城市供水管网系统智慧漏损控制技术

城市供水管网系统智慧漏损控制技术

王海鹏

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摘要：随着社会经济的不断发展以及城市化的不断进步，技术的不断提高，然而人们对供水管网也越来越了解。因此，为进一步加强公共供水管网漏损控制,推进水资源全面节约和循环利用,近日,住房和城乡建设部办公厅、国家发展改革委办公厅联合印发《关于加强公共供水管网漏损控制通知》(以下简称《通知》)。《通知》中明确:到2025年,城市和县城供水管网设施进一步完善,管网压力调控水平进一步提高,激励机制和建设改造、运行维护管理机制进一步健全,供水管网漏损控制水平进一步提升,长效机制基本形成。城市公共供水管网漏损率达到漏损控制及评定标准确定的一级评定标准的地区,进一步降低漏损率;未达到一级评定标准的地区,控制到一级评定标准以内;全国城市公共供水管网漏损率力争控制在9%以内。

关键词：城市；供水管网系统；智慧漏损；控制技术

引言

城市供水管网的稳定性、安全性直接影响着城市的正常运行。供水管网是城市的“生命线”，供水系统的主体组成部分。随着我国城市化进程不断推进，城市供水管网的规模也不断扩大，管网建设、维护和管理的难度不断增大。如何提高供水企业的精细化管理水平，如何科学有效地做好管网管理工作，需要供水企业从技术和管理两手着力。

1深刻认识供水管网漏损控制的意义

(1)城市节水的必由之路。随着城镇化发展,我国城市和县城供水管网长度不断增加,公共供水普及率不断提升,全国城市供水管网漏损率呈现下降趋势,但各地漏损控制水平不均衡,不少城市和县城供水管网漏损率较高,东北地区部分城市在20%以上。部分城市一方面城市水资源供需矛盾突出,另一方面漏损率居高不下。开展供水管网漏损控制,是落实“以水定城、以水定地、以水定人、以水定产”的重要举措,对于缓解城市水资源供需矛盾、提高城市水资源利用效率具有重要意义。(2)城市供水安全的重要保障。目前,部分城市仍然使用50年以上的老旧管网或劣质管材,供水管网“老龄化”问题日益突出,管网老化、破损严重,管网内部形成大量管垢和生物膜,当管垢和生物膜发生不稳定反应脱落时,容易引起“黄水”“红水”,影响供水水质安全;另一方面,附着在管壁上的大量管垢显著降低管网输水能力,增加供水能耗,增大“爆管”风险。通过更新、改造城市老旧管网,在降低漏损的同时,能够提高城市供水水质的稳定性,降低供水能耗,保障城市供水安全。(3)城市供水高质量发展的重要抓手。供水管网漏损控制是一个系统性的工程,涉及到设施更新、分区计量、供水系统优化调度、供水物联网建立、体制机制优化等各个方面。要以供水管网漏损控制为抓手,系统性的提升城市供水的各个环节,建立高标准的城市供水设施体系、高水平的城市供水管里体系和高均衡的供水服务体系,推动实现城市供水的高质量发展。

2城市供水系统漏损成因及危害

城市供水系统漏损成因复杂，既有内部因素和外部因素，也有自然原因和人为原因，总结起来漏损主要由以下五个原因造成：一是基础设施老化，包括管道和设备设施的老化；二是外部环境影响，如季节变化带来的温度变化会使管道机械结构和伸缩接口发生变化，土的荷载或路面重载车辆反复对管道造成荷裂压力，这些都会造成漏损或爆管；三是管网运营方式不合理，如位于山地、山丘区的城市，大多采用多级加压管道系统，局部压力过高容易导致爆管和渗漏；四是企业管理方式粗放，导致漏水维修不及时，进一步加大了漏水量；五是居民法律意识薄弱，偷水、欠缴水费、破坏水表等不良现象屡有发生。城市供水系统漏损的危害巨大，一是造成水资源浪费，我国每年的漏损量大约是70亿立方米，总水量相当于一个太湖；二是造成能源浪费和经济损失，我国城市供水管网大部分采用加压系统输送到千家万户，漏水相当于漏能，每年由于漏损导致的电能消耗约十亿度，由此还产生了大量无效的碳排放，直接经济损失约210亿元；三是影响饮用水水质，由于管道局部产生负压，可能导致地下污染或未经处理的水进到管道里，造成饮用水水质二次污染；四是带来次生灾害，爆管或渗漏发生后可以瞬间淹没一个城市的局部区域，导致交通阻断，基础设施正常运行受到干扰，严重影响人们正常的生产生活。

3控制管网漏损措施

控制管网漏损要从影响因素出发，而供水管网在长期的运行过程中，受到外界环境、人工操作及管道自身因素等的影响，控制好影响因素的产生及利用具体的措施去解决管网漏损的问题，在该项工作中起到重要作用。表2给出了供水管网在运行中可能的影响因素。（1）环境因素。Wasim等认为土壤中的溶解氧会加速金属管的腐蚀，且土壤中存在的不同类型的细菌会在管道上形成生物膜，导致管道的退化。Bruaset等通过建立统计学模型来探讨管道的破损率和温度之间的关系，在冷天气的管道故障率比在暖天气的故障率高。Wols等利用了模型和GIS的结合，来探讨气候变化对地下水位的下降和土壤固化的影响，在这种因素影响下，导致管道弯曲甚至破损。（2）操作因素。管道在施工搬运的过程中，很难避免摩擦或者碰撞，Ruchti等提出了这个问题，他认为在管道附近进行施工是能增加管道破损、扰乱垫层区域的风险。流体瞬变现象是由于流速的瞬时变化，会通过内部压力的突然变化使得管道压力增大，导致管道的破损。Pozos-Estrada等研究了混凝土管道的压力，针对不同场景和各种气穴组合进行了水力瞬变模拟，结果表示瞬时压力能够对管道造成破损。（3）管道内部因素。Barton等提出管道接口对管网漏损有影响，如螺栓扭矩不均匀，或压紧垫圈，接口连接表面的腐蚀等都会增加管网漏损的风险。管径大小对管道故障也有一定的影响，Gould等利用PVC-U压力下水道，公称直径为200mm，他提出小直径管道有更高的故障率，可能与地面运动和腐蚀性有关。管网漏损的原因很复杂，因不同的地理环境和管道的材料而异，管道漏损绝不是因为其中某一种因素引起的，一定是多种因素相关联的结果。不管是环境因素还是操作或者管道自身的因素，管道漏损的控制依然可以使用大量的数据和模型的构成，进一步探索管道漏损的机制。

结语

未来，我们要形成使供方和需方共同达到水资源平衡的配置模式。一是有必要强化需水侧管理，以此降低城市供水管网的漏损，缓解城市用水的供需矛盾；二是通过噪声、振动、高频压力和光纤等新型监测设备，逐渐增加漏损监测设备种类，这是形成智慧水务数据的基础，也是发展智慧水务的必要条件；三是普及物联网智能水表，在大幅降低人工抄表成本的同时，为城市水务大数据打下坚实基础，为智慧城市监管、区域宏观经济分析提供强大的数据支撑；四是运用机器学习方法，耦合经验调度和实时监测数据，以增加调度的实时性和实用性。

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