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供水管网漏损控制指标体系与技术应用

供水管网漏损控制指标体系与技术应用 中禹管网
2024-03-04
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导读:开发和应用供水管网漏损控制技术,降低城市供水管网漏水率,对提高水资源利用效率,降低供水设施建设投资和运行成本,促进管道和仪器设备开发制造行业的发展,实现水资源可持续开发和利用,具有重要的社会经济效益和

随着我国社会经济和城市化建设的高速发展,城市用水量需求与日剧增,有限的水资源已经成为我国社会和经济发展的重要影响因素。城市供水管网漏损率是影响城市水资源可持续利用的重要指标之一,正逐渐得到国内外城市供水管理行政部门和科研机构的广泛重视。开发和应用供水管网漏损控制技术,降低城市供水管网漏水率,是我国城市供水科学技术现代化技术进步的重要标志,对提高水资源利用效率,降低供水设施建设投资和运行成本,促进管道和仪器设备开发制造行业的发展,实现水资源可持续开发和利用,具有重要的社会经济效益和科学价值。

一、中国水资源利用和城市供水设施发展 

随着社会经济的持续发展和高速工业化进程,我国城市规模不断扩大,人口增加,用水量需求与日剧增。但是,我国淡水资源十分有限,地区分布不均匀,已经成为社会和经济发展的重要影响因素。中国淡水资源总量为2.8万亿立方米,占全球水资源的6%,仅次于巴西俄罗斯加拿大美国和印度尼西亚,居世界第六位,但人均只有2200立方米,仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5,是全球人均水资源贫乏的国家之一,属于缺水严重的国家。受气候和地形影响,淡水资源的地区分布极不均匀,大量淡水资源集中在南方,北方淡水资源只有南方淡水资源的1/4。河流和湖泊是中国主要的淡水资源,河湖的分布、水量的大小,直接影响着各地人民的生活和生产。各大河的流域中,以珠江流域人均水资源最多,长江流域稍高于全国平均数,海河、滦河流域是全国水资源最紧张的地区。

中国水资源的分布情况是南多北少,而耕地的分布却是南少北多。如中国小麦、棉花的集中产区一一华北平原,耕地面积约占全国的40%,而水资源只占全国的6%左右。水、土资源配合欠佳的状况,进一步加剧了中国北方地区缺水的程度。

2014-2020年我国用水总量等数据统计情况

水资源是国家社会经济发展的基础资源,对人类的生产生活有着重要作用,总体来看中国水资源总量呈增长趋势,2021年中国水资源总量达29520亿立方米,较2014年的27266.9亿立方米增加了2253.1亿立方米,我国水资源空间分布不均,呈现出南多北少、东多西少的特点。

据住建部公布的《中国城乡建设统计年鉴》(2021)显示,2021年全国城市和县城公共供水总量为742.16亿立方米,漏损水量为94.08亿立方米,综合漏损率为12.68%, 产销差率 15.34%, 其中城市公共供水总量为630.76亿立方米,漏损水量为80.44亿立方米,综合漏损率为12.75%,产销差率15.33%。

二、城市供水管网漏损控制指标体系 

城市供水管网漏损率是影响城市水资源 可持续利用的重要指标,一直受得国内外城 市供水管理部门和供水企业的广泛重视。开发和应用供水管网漏损控制技术,降 低城市供水管网的漏水损失,是我国城市供水科学技术现代化的重要标志,将有效提高水资源利用效率,降低供水设施建设投资和运行成本,促进国内管道、仪器设备生产和安装行业发展,提高供水企业的社会、经济和环境综合效益。

2002年中国城镇供水协会主编的《城市供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ92- 2002),作为我国首次制定的有关管网漏损控制和管理的行业标准在供水行业中得到了广泛应用。在该行业标准中,定义了“供水总量”、“有效供水量”、“管网漏水量”、“漏损率”和“基本漏损率”,为城市供水管网漏损控制和管理建立了可行的评定标准。同时,引进国际先进技术,规范了供水管网漏损检测技术方法,成为国内供水行业管网漏损控制中有效的管理技术规范, 指导供水行业不断提高管网漏损控制技术水平,取得了良好效果。 

发达国家较早重视漏损及其控制技术及设备的研究和开发工作,形成了较为系统 的学术研究和设备研制与生产机构。英国于1989年开始一项为期3年的管网漏损及控制研究项目,形成了 “供水管网漏损管理” 系列报告,近85%的管网漏损得到了有效控制。国际水协会(IWA)组织多个国家的专家开展了供水管网漏损调查研究,于2000年提出了管网“不可避免漏水量”(Unavoidable Annual Real Losses,UARL)、管网“实际漏水量”(Current Annual Real Losses,CARL)、管网“经济漏损水平” (Economic Level of Leakage,ELL)等漏损管理指标体系和评定管网漏损程度的“管网系统漏损指数” (Infrastructure Leakage Index,ILI)计算公式:

以“不可避免漏水量”(UARL)为漏损控制的基准,衡量和评价管网漏损控制管理水平。同时,在大量调查统计数据基础上,建立了“不可避免漏水量”计算公式如 下: 

UARL=(18×Lm+0.8×Nc+25×Lp)×P(1/d)(2) 式中,Lm——管网管道长度(km);Nc ——用户接管数 (个);Lp——用户管道总长度(km);P——管网平均压力水头(m)。

公式(2)表明,“不可避免漏水量”主要发生在用户端的管道和区域内,而输水管道中“不可避免漏水量”所占比例甚低,与目前国内的普遍认识具有较大的区别。研究项目对34个管网系统调查分析,其中12个系统的ILI小于2,8个系统的ILI大于8,其余15个供水系统ILI值在2~8之间。说明了不同管网的漏损控制水平存在很大差别。ILI值偏高的管网系统需要加强控制管理,降低其系统漏损指数(ILI)值。

据近年《城市供水统计年鉴》数据分析,国内城市供水管网中的管道长度平均为1.85km/103 m3 /d,人日平均供水量为0.42m3 / cap.d。简略地按照接水用户平均人口3.5人、每用户平均接管长度40m和管网平均压力水头为30m计算,可以得出每103 m3 /d供 水量的用户数为680户,且由式(2),可以估算国内城市供水管网每103 m3 /d供水量的“不可避免漏水量”如下: 

UARL=(18×1.8+0.8×680+25×0.04×680)×30 =(32.4+649+680)×30=40842(1/d)=40.842(m3 /d)(3) 

即,管网不可避免的最小漏损率为4.084%,且因此可知,《城市供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ92-2002)中规定的基本漏损率(12%)对应的管网系统漏损指数(ILI)值约为3.0左右。 

上述管网系统漏损指数(ILI)计算方法在西方发达国家已经得到了广泛应用,并引起了国内供水部门和专家学者的高度重视,具有重要的参考应用价值。与国内《城市供水管网漏损控制及评定标准》相比,其指标体系显得更加具体和明确。美国检漏及水计量委员会(Leak detection & water accountability committee)于 2001年开始统一采用该方法作为国外漏损控制评定标准,并制定 20年投资1510亿美元的设施改造计划,其中56%用于管网改造, 20%用于水厂改造建设。欧盟国家亦于2000年联合实施 “给水管网更新计算机辅助决策”研究课题CARE-W(Computer Aided Rehabilitation of Water networks),建立了管网维护和修复决策支持系统,提高供水管网管理和运行的经济安全性。 

管网经济漏损水平 (Economic Level of Leakage,ELL)是用于漏损控制的经费投入与节省水量的价值相等时的管网系统漏损 指数(ILI)值。各地可以因地制宜地计算得出。一般认为,管网经济漏损率宜控制在10%以内。

三、供水管网漏损控制技术和应用 

为了不断提高供水系统漏损控制和管理技术水平,国内外城市供水行业普遍采用的管网漏损控制技术,取得了良好的效果,主要包括以下5个方面: 

1、采用明确的漏损控制标准:供水管网中必然存在一定的不可避免的漏水量。从经济合理的角度出发,在漏损率较高时, 只要用较少的检漏和维修费用就能降低较多的漏损水量;但当漏损值很低时,要花较多的人力和资金才能找到较少的漏水点,经济效益甚低。因此,应允许有不可避免的漏水量,并进一步开 展经济漏水量研究。不同国家或地区根据不同的具体条件多采用 10%~12%作为经济漏损控制或评定标准,而随着水资源缺乏的 加剧和漏损控制技术水平的提高,越来越多的国家或地区的供水管网漏损率已经达到5%以内。 

2、加强定期管网检漏:管网漏损的特征通常为暗漏,供水企业需要进行管网漏损的定期检测,如果检测周期过长,漏损的发现和修复将被延迟,增加漏水经济损失;如果周期过短,检测费用将会过大。因此,制定管网漏损检测优化周期是给水管网运行管理的重要技术经济措施。比较广泛采用的检漏周期为一年,即每年应该完成一次全面的管网检漏工作。 

3、开发和应用漏损检测先进设备:目前,常用的漏损检测设备主要有听漏棒、电子听漏仪、噪声自动记录仪和相关仪等。连续自动的在线检测技术和设备也已得到广泛应用,但其价格仍然较高,高端技术设备较多依赖进口。检漏设备的选用应根据经济及技术等条件综合确定,提高使用效果的关键是建立完善的漏损监测和事故处理技术队伍的技术水平和规范化管理机制,必须提高管网检漏设备使用效率,不断降低管网检漏检测和维护成本。同时,加快开发和生产适合中国国情的高科技检漏设备产品,也已成为国内科研和生产企业的重要发展方向。 

4、分区压力控制和流量监测:管网运行压力是影响管道漏损的主要因素之一,通过在管网中采用分区增压或减压控制方式,降低管网过剩压力,已经成为广泛重视的管网漏损有效控制技术措施,成为分区压力控制(District Pressure Area,简称DPA)。采用分区装表计量(District Meter Area,简称DMA)技术,在管网中分区安装流量计,记录该水表计量范围内不同时间的用水量,用于分析和判断计量区域内的管网漏水量。装表计量的区域具有明确的边界,被称分区计量区域。 

5、管网信息化管理技术:供水行业应积极应用现代通讯、监测和计算机技术,实现管网的信息化管理。建立完善的管网地理信息系统和管网压力与流量监测SCADA系统,建立管网水力模拟系统,实时监控管网中的供水压力和流量变化,实现对管网漏损 控制的数字化综合管理,能够实现供水管网漏损状态的在线快速 分析计算和管网漏损的预报和预警,已经成为管网运行管理和漏损控制的现代化高新技术手段。目前,国内供水部门对城市供水系统漏损控制还缺乏高度重视,漏损管理和评价指标数据和计算方法仍不够清晰,现代化技术应用水平和普及程度与发达国家相比还存在较大的差距。国内供水行业和科学技术人员应该加快上述管网漏损控制和管理技术水平的不断提高和推广应用,降低管网漏损率,提高供水系统的 有效供水量,是实现给水管网漏损控制和科学管理、提高供水企业经济效益和可持续发展的根本途径和科学技术进步发展方向。

转载自:“熵澜水务研究”微信公众号
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