测的方法可采用目前常用的方法，如听音检漏法、区域检漏法、相关仪法等。

步骤110：根据各DMA漏损监测结果，权衡漏损点修复或更换新管道的成本与收益，确定是否需要修复发现的漏损点或者更换新管道。具体地，在权衡收益时，不仅要考虑修复漏损的开挖、维修、填埋、换管、漏水量等经济因素，还要考虑漏损可能引起的其它问题，如水质问题、地基问题等，也要考虑当地的政策因素，如是否对漏损率的控制有强制性规定等。

步骤111：一定时间(例如1年或者1.2年)之后，判断当前的漏损控制是否达到既定的漏损控制目标，若否，则重新执行步骤105–步骤110，直到达到既定的漏损控制目标，若是，则结束漏损控制。

下面可结合附图1、附图2和附图3，进一步描述所述供水管网的漏损控制方法的另一个具体实施例。

所述供水管网的漏损控制方法，包括：

(1)假设目标管网如图2所示，该管网有2个水厂，分别为“水厂1”和“水厂2”，根据各水厂的供水范围，将管网划分成2个PRZ，在图中以黑色线-点框表示，编号分别为PRZ1，PRZ2；根据管网拓扑特征，进一步将管网划分成6个DMA，在图中用虚线圈表示，编号分别为1～6，在DMA的入口处安装流量计和压力计，图中用黑色圆点表示，自动监测各个DMA的流量和压力；在各个PRZ分别找到一个压力最不利点，在图中以黑色三角形表示，编号分别为A和B，在该处安装压力计，自动监测其压力。

(2)根据A点压力监测值与压力最低要求之间的关系差值，调节水厂1的出厂水压。假设A点压力监测值为29m，而最低压力要求为20m，则理论上可以将水厂1的出厂水压下调9m，但保险起见，可保留4m的水压安全值(该值一般由水厂负责人确定)，即将水厂1的出厂水压下调5m。根据具体压力特征，可以在不同时段设置不同的水压下调值。依同样的方法，根据B点压力监测值确定水厂2的出厂水压。

(3)计算每个DMA的最近7日夜间最小流量值(即漏损流量)的平均值，记作L；计算每个DMA最近7日的平均水压，记作P。

(4)针对每个DMA，用最低压力需求值P₀除以平均压力P，再乘以漏损流量L，得到压力控制的预期节约水量，在乘以水价得到预期收益，记作B；计算每个DMA压力控制设备及施工的总投入成本，记作C；用C除以B，得到成本回收期，记作R。

将所有DMA按R值由小到大排序。假定针对附图2所示的管网，该顺序为DMA3(R为3个月)，DMA6(R为6个月)，DMA2(R为10个月)，DMA4(R为12个月)，DMA1(R为18个月)，DMA5(R为30个月)。

对DMA3，DMA6，DMA2，DMA4依次实施压力调控，对DMA1和DMA5暂不实施压力调控。

(5)计算各DMA漏损流量L与管长之间的比值，最按由大到小的顺序排序，不妨假设得到的顺序为：DMA2，DMA4，DMA6，DMA5，DMA3，DMA1。对所有DMA按上述顺序依次进行漏损监测。

根据各DMA漏损监测结果，权衡漏损点修复或更换新管道的成本与收益，确定是否需要修复发现的漏损点或者更换新管道。在权衡收益时，不仅要考虑修复漏损的开挖、维修、填埋、换管、漏水量等经济因素，还要考虑漏损可能引起的其它问题，如水质问题、地基问题等，也要考虑当地的政策因素，如是否对漏损率的控制有强制性规定等。比如最终确定的结果为：对DMA6，DMA4，DMA3，DMA5进行漏损点修复，对DMA2进行局部管道更换，对DMA1暂不处理。

一年之后，判断当前的漏损控制是否达到既定的漏损控制目标，若否，所示的管网重复进行步骤(2)-(5)，直到达到既定的漏损控制目标，若是，则结束漏损控制。

由此可见，本发明提供的供水管网的漏损控制方法将基于压力调控和基于管网维护更新的漏损控制方法结合，结合各自的优点，克服各自的缺点。在进行压力控制时，先根据管网最不利点的压力情况，确定出厂水压的合理值，再根据各DMA的压力和漏损现状，考虑压力控制设备的总投入成本和预期收益，确定压力控制是否经济有效。在进行管网维护更新时，以DMA漏损流量与管网长度的比值为指标，此值越大，表明该DMA越应优先进行管网漏损监测。根据监测结果，结合考虑修复漏损的开挖、维修、填埋、管道更新、漏水量等经济因素，漏损可能引起的水质、地基下陷等问题，以及当地的政策因素，最终确定漏损控制的优化维护措施。

因此，本发明提供的供水管网的漏损控制方法将基于压力控制的漏损控制方法和基于管网维护更新的漏损控制方法相融合，将压力控制见效快的优点和管网维护更新更彻底的优点相结合，同时克服了各自的缺点。而且，该方法在进行压力控制和管网维护更新时，充分考虑了效益最大化，从而可以最大程度地发挥有限的人力和物力的作用。所以，本发明提供的方法对于指导管网漏损控制工作具有重要的意义，尤其是对于我国复杂环状管网更是如此。

本发明所提供的供水管网的漏损控制方法，除了上述实施例中的应用外，还可能应用于中水管网、热力管网、油气管网等管道的漏损控制技术领域。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种供水管网的漏损控制方法，其特征在于，包括：

将供水管网按照水厂的供水范围划分成压力调控区PRZ；

将每个压力调控区内的供水管网划分成若干个独立计量区DMA；

在所述DMA的入口处安装流量监测仪和压力计，实时连续监测并记录流量数据和压力数据；

确定PRZ内的压力最不利点，在所述压力最不利点安装压力计，实时连续监测并记录该点的压力数据；

根据PRZ压力最不利点的压力数据，计算PRZ压力最不利点的压力与管网最低压力要求P₀的差值，确定水厂的压力调控值，然后根据该压力调控值来调节水厂出水压力；

调节水厂出水压力后，从收集到的DMA流量数据中，提取每日夜间最小流量并构建夜间最小流量的流量-时间曲线，确定最近的夜间最小流量平均值代表该DMA的漏损流量L，从收集到的压力数据中提取最近的平均压力P；

将DMA最低水压需求P₀除以P，再乘以L，得到该DMA预期的节约用水量，将所述节约用水量乘以水价，得到预期收益；

计算压力控制设备及施工的成本，将所述成本除以所述预期收益得到成本回收期，将所有DMA按照成本回收期由短到长的顺序排序，确定各个DMA压力调控工作的优先等级。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

对DMA进行压力调控后，计算所有DMA的漏损流量L与管网长度的比值，再将所有DMA按照该比值由大到小进行排序，按照此顺序对DMA进行漏损监测；

根据各DMA漏损监测结果，权衡漏损点修复的成本与收益，确定是否需要修复发现的漏损点或者更换新管道。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述压力最不利点位于距离水厂最远的地方或者地面高程最高的地方。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将每个压力调控区内的供水管网划分成若干个独立计量区DMA的步骤包括：

通过关闭边界阀门的方式将每个PRZ内的供水管网划分成若干个DMA，每个DMA仅留一至两个入口与外界供水管网连通，每个DMA的规模范围为2000～8000个用水户。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将时间划分为日间6:00-24:00和夜间0:00-6:00两个时段，根据收集的压力最不利点的压力数据，分别计算这两个时段内的PRZ压力最不利点的平均压力，将其减去管网最低压力P₀，则分别得到这两个时段的压力调控值，然后根据该压力调控值来调节水厂出水压力。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，设定回收期为0.8-1.2年，若DMA的成本回收期小于设定的回收期，则对其进行压力调控，反之，则不对其进行压力调控。

7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述权衡漏损点修复的成本与收益的步骤包括：

结合经济因素、漏损可能引起的其它问题和当地的政策因素来权衡漏损点修复的成本与收益；

其中，所述经济因素包括修复漏损的开挖、维修、填埋、漏水量所产生的成本，所述其他问题包括水质问题和地基问题，所述政策因素包括是否对漏损率的控制有强制性规定。

8.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：一定时间之后，判断当前的漏损控制是否达到既定的漏损控制目标，若否，则重新执行上述步骤，直到达到既定的漏损控制目标，若是，则结束漏损控制。