陈莉 边海英
摘 要：本文针对供水主管网及小区管网不同的水流特性及管网条件，利用分区计量、夜间最小流量、DMA分区、水平衡等手段进行水量漏失的判断和治理，从而降低管网漏损。
关键词：供水管网漏失技术研究
一、 研究背景
在供用水管理活动中，漏失率是反映供水管理能力的一项重要指标，同时降低漏失是减少成本的一项重要举措，2015年4月16日，国务院正式发布《水污染防治行动计划》要求：到2017年底，供水管网漏损率控制在12%以内。
中原油田供水管理处现有供水管网660km，一直以来致力于科学规范计量、降低管网漏失的研究，通过加强供水工艺研究、规范供水行为、加大供水管网改造等方式，管网漏失率逐年改善，但同时供水主管网因跨越区域长，管线沿途情况复杂，用水敷设区域广；居民小区因管网复杂、用户复杂等原因治理效果不明显，因此通过建立分区计量、利用DMA分区计量等技术手段进行漏失治理技术的研究，并通过研究成果开展漏失治理，达到降本增效的目的是十分必要的。
二、 主管网漏失治理技术研究
（一） 现状调查
黄河供水系统是供水管理处主要的供水水源，2009年至2013年供水水量及占比见表一：
表2-1 黄河水系统历年水量统计分析表
|
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 |
|
占总供水量（%） |
56.8 |
68.69 |
87.16 |
86.7 |
91.67 |
以上统计数据显示：黄河系统供水量逐年递增，占管理处全年供水量的85%以上。因此对其的研究具有典型性和代表性。
黄河供水系统覆盖范县、古云镇、柳屯镇、文留镇、文南镇、华龙区等县区，输水管线始建于1989～1993年，采用d1000～d1200钢筋混凝土给水管，输水长度50.4km，供水范围第二、七、八、九、十社区。2006-2009年新建输配水管线39.6km，供水范围为第一、三社区。（见黄河水系统管网图）
图2-1 黄河水系统管网图
（二） 水量漏失判断
1、建立计量网络
（1）选用安装计量仪表
为满足漏失测算的需要，根据管网分支节点情况，建立了计量网络（见计量器具安装统计表）。
表2-2 计量器具安装统计表
|
序号 |
安装位置 |
计量区域 |
计量器具名称 |
规格型号 |
备注 |
|
1 |
黄河水厂出口计量 |
黄河水厂出口 |
超声波流量计 |
DN1000 |
|
|
2 |
黄河水厂出口计量 |
黄河水厂出口 |
超声波流量计 |
DN1000 |
|
|
3 |
李拐变院外 |
黄河水厂出水供濮城站南线 |
超声波流量计 |
DN1000 |
|
|
4 |
李拐变院外 |
黄河水厂出水供濮城站北线 |
超声波流量计 |
DN1000 |
|
|
5 |
李拐变院外 |
黄河水厂出水至一社区 |
超声波流量计 |
DN800 |
|
|
6 |
采油一厂院外西北 |
黄河主管线至采油四厂分支 |
超声波流量计 |
DN400 |
|
|
7 |
濮城加压站 |
采油二厂进水 |
水表 |
DN300 |
|
|
8 |
濮城加压站 |
濮城站至基地 |
超声波流量计 |
DN800 |
|
|
9 |
炼油厂院内 |
柳屯地区分支计量 |
超声波流量计 |
DN800 |
|
|
10 |
井下泵房院内 |
井下泵房进水计量 |
超声波流量计 |
DN300 |
|
|
11 |
柳屯水厂院内 |
柳屯至三社区分区计量 |
超声波流量计 |
DN400 |
|
|
12 |
钻井四公司院内 |
第三管理区进水计量 |
超声波流量计 |
DN400 |
|
|
13 |
S209省道西 |
柳屯地区至基地计量 |
超声波流量计 |
DN800 |
|
|
14 |
工业园区泵房 |
工业园区计量 |
超声波流量计 |
DN300 |
|
|
15 |
基地供水运行中心院内 |
基地供水运行中心 |
超声波流量计 |
DN400 |
|
供水管理处长期使用的流量计量器具主要有：水平螺翼式水表、超声波流量计、超声波水表、电磁流量计、复式水表等，根据使用经验对以上水表进行了对比，结果如下：
表2-3 常用流量计量器具比较
|
序号 |
计量器具名称 |
计量特性 |
远传性能 |
安装要求 |
存在问题 |
|
1 |
水平螺翼式水表 |
准确度等级：2级；量程比值较小 |
需更换远传表头 |
直管段要求：U10D5 |
量程比较低，小流量不计量 |
|
2 |
超声波流量计 |
准确度等级：1级；量程比值较高 |
可选用电流环、脉冲等输出模式 |
直管段要求：U5D3；需接市电；不得有强磁强电干扰 |
需要接市电，野外安装不适宜 |
|
3 |
超声波水表 |
准确度等级：2级；量程比值较小 |
可选用电流环、脉冲等输出模式 |
直管段要求：U5D3；安装电池，不需要接市电；不得有强磁强电干扰 |
对电池要求高，电压下降计量不准确 |
|
4 |
电磁流量计 |
准确度等级：1级；量程比值较小 |
脉冲输出 |
直管段要求：U5D3；需要市电；不得有强磁强电干扰 |
价格较高；需定期清洗探头 |
|
5 |
复式水表 |
准确度等级：2级；量程比值较小 |
无远传输出 |
直管段要求：U10D5 |
对阀控要求较高，会出现水表倒转 |
通过综合比较分析，为保证量值的准确可靠，充分考虑下游用户用水情况和流量范围，统一选择超声波流量计。
为保证计量器具安装质量，小组成员对流量计的安装情况进行了检查和考核。（见流量计安装考核评分表）
表2-4流量计安装考核评分表
|
序号 |
计量点 |
安装环境 |
参数设置 |
仪器自检 |
流量测算 |
结论 |
|
1 |
李拐变北线 |
▲ |
▲ |
● |
● |
▲ |
|
2 |
李拐变南线 |
▲ |
▲ |
▲ |
● |
▲ |
|
3 |
李拐至一社区 |
▲ |
▲ |
● |
● |
▲ |
|
4 |
至采油四厂计量 |
▲ |
● |
● |
▲ |
▲ |
|
5 |
S209省道西 |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
▲ |
|
6 |
井下泵房 |
▲ |
▲ |
▲ |
● |
▲ |
|
评分要求： 1、 安装环境：合格：无强磁强电干扰无震动；基本合格：有干扰但有防护措施；不合格：有干扰且无防护措施。 2、 参数设置：合格：管径、壁厚等参数完全符合现场数据；基本合格：参数设置与现场数据误差≤2%；不合格：参数设置与现场数据误差＞2%。 3、 仪器自检：合格：信号质量、信号强度在85以上；基本合格：信号强度、信号质量在65～84之间；不合格：信号强度、信号质量小于65。 4、 流量测算：将考核流量计与其下游计量器具进行比较。合格：两者误差≤5%；基本合格：两者误差5%～10%；不合格：两者误差＞10%。 5、 结论：三个或以上合格或两个合格、两个基本合格结论为合格；三个基本合格结论为基本合格；有一项为不合格即判定为不合格 |
||||||
合格：▲ 基本合格：● 不合格：△
（2）计量器具检定或在线检测。
黄河系统使用的计量器具属于大口径水表，而现阶段我国大口径水表检定存在两种问题，一是检定机构少，检定费用高，因现场条件不同于实验室环境，可能检定合格的表在现场不一定就准确；二是送检非常困难，需要大面积停水，运输费、人工费高。综上所述，我们决定采用在线比对的方式来确定量值的准确。
为确保在线检测结果的准确可靠，小组组织有关计量专业人员，对检测过程、环境、设备等进行了分析，起草了《超声波流量计在线检测技术要求》。并对黄河系统在用的8台超声波流量计和水表进行了在线比对。比对情况如下：
表2-5 流量计/水表比对记录
|
序号 |
计量点名称 |
计量器具名称 |
在线比对结论 |
备注 |
|
1 |
黄河水厂出厂水1 |
超声波流量计 |
单次测量误差：0. 8%，测量结果的不确定度：U(x)=0.2 |
|
|
2 |
黄河水厂出厂水2 |
超声波流量计 |
单次测量误差：1%，测量结果的不确定度：U(x)=0.24 |
|
|
3 |
第一管理区接收计量 |
超声 波流量计 |
单次测量误差：3.6%，测量结果的不确定度：U(x)=0.51 |
|
|
4 |
第四管理区接收计量 |
超声波流量计 |
单次测量误差：2.1%，测量结果的不确定度：U(x)=0.47 |
|
|
5 |
采油三厂接收计量 |
超声波流量计 |
单次测量误差：0. 9%，测量结果的不确定度：U(x)=0.159 |
|
|
6 |
井下接收计量 |
水表 |
单次测量误差：4.5%，测量结果的不确定度：U(x)=0.39 |
|
|
7 |
采油二厂接收计量 |
水表 |
单次测量误差：2.4%，测量结果的不确定度：U(x)=0.44 |
|
|
8 |
基地运行中心接收计量 |
超声波流量计 |
单次测量误差：1.2%，测量结果的不确定度：U(x)=0.28 |
|
根据管网布局绘制鱼骨式水平衡图
图2-2 黄河水系统鱼刺式水平衡图
2、建立供水管网远传监控系统。一是所有计量器具实现远传；二是对水量进行实时监测，可以调取任何时间段的水量信息；三是通过GPRS上传，授权用户进行查阅。（管网监测系统见下图）
图2-3管网监控系统图
（三） 漏失分析和查找
存在未计水量的原因主要有：一是管线漏损；二是未按表计量；三是计量管理，如计算错误、人情用水、未入账的消防用水等。但作为主要供水管网，基本不存在计量管理方面的原因，因此我们重点对管线漏损进行分析。
图2-4漏失原因关联图
根据关联图的查找出的所有因素，我们制定了相应的对策：
（1）根据管理处的有关规定，针对主管网10天进行一次管线巡视，按照管理辖区由黄河水源管理区、第一管理区、第二管理区、第三管理区、第四管理区、第五管理区、基地运行中心分段实施，各责任部门成立巡线班组，填写巡线记录，并及时上报管理处生产科。
（2）建立供水管网远传监控系统。一是所有计量器具实现远传；二是对水量进行实时监测，可以调取任何时间段的水量信息；三是通过GPRS上传，授权用户进行查阅。
（3）定期按照水平衡图进行水量的统计分析，关注水量的增减变化，确定水量异常的区域和范围。
（4）强化施工质量管理。做好施工技术交底，监督施工过程尤其是隐蔽工程，加强夜间施工的监督。
（5）定期开展管线探测,主要对主管线两侧的分支管线进行探测。
（6）针对可疑用户提取水样，进行水质的对比分析。
三、 小区管网漏失治理技术研究
（一）现状调查
干城一二区建成于1989年，并于2013年进行了供水管网改造（见干城一二区管网图），现有用户1194户，平均月供水量（7000～11000）m3左右。2015年4月抄表发现水量显著增加，见表2-1。
表3-1干城一二区水量统计表
|
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月干城一二区水量比较稳定，2015年4月份水量增加，5月份水量创下历史新高。综合分析，小区未增加新用户，初步估计小区存在水量漏失。
（二）水量漏失判断
国内公认的漏失主要由账面漏失和物理漏失组成，账面漏失主要包括非法用水（偷水或欺诈）和表计误差；物理漏失主要包括输水管及干管漏水量、水池水塔等渗漏及溢流、进户管漏失量等。
1、表计误差判断。2015年3月干城一二区原可拆卸螺翼式水表更换为超声波水表，准确度等级由原来的2级提高到1级，量程比增加到160，实现小流量的准确计量。选用的超声波水表安装前经濮阳市水表检测站检定合格。
2、利用夜间最小流量法判断管网漏失。夜间最小流量原理：一般在晚上用户用水量最低，如果管网无渗漏，夜间最小流量只包括用户夜间用水和背景泄漏，此时定量泄漏最准确，通过将夜间最小流量表示为平均流量的百分数，如果这个数值比预先确定的参考值大就表示需要检漏。
图2-1干城一二区管网图
夜间最小流量根据本地居民的生活习惯不同其取值也不相同，油田基地区域居民一般在1点以后基本上不再用水，因此将1：00～4：00时间段的流量作为夜间流量最小流量测算的最佳时间。
干城小区安装超声波水表，且水表数据已实现实时远传，每5分钟上传一次数据，为夜间最小流量的统计分析提供了技术保障，为此我们对干城一二区3月25日～26日及6月10日～11日的流量数据进行比较分析，数据统计见表2-2。
由表2-2数据统计分析：干城一二区发现管网漏失前（3月25日～26日）夜间因子最大达到11%，4月份发现计量异常后夜间因子达到40%以上，存在管线渗漏。
表3-2 干城一二区日流量统计表
|
时段 |
流量（m3） |
3月25日 |
3月26日 |
|
6月10日 |
6月11日 |
|
日间
|
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 |
||
|
夜间 |
1：00 |
8 |
6 |
16 |
14 |
|
|
2：00 |
2 |
1 |
17 |
18 |
||
|
3：00 |
3 |
4 |
17 |
16 |
||
|
4：00 |
6 |
5 |
21 |
19 |
||
|
统计分析 |
累计流量（m3） |
426 |
400 |
847 |
819 |
|
|
夜间最小流量（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）漏失治理技术研究
干城一二区属于典型的居民小区，管网呈枝状分布，主管网共有14个分支管线，每个分支均安装阀门，因此通过夜间关闭阀门判断漏失区域是简便、直接的方式。
1、2015年6月15日24：00，我们对小区分支管线逐个关闭阀门判断漏失区域。经排查J3阀井关闭后夜间流量变化显著，超声波流量计瞬时流量由12m3/h降至2m3/h，因此确定J3阀井后长达150m的管线存在漏失。
因该区域供水管线于2013年进行了改造，且小区路面进行了硬化，因此在漏失排查过程中存在以下问题：
（1）供水管线埋深500mm,小区路面覆盖沥青，楼前管覆盖步砖或砼路面，明漏不易发现。
（2）因供水管线材质为PE管，因此无法使用管线探测仪判断是否存在窃水。
经研究，决定使用便携式超声波流量计划分区域分段进行排查，流量计安装分布图如下：
图3-2 表井安装位置图
（四）超声波流量计现场比对技术要求：
①确保标准表的准确性。为保证作为标准表的超声波流量计具有较好的测量精度和复线性，在现场使用前送往技术监测中心水大流量检定室对仪表的零点和误差进行了修正。
②传感器的安装点应选择在流场均匀分布的直管段部分。
③安装传感器的区域必须清理干净，除掉锈迹油漆，如有防锈层也应去掉，用角磨机打光，使之露出金属的原有光泽，再用干净抹布蘸丙酮或酒精擦去油污和灰尘。
④在安装区域涂上耦合剂时，耦合剂内不得有灰尘、气泡等，耦合剂要密实。
⑤安装完成后信号强度需达到75以上，信号质量达到90以上方可进行管道测流。
（3）绘制枝状水平衡
根据超声波流量计在线比对结果绘制枝状水平衡图（见图2-3）
图3-3 枝状水平衡图
根据水平衡分析：漏失点确定在表井3和南住宅楼之间20米长的区域内。
（五）成果应用
2015年9月根据漏失治理技术研究的成果，对干城一二区疑似漏失点20米的管线进行开挖，发现管线穿孔一处，泄漏量达 (15～20)m3/h,现场判断：在老旧小区改造过程中因管线填埋后，路面夯实施工中造成管线破裂。
于是对该段管线的漏点进行了治理，治理后水量变化如下（下图为远传监控系统数据分析截图）
图3-4干城一二区水量数据统计分析图
由上图可以看出，治理后水量发生大幅度下降，治理效果显著。
四、结论
供水管网漏失治理是一个常态性的工作，供水部门应定期开展动态的水量检测、管网探查和漏失点的定位查找，并充分利用流量监控系统、噪声监测系统、压力监控系统等技术手段实现漏点的在线监测，确保实现供水管网漏损控制要求。
第一作者简介：
姓名：陈莉
职务：业务主管
职称：工程师
毕业院校：2005年7月毕业于中国人民大学网络教育学院法学专业
通信地址：河南省濮阳市华龙区中原油田供水管理处
邮政编码：457001
第二作者简介：
姓名：边海英
职务：干事
职称：工程师
毕业院校：2015年1月毕业于中国石油大学（北京）石油工程专业
通信地址：河南省濮阳市华龙区中原油田供水管理处
邮政编码：457001
