供水管网漏失监测系统在城市管网管理中的应用

供水管网漏失监测系统在城市管网管理中的应用张孟涛 刘阔（北京市自来水集团，北京，100089）摘要：供水管网漏失监测系统是一种全新的综合技术体系与管网管理模式，是管网管理观念的革新。本文综合论述了供水管网漏失监测系统的定义、系统构成，论述了漏失监测系统内各子系统之间的相互关系；并以北方某城市项目为例，详细阐述了系统的实施过程及系统实施的经济效益和社会意义。关键词：供水管网 漏失监测系统 漏失监测区（LMA） 地理信息系统（GIS）“用高科技手段管理好供水管网，有效地减少管网漏损”是各级政府对供水企业提出的要求。近年来，各个供水企业积极与高校、科研院所开展项目合作，利用双方互补的资源优势，不断加大科技投入，提升管网管理水平。供水管网漏失监测/预警系统研究与应用项目就是在此背景下提出的。1. 供水管网漏失监测系统的主要含义供水管网漏失监测系统，并非只是一种用于管网漏失检测的、具备高科技含量的技术工具，而是一种全新的综合技术体系与管网管理模式，是管网管理观念的革新。供水管网漏失监测记录仪和巡视仪是漏失监测系统的支撑设备。所谓监测记录仪，指按一定原则，布设于管网上（一般布设于阀门、消火栓、排气门等管网设备井）的漏点噪音监测设备。该设备可以在规定时间内（一般凌晨24点）启动运行，按一定时间间隔采集、存贮噪音数据、自动分析，并可将监测数据及监测结果以巡视仪无线采集或有线数据线传送至PC机供技术人员分析，如图1所示。供水管网GIS记录仪与巡视仪漏失预警/辅助决策系统软件图1：供水管网漏失监测系统原理图供水管网漏失监测系统需结合但不过多依赖人的经验，可以实现对漏点发展过程的全程观测、分析与模拟，实现对区域管网的安全性评估预测，实现对隐患管网的重点监测，为管网管理者提供辅助决策支持，从而建立起供水管网漏失监测、预警、控制与管理的综合模式。2. 供水管网漏失监测系统的构成2.1漏失监测系统的系统结构所谓系统，指的是由若干相互独立又相互联系的部分组成的整体，供水管网漏失监测系统也不例外，归结而言，其可分解为有三个子系统：监测技术子系统主要与系统的布设相关，包括监测区域划分、监测点位布设、监测设备管理等相关内容；漏失预测/预警系统主要指在记录仪数据采集、分析、查询基础上，对监测区域管网进行安全性评估、漏失预测、预警等；漏失控制技术子系统，主要在之前两个子系统的基础上，提出相应的漏失控制措施。2.2管网漏失监测系统的具体内容2.2.1管网漏失监测技术子系统(1) 漏失监测区（LMA）的划分：根据用户规模、用水性质、用水规律、行政、道路、自然地理特征等原则，将目标区域划分为若干监测区（LMA），并逐一设定编号，以便于记录仪与漏失信号数据的存储、管理和漏点的分析判定。(2) 漏失监测记录仪的优化布置方案：如何充分利用记录仪的有效监测距离，实现覆盖监测目标区域的记录仪数目最小化或用一定数量的记录仪实现监测区域面积的最大化；如何合理确定记录仪监测周期，确定固定监测或轮换监测的工作模式，这是记录仪布设方案中的优化问题。通过方案优化，系统可以发挥更好的监测作用。(3) 漏失监测记录仪的管理：对于大中型规模的管网，需布设数量众多的记录仪，如何对记录仪进行有效的管理，是系统实施中需认真应对的课题，建立基于条形码管理的漏失监测记录仪资产管理信息系统是一种非常有效的管理办法。通过为每个记录仪制作条形码，基于条形码扫描技术，实现条形码扫描盘点、实时跟踪、查询统计分析、库存管理、资产周期检定管理等功能一体化。2.2.2 管网漏失预测/预警技术子系统(1) 漏失监测信号的采集、存储：漏失监测信号为噪音数据，包括了信号强度、频率等相关指标。可建立基于GIS的管网漏失信号管理数据库，实现监测信号的有效存储、查询与分析，为研发工作提供数据源。(2) 基于LMA的监测与评价：通过LMA漏失监测信号采集分析与漏失案例的原因分析，可以实现对目标区域的分区评价与管道漏失的概率预测，从而确定重点监测区域，提高管网漏损监测效率。(3) 针对管网漏失监测的GIS功能开发：在GIS基础上进行功能开发，可以实现对记录仪历史数据的查询与分析，实现对报警记录仪监测范围内所有相关记录仪的查询分析，从而为漏点快速定位提供辅助决策支持。2.2.3 管网漏失控制技术子系统(1) 基于监测结果的管网维护与更新方案：根据管网漏失监测、预测结果，在漏点查找修复与管道更换费用的经济效益比较基础上，对漏损概率较高的管道提出优先维护或更换方案。(2) 结合流量计确定LMA漏损量：将独立计量区（DMA）概念引入LMA，若该LMA为封闭小区，可在小区进出口管网安装高精度流量计，通过比较漏点修复前后流量计夜间最小流量变化，分析漏失监测记录仪的监测效果。(3) 结合减压阀做好压力调节：经调研论证，管网漏损与管网压力存在正相关关系，可在漏损概率较高的LMA安装压力调节装置，通过调压降低管网漏损。2.3 管网漏失监测子系统间的关系漏失监测系统的三个子系统，存在有机联系：监测技术子系统是后两个子系统的基础；漏失预测/预警技术子系统起承上启下的作用，其既是对第一个子系统数据的分析，又为第三个子系统提供辅助决策支持；漏失控制技术子系统是在前两个子系统基础上提出的具体的漏失控制措施。通过三个子系统的整合，可以建立起供水管网漏失监测、预警、控制与管理的综合模式。3. 供水管网漏失监测系统的具体实施过程漏失监测系统的实施需要系统协调人力、车辆、漏失监测设备，保证系统项目的协调有序。某北方城市投入了大量的资金与人力资源，并与科研单位合作成立了项目组，启动了供水管网漏失监测系统项目。通过项目设备招标，选用了英国帕玛公司生产的巡视仪与记录仪帕玛劳（Permalog）作为支撑设备，在国内率先开展了供水管网漏失监测项目。经过不断摸索，项目组初步总结了系统的实施经验：(1)选定项目实施区域，划分LMA，确定漏失监测记录仪的布设规范，包括记录仪布设管网口径、布设位置、布设距离以及超出监测范围的解决办法等；(2)基于供水管网地理信息系统（GIS）进行点位布设（如图2所示），在初步制定监测方案的基础上，采用系统方法，对初步方案进行了优化计算，并进行人工判别、剔除、修改等。图2 基础GIS的漏失监测系统监测点位布设图(3)制定系统实施方案，制定相应的图纸、图表，协调人力、车辆等进行记录仪的现场布设，并为记录仪布设点位进行现场喷涂标识。(4)规划数据采集方案，采用巡视仪以无线方式定期采集漏失监测数据（1天数据），或采用笔记本以红外方式直接从记录仪连续采集监测数据（12天数据），所采集数据可通过专用数据线传输至计算机存储。(5)技术人员对所采集漏失数据（信号强度Level简称Lv、带宽Spread简称Sp及系统自动处理结果L、N、W，分别代表泄漏、无漏及怀疑泄漏三种）定期分析并进行现场排查，一般来说，Lv越大、Sp越小，管网发生漏损的可能性越大，如下图所示。管道正常疑难漏损点漏损点背景噪声干扰图3 漏失监测系统信号判断(6)受部分内外界因素影响，系统可能产生干扰报警，因而有必要对干扰报警的原因进行分。经初步总结，主要包括如下原因：记录仪自身灵敏度过高、外界环境噪音影响，如饭店餐馆等夜间用水、机房运作、排水、电信管线干扰等，如图4所示。图4 漏失监测系统漏失信号干扰图(7)分析系统未能监测到的管网漏损：在系统实施期间，项目区内有部分管网破损包括明漏、暗漏是系统未能监测到的，应对此进行分析，以期合理、充分地发挥系统功能，主要包括以下原因：A：管道破损距离记录仪较远，破损处产生的噪音强度过小，超出记录仪的灵敏范围。B：存在一个/多个记录仪反映多处漏点信息，应在漏点修复后继续进行漏点复查，这与数据排查人员的经验有关。C：环境噪音强于报警噪音，较难识别等。以上七个部分是项目的现场实施过程，是项目实施最基础的部分；在此基础上，项目组开展了基于漏失监测系统的GIS二次分析功能开发、基于GIS的漏失监测数据库开发、基于连续监测数据采集的漏点发展过程模拟等科研工作。4. 供水管网漏失监测系统的研究意义4.1经济意义(1)系统能及时、有效地监测管道漏失状况并作出预警，减少因管网破损造成的水量损失，从而降低了企业供水成本，对供水企业尤其是北方缺水城市具有重要的经济价值。(2)在项目实施过程中，通过系统优化计算，可以实现监测区域内记录仪数量的最小化或固定记录仪数量监测区域面积的最大化，具有明显的经济效益。(3)该系统可为疑难漏点判断提供辅助决策支持功能，将大大减少相关的人力、物力、财力投入，减少了暗漏检出成本。(4)对监测范围内管网破损进行模拟、预测、评价，可为管网改造提供技术支持，基于此制定的管网改造计划将更有针对性，并在一定程度上降低了管网改造成本。4.2社会意义(1)该项目是国内第一次采用漏失监测系统进行大区域项目研究，项目投入费用、参与项目的研究人员数量及