（市政工程专业论文）供水管网漏损控制的DMA技术及阀门布置的优化研究.pdf

供水管网漏损控制的d m a 技术及阀门布置的优化研究 摘要 目前，管网漏损控制已经成为供水企业乃至全世界都关心的重要课题。在消 费者对供水要求的日益提高和环境保护意识的日益强烈的情况下，管网漏损问题 及其控制越来越引起供水系统的关注，特别是在缺水型的城市，一方面供水资源 不足，另一方面却是经过处理的优质水资源没有经过利用就白白的浪费了。而我 国是一个水资源总量较大的国家，但人均可利用水量却属于贫水国家，因此，进 行管网的漏损控制是势在必行的，进而更加需要漏损控制的技术支持。 本文以降低城市供水管网漏损率为目的，分别以中部某市城西给水管网和一 个小区为研究对象，针对供水管网的d m a 技术和以降低管网漏损率为目标的阀 门安装位置的优化布置，进行了以下研究：1 ) 系统地阐述了d m a 技术，包括 d m a 实施步骤框图，d m a 的设计、管理和维护等内容；2 ) 以某市城西管网为 例，阐述了d m a 技术实施时的要点，并借助e p a n e t 2 0 软件，辅助分析了 d m a 对管网压力以及水质指标的影响；3 ) 以全局剩余压力为最小为目标函 数，采用遗传算法对管网阀门安装的数量及安装位置的优化进行了研究。结果表 明：城市供水管网利用d m a 技术来控制管网漏损，不能只是通过人工主观规 划，应与计算机仿真模拟相结合，这样可以规避人工规划的局限性和预测d m a 运行后可能存在的问题，进而在后续的工作中加以修正。通过计算机模拟d m a 技术对管网运行的影响得出d m a 对压力的影响是负面的，而对水龄和余氯却有 轻微的改善作用。阀门位置对管网压力的影响研究中，分别分析了实例小区安装 不同数量阀门时对管网压力调降的效果，结果表明阀门的数量越多，压力调降的 效果就越好，但是阀门数量时与压力调降并不是线性关系，而是阀门超过一定数 量后，压力降低值就不明显了。但是对漏水量的控制效果是正相关的关系，随阀 门数量增加而降低。 关键词：供水系统；漏损控制；d m a ( d i s t r i c tm e t e r i n ga r e a ) ；阀门优化布置； 遗传算法 硕士学位论文 = = = = 宝= = = = ! = = = = = = = 皇= = = = = = = = = = = = = = 皇- - 。mm 一_ 一- 一t = = 搴= = = = = 皇= = = = = ab s t r a c t a tp r e s e n t ，c o n t r o l l i n gt h el e a k a g eo fw a t e rd i s t r i b u t i o nh a sb e c o m eai m p o r t a n t p r o b l e mc o n c e r n e db yt h ew a t e rs u p p l ye n t e r p r i s ee v e na l lo v e rt h ew o r l d i nt h e c o n d i t i o n so ft h ec o n s u m e r sp a y i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt ot h ew a t e rs u p p l y d e m a n da n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，t h ele a k a g eo fw a t e rd is t r i b u t i o na n di t s c o n t r o l l i n gh a v ea r i s e nm o r ea n dm o r ec o n c e r no ft h ew a t e rs u p p l ys y s t e m ，e s p e c i a l l y i nt h ec i t yo fw a t e rs h o r t a g e o nt h eo n eh a n dt h ew a t e rs u p p l yr e s o u r c ei sl a c k i n g ， o nt h eo t h e rh a n dt h et r e a t e dh i g hq u a l i t yw a t e rw i t h o u tu s i n gi sw a s t e d c h i n ai sa c o u n t r yo fal a r g ea m o u n to fw a t e rr e s o u r c e ，w h i l ec h i n ai so n eo f t h ec o u n t r i e sw i t h w a t e rs h o r t a g ea ta v a i l a b l ew a t e ru s ep e rc a p i t a t h e r e f o r e ，t h ep r o c e s so fc o n t r o l l i n g t h el e a k a g eo fw a t e rd i s t r i b u t i o ni si m p e r a t i v e ，t h em o r et e c h n i c a li n s t r u c t i o ni s r e q u i r e d t h i sp a p e ra i m sa tr e d u c i n gt h el e a k a g er a t eo fw a t e rd i s t r i b u t i o n ，t h ew e s t e r n w a t e rs u p p l yn e t w o r ko fac i t yi nt h em i d d l ea r e aa n dal i v i n ga r e aa r es t u d i e d r e s p e c t i v e l y ，t h ef o l l o w i n gr e s e a r c ha r ec a r r i e do u t ：( 1 ) t h et e c h n o l o g yo fd m a i s e x p a t i a t e ds y s t e m a t i c a l l y , i tc o n t a i n st h ea p p r o a c h i n gc h a r to fa c t u a l i z i n gd m a ，t h e d e s i g n i n g m a n a g e m e n ta n dm a i n t e n a n c eo fd m a ，e ta 1 ；( 2 ) t ot h ew e s t e r nw a t e r s u p p l yn e t w o r k o fac i t ya sa ne x a m p l e ，t h ep o i n t so fa c t u a l i z i n gd m aa r ee x p a t i a t e d ， t h ee f f e c t so fd m ao nt h ep r e s s u r eo fn e t w o r ka n di n d e xo fw a t e rq u a l i t ya r e a n a l y z e db ye p a n e t 2 0s o f t w a r e ；( 3 ) t h em i n i m u m o fr e s i d u a lo v e r a l lp r e s s u r ei s c o n s i d e r e da st h et a r g e tf u n c t i o n ，t h er e s e a r c ho nt h ea m o u n to ft h ev a l u e si n s t a l l e di n t h en e t w o r ka n dt h eo p t i m i z i n gp o s i t i o no ft h ev a l u e si n s t a l l e da r ec a r r i e d o u t t h r o u g ht h eg e n e t i ca l g o r i t h m t h er e s u l t ss h o w st h a t i ti sn o to n l ys u b j e c t i v e l y p r o g r a m m e d ，b u ta l s o c o m b i n e dw i t hc o m p u t e re m u l a t i o n a ls i m u l a t i o ni n t h e c o n t r o l l i n gt h el e a k a g eo fw a t e rd i s t r i b u t i o nb yu s i n gd m a t e c h n o l o g y i nt h i sw a y , t h el i m i t a t i o n so c c u r r e di nt h es u b j e c t i v ep r o g r a m m i n ga n dt h ep r o b l e m sf o r m e di n t h ef o r e c a s to fr u n n i n gd m ac a nb ea v o i d e d ，t h e nt h e yc a nb ec o r r e c t e di nt h e f o l l o w i n gw o r k s t h ee f f e c to fd m at e c h n o l o g yo nt h er u n n i n gn e t w o r k s i m u l a t e db y c o m p u t e rs h o w st h a tt h ee f f e c to fd m a o nt h ep r e s s u r ei sn e g a t i v e ，a n dt h a ti tc a n s l i g h t l yi m p r o v et h ew a t e ra g ea n dr e s i d u a lc h l o r i n e i nt h er e s e a r c ho nt h ee f f e c to f v a l u ep o s i t i o no nt h en e t w o r kp r e s s u r e ，t h er e s u l ts h o w st h a tt h em o r ev a l u ei s ，t h e b e t t e re f f e c to fp r e s s u r ea d j u s t i n g h o w e v e r ，t h ep r o p o r t i o no ft h eq u a n t i t yo fv a l u e s m 供水管网漏损控制的d m a 技术及阀门布置的优化研究 t ot h ep r e s s u r ea d j u s t i n gi sn o tl i n e a r i t y ，t h ed e p r e s so fp r e s s u r ei sn o te v i d e n c ew h e n t h eq u a n t i t yo fv a l u e sr e a c h e sac e r t a i nn u m b e r t h ep r o p o r t i o no ft h eq u a n t i t yo f v a l u e st ot h ee f f e c to fc o n t r o l l i n gw a t e rl e a k a g ei si i n e a r i t y ，t h ee f f e c to fc o n t r o l l i n g w a t e rl e a k a g ei sr e d u c i n ga st h ei n c r e a s i n gq u a n t i t yo fv a l u e s k e y w o r d s ：w a t e rs u p p l ys y s t e m ；c o n t r o lt h el e a k a g e ；d m a ( d i s t r i c tm e t e r i n ga r e a ) ； o p t i m i z i n gd i s p o s i n go fv a l u e ；g e n e t i ca l g o r i t h m i v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取 得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其 他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个 人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果 由本人承担。 作者签名：旅灸祝 日期：砰r 月矽日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查 阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关 数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位 论文。 本学位论文属于 l 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名： 导师签名： 檄伽 日期：啼岁月汐日 日期：加，年歹月7 日 1 硕士学位论文 1 1 课题背景与研究意义 第1 章绪论 1 1 1 课题背景 地球上的淡水资源非常有限，地球表面虽然有7 1 的面积被水覆盖，但其中 海洋成水占了9 7 5 。真正可供人类食用、易于取得的淡水仅占地球水资源的 0 2 6 。水资源的分布也是很不均衡的，约6 5 的水资源集中在不到1 0 个国家 里，而人口占世界总数的4 0 的8 0 个国家却严重缺水，另外2 6 个国家的水资 源也很少乜1 。1 9 7 7 年3 月联合国用水协会曾发出警告说：“水不久将成为一个 深刻的社会危机，石油危机之后的下一个危机便是水的危机。 我国水资源总量为2 81 2 4 亿m 3 ，位居世界第六位，然而由于我国人口众 多，人均占有水资源量仅2 3 4 0 m 3 ，约为世界人均占有量的1 4 ，是美国的l 5 ， 加拿大的1 5 0 ，位居世界第1 1 0 位，被列入世界1 2 个贫水国家名单。加之我国 水资源主要来源于降水，而降水遭受大气环流，海陆位置以及地形、地势等因素 的影响，在地区分布上很不均匀，总体格局是南方多，北方少，东南多，西北 少。在时间分布上更显不平衡，大多数降水集中于夏季7 、8 、9 三个月份。我国 西北、华北以及某些沿海地区受水资源匮乏的影响，使这些地区的国民经济发展 受到严重的制约们曲1 。 城市供水系统是城市的重要基础设施，在保障人民生活和经济建设中发挥着 重要的作用，对城市发展具有全局性和先导性的影响。改革开放3 0 多年来，我 国经济有了长足的发展，同时城市用水量也逐年攀升( 见表1 1 ) 阳1 。 表1 1 历年全国城镇公共供水统计汇总表( 单位：万吨) 一方面，城市发展需水量与供水量的矛盾。随着社会生活水平的提高，城市 规模的增大，城市向自然水资源索取的水量大大增加，然而由于城市水污染的原 因，出现了城市中可做为取水水源的水量满足不了城市需水量的要求；另一方 面，通过净水厂净化后的优质水资源在城市给水管网中因管理不善、供水设施陈 旧、技术水平提高缓慢等原因而白白流失。城市供水量逐年增加的情况下，供水 供水管网漏损控制的d m a 技术及阀门布置的优化研究 企业的产销差也逐年加大，供水管网的漏损率也是逐年攀升。因此，在保证供水 安全可靠的前提下，解决供水管网漏损严重、充分利用优质水资源的问题也迫在 眉睫，已经成为长期困扰世界供水行业的一大难题。 1 1 2 研究意义 城市供水管网漏损是供水行业普遍存在的严重问题，漏损不仅浪费了宝贵的 水资源，而且还使供水企业蒙受巨大的经济损失，甚至造成严重的社会问题。因 此，世界各国都非常重视供水管网的漏损分析研究工作，而我国在这方面迫切需 要加快科学研究的步伐。供水管网的漏损管理也是一个十分复杂的问题，涉及到 工程技术，企业管理，社会经济，政策法规，城市发展，环境等诸多方面。因 此，供水企业把加强供水管网的漏损控制作为企业管理的重要内容之一，将漏损 量的大小作为衡量供水管网技术与运行状况的一个重要的指标，把漏损的分析与 研究作为一项重要的课题，它已成为整个供水事业一个重要组成部分。 从经济角度来看，城市供水需经取水，输水，净化及配水等供水设施并消耗 一定数量的能源动力、药剂和人员投入，才能达到城市供水标准。因此，狭义的 说，过高的漏损率即浪费供水设施，增加供水成本。随着城市的发展，城市供水 漏损率也是逐年攀升( 见表1 2 ) 1 。 表1 2 全国城镇公共供水漏损率 仪以2 0 0 3 年为例，保守估算，若将漏损率降为建设部颁布的城市供水管 网漏损控制及评定标准中规定的“低于1 2 ”，则全国每年的市场节水潜力为 2 7 4 7 7 6 万吨年，以1 元吨水价计，节约的费用2 7 5 亿。这其中还没考虑水价 上涨所带来的更大的利润空间及由于漏损控制带动的相关产业所带来的收益。 因此，漏损控制凸现的经济价值更促使我们充分认识到漏损控制的必要性和紧迫 性。 从社会角度看，供水管网漏损不仅造成水的流失，也增加了水的二次污染的 机会，影响了供水的连续性，安全性，同时也给环境带来了一定的影响。据美国 统计资料，1 9 9 0 年在美国报告的水传播疾病的爆发中，有2 4 是由于各种原因 渗( 流) 入管网的水所携带的杂质导致的而不是由于水厂处理不到位。而管网的漏 水点则是杂质最容易进入的薄弱环节。随着社会的进步，用户对供水企业的服务 水平的要求越来越高，但管道漏子频发给居民生活带来严重影响，不仅使服务中 断，影响了居民群众的生活，而且道路刨修任务不断，妨碍了了城区交通，给广 大人民群众带来了极大的不便。经常的刨漏维修也对环境带来了污染，使社会、 硕士学位论文 经济、环境综合效益降低，从而也降低了城市竞争力，造成整个社会环境水平的 下降。 从行业的发展要求和规划看，建设部作为城市供水行业的国家主管部门，也 已经认识到了我国供水行业在漏损控制方面所存在的问题，为加强城市供水管网 漏损控制，统一评定标准，合理利用水资源，提高企业管理水平，降低城市供水 成本，保证城市供水压力，推动管网改造工作，2 0 0 2 年制定了“城市供水管网 漏损控制及评定标准( c jj 9 2 2 0 0 2 ) ，用于城市供水管网的漏损控制及评定。在 “城市供水行业2 0 1 0 年技术进步发展规划及2 0 2 0 年远景目标阳1 中在“优化供 水成本 的目标中规定的主要指标之一是“城市供水管网漏损率 ，要求“到 2 0 10 年应不大于1 2 ，2 0 2 0 年大中城市的管网漏损率应控制在1 0 以下 。规 划中对不同类型的水司2 0 1 9 年要达到的漏损控制指标和2 0 2 0 年远景目标提出了 详细的要求，简介如下： ( 1 ) 目标的确定依据：城市供水管网漏损控制及评定标准中规定，城市 供水企业管网漏损率基本评定标准为1 2 ，在执行时可根据城市管网情况和企 业的实际运作做适当的修正。从我国近几年城市平均漏损数字来看，我国各个城 市的漏损水平差异很大，大部分地区的漏损水平比较高。1 2 这个现行标准考虑 到了我国现在供水企业的实施条件，即7 0 以上的供水企业要达到1 2 的评定 标准，需要的过程应有所不同。“2 0 1 0 年漏损控制指标”，分两步：1 ) 2 0 0 4 2 0 0 7 年：一类供水企业：在现有基础上降低漏损率2 0 。漏损率接近或达到现行漏损 控制标准；二类供水企业：在现有基础上降低漏损率3 0 ，漏损率接近或达到 现行漏损控制标准；三类供水企业：在现有基础上降低漏损率3 5 ，漏损率接 近或达到现行漏损控制标准；四类供水企业：在现有基础上降低漏损率4 5 ， 漏损率接近或达到现行漏损控制标准。2 ) 2 0 0 7 2 0 1 0 年：漏损控制标准全部达到 或高于现行标准，并形成适合自身的完善的漏损控制技术方法和管理措施。 ( 2 ) 2 0 2 0 年漏损控制远景目标：2 0 1 0 到2 0 1 5 年，各类供水企业漏损控制标 准全部达到1 0 ：2 0 15 到2 0 2 0 年，各类供水企业漏损控制标准应达到当时国 际先进漏控水平。 综上所述，管网的漏损造成了对水资源的巨大浪费，而城市供水需要符合卫 生要求的水资源为原料，过高的漏损失率即浪费优质水资源。尤其目前，我国为 解决部分地区“吃水难”问题，制定了南水北调等大规模的方案措施，但国家花 巨资给城市调的水，其中的一部分却白白地流失。因此对管网的漏损控制和维护 工作的研究，不仅有益于供水企业的经济效益，而且也可以减少对周边环境造成 的危害，为市民带来一个舒适的生活环境，同时也可以减少投资兴建新的水厂， 减少对自然水资源的需求量，对国民经济发展和城市建设都有着实际意义。 供水管嘲漏损控制的d m a 技术及阀门布胃的优化研究 i 2 国内外研究进展 从技术角度来看，供水系统存在漏损说明给水管网中存在漏水点，无论漏水 点漏水量的大小，都对影响管道内的水压部分降低。有时候因为管道破损还会导 致管网供水水质下降。从安全角度看，在爆管漏损的情况下，管道内水压的突降 尤为明显，并且会使街道积水，极大的影响了居民的生活。据报道，广州在 2 0 0 9 年2 月1 1 日一根d n 4 0 0 的管道爆管就使得街道积水成灾。而小的漏损长 时间没有得到修复的话，也有可能由于泥土流失而使路面塌陷，影响建筑物的安 全和路面交通。因此，当前世界各国都把漏损控制作为一项重要的课题来研究。 1 2 1 当前国内外衡量漏损控制的指标 为了对供水管网漏损进行控制，必须要有一个能评价供水管网漏损的评价指 标体系，以便对供水管网的漏损率进行鉴别，从而采取相应的漏损控制措施。管 网漏损是在供水过程中，由于管道本身的结构所引起必然损耗和一定的沿程和局 部损耗所造成的水量损失，以及由于管线老化所带来的其它损失。亦即包括两部 分的损失：1 ) 供水系统物理漏损，指的是通过系统输配水管网及城市蓄水设备 渗漏，漏失及溢流到外界的部分水量。它增加了不必要的供水设施建设，加大了 运行操作成本，更是对水资源的一种巨大浪费。2 ) 供水系统帐面漏损，又成为 “纸上漏水量”，它指的是由于用户水表计量不准确，收费或财务上的错误，未经 授权的非法用水等给供水公司带来经济上损失的部分水量。还有一部分供水企业 供应了但是不能计入到供水企业营业收入的水费，亦即城市共用的水量，如消 防，绿化和道路洒水等等。 由于供水管网真正的漏损水量是难以准确计量的，大部分国家和地区的供水 行业从管理与经营角度出发，一般采用u f w ( u n a c c o u n t e df o rw a t e r ) 替代漏损 的水量进行统计分析阳1 。如图1 1 所示，u w f 通常有两种计算方式： ( 1 ) u f w 为供水总量与收费水量的差值，其数学表达式可以表示为： u f w = q q ( 1 1 ) 式中q 一一年供水总量( m 3 ) ； q 一一收费水量( m 3 ) 。 ( 2 ) u f w 为供水总量与计量水量的差值，其数学表达式可以表示为： u f w = q j q ( 1 2 ) - o j ，历 式中：q 一一计量水量( m 3 ) 。 由图1 1 可以看出，未收费水量包括漏失水量和免费用水量，未计量水量包 括漏失水量和合法未计量水量。由于当前国内供水企业计量技术和计量管理工作 的滞后，前一种计算方式更广泛地用于国内的各大水司。 衡量供水管网漏损程度通常有三种指标0 1 ： 硕士学位论文 为： 量。 ( 1 ) 未计量水率为年供水总量与年售水总量的差值与年供水量的比值。 ( 2 ) 漏损率年漏损水量与年供水总量的百分比为漏损率，其数学表达式 足：堕鱼l o o ( 1 3 ) 。 q 式中疋一一管网年漏损率( ) ； 包一一年供水量( k m 3 ) ； q 。一一年有效供水量( k i n 3 ) 。 ( 3 ) 单位管长漏水量单位管长单位时间内内漏损的水量称为单位管长漏水 q = 盟l , x 盟8 7 6 式中酝单位管长漏水量( m 3 ( k m h ) ) ； 厶管网管道总长( k m ) 。 ( a ) 收费水量 水量 漏失水量合法未计量水量 ( b ) 图1 1 水量平衡 ( 1 4 ) 1 2 2 国外供水管网漏损控制研究进展 发达国家非常重视有关漏损的研究，很早就开展了漏损检测技术及设备的研 发工作，并成立了相关的学术研究机构，如英国的水研究中心( w r c ) 专门发 表报告论述漏损控制的内容、方法和对策：美国供水协会( a w w a ) 在19 7 6 年 o = = o 、ic 供水管网漏损控制的d m a 技术及阀门布置的优化研究 成立了漏损检测和计量委员会：日本水道协会( j w w a ) 专门对漏损问题进行了 研究，并在长期的工程实践中取得了良好漏损控制效果，如日本给水管网漏损率 由1 9 7 5 年的1 8 9 逐年降低到1 9 9 5 年的9 7 ；新加坡的未计量水率由1 9 8 9 年 的1 0 6 逐年降低到1 9 9 5 年的6 3 t 9 1 。 1 2 2 1d m a 技术控制管网漏损的研究 d m a 技术即区域装表技术( d i s t r i c tm e t e r i n ga r e a ) ，在检测区的进( 出) 水 管上装置流量计，用进水总量和用水总量差，判断区内管网漏水的方法。 w r c 1 提出了典型的d m a 层次设计的思路，如图1 2 所示。 净水构筑物各分区流量计一级分区( 1 0 0 0 - 3 0 0 0 户) 二级分区( 1 0 0 0 户) 图1 2d m a 分区示意图( 一) j o h a n n e sa n d e r s e n 、r o g e rp o w e l l n 2 3 的研究中提出来d m a 分区的思路略有不 同。与w r c 提出来的那么生硬的依靠阀门来分区不同，他们认为两个d m a 分区 之间可以通过流量计来分区，而对于水表的要求是，可以双向计量。他们提出的 d m a 分区示意如图1 3 。并且作者将加权最小二乘法状态估计( w e i g h t e dl e a s t s q u a r e s ( w l s ) s t a t e e s t i m a t i o n ) 运用到管网d m a 中。 m a l c o l mf a r l e y n 3 1 认为在设置一个城市d m a 分区的时候需要考虑四个方面 的因素： 经济漏损率。供水企业控制单位漏水的边际成本与单位水的成本相等时的 漏损率即为经济漏损率。每个城市的供水公司都有适合自己水司情况的分区方 法，由于自身技术力量和硬件条件的不同，每个水司设定的经济漏损率也不一 样。就各个分区而言，每个分区的管道管材，管龄，埋深等等情况不同而使得各 个每个分区的经济漏损率也不相同； 分区的大小( 地理区域和分区内所包含的户数) 。分区所包括的户数过多 硕士学位论文 不利于用水量的调查与统计，对于减漏的效果也不明显。倘若分区所包括的户数 过少，则分区数就多，管理起来就麻烦。所以在实际的分区中一般分为三种情 况： 小型： 4 时孔口水头损失占主导，当o s 0 2 时土壤水头损失占主导。在真实的管网中，o s 参数一般较大因此用水射器的 孔口方程来模拟漏损是较为合适的。 从图1 5 中也可以看出高压下的漏水量远远高于低压下的漏水量。 圈1 5 阿一漏子在水同j k 力下的漏水最图” 鉴十漏撅与压力的紧密关系，世界各国在这个方面开展了广泛的研究工作 并取得了卓有成效的成绩。m t a b c s h o ”笛人将节点水量分为两部分，一部分是 与压力有关，一部分与压力无关。然后运用g i s 模型对管网系统进行水力模 拟。提出了一种可咀计算和评价非收费水量和真实漏损的整体漏损模型。 e p a n e t 水力模型中的数据是通过广泛的现场调查以及对节点和管段的漏损量， 因此比现有的程序更为真实模拟的结果用g i s 模型柬输出和分析。这样三种 模型的综台运行可以更为广泛而有效的管理给水管网的工具。 o r a z l og i u s t o l i s i ”“3 1 将压力驱动用水景需求运用到管网漏水量的模拟当 中，他们认为将用户的用水量与管网的漏水盘作为一个整体，建立与压力的函数 关系( 式1 6 ) q , - 。= 。= 岛( ) + q ( 0 ) 。5 ( 1 6 ) 目u 式中g 州一一节点i 的漏水量： 口。“一一管段u 的漏水量； 口一见一一漏损模型中与背景漏失有关的参数： 尸，一一管段i j 两端的压力的平均值： 供水管叫漏损摔制的d m a 技术及阀门布置的优化研究 c ，一一爆管时管道的出流系数。 然后对管网进行模拟，建立了压力驱动管网漏损的水力模型，并得出压力驱动用 水量需求的方法明显比只是用用水量模拟的精度要高出很多。 u l a n i c k i 旧钊通过关闭和打开环流来控制管网的压力，以达到降漏的目的。首 先将城市管网进行压力分区( p m a ) 分析，再进行压力分区。通过调节控制减 压阀( p r v ) 的压力控制作用来最大程度的降低p m a 区域内的平均压力。该控制 分为两个部分：预控制和反馈控制。预控制是通过水力模型或者在线监测模型来 分配p r v 控制的顺序和时间问题。而反馈控制包括两个部分的内容：集中控制和 非集中控制。集中控制与预控制相比可以达到更好的压力调降效果。而非集中控 制因为单个p r v 实现自动控制，可根据用户的需水量来调节压力使压力始终保持 在合适的水平，因此非集中控制更加灵活，在实际应用中效果更为突出。作者将 理论应用到实际管网中后发现通过p r v 控制可将漏损量降低5 0 左右。 p a u lw j o w i t t 乜引用线性理论将阀门控制的非线性方程线性化然后求解得到 阀门的控制方案，并给出了包括控制阀门的位置、开度以及数量的优化数学模 型，来降低管网漏损。1 1 七p a l h i m i a r y 他引、t u c c i a r e l l i 心7 1 、v a i r a v a m o o r t h y 都论 述了阀门控制与漏损控制方面的关系并通过模型进行验证。 1 2 3 国内供水管网漏损控制研究进展 近年来，我国越来越多城市建立了给水管网s c a d a 系统、g i s 系统、计算 机管理系统、营业收费系统，实现了动态管理。有的城市还配备了一定数量的管 网检漏设备，加大了管道漏损的检测力度，变被动检测为主动检测，对降低漏损 水量，提高供水效率取得了一定的成果，为推动全国城市供水管理和提高漏损控 制的水平起到了示范作用。同时，国内各高校及研究单位也加强了对给水管网漏 损控制方面的研究，并且不断的在实践中探索以强化研究的成果。 1 2 3 1d m a 技术控制管网漏损的研究 上海市自来水公司是国内较早开始进行分区改造的水司，主要是由于整个城 市供水规模随着经济发展扩张迅速，现有的管理已经显得跟不上实际需求，因此 为改善管理，提高效率，从1 9 9 9 年开始依据城市中的两条主要河流( 黄浦江和 苏州河) 将原来的一个自来水公司划分为：市北、市南、浦东和闽行四个分公 司，并单独成立了一个原水公司。其中以市北自来水公司的供水能力最大。四个 分公司所管辖的管网之间通过电磁流量计双向计量流量，与供水水厂之问也同样 通过两个相互验证的电磁流量计计量水量，并作为相互之间的费用核算依据。分 区的初衷是为了满足划分四个行政公司的计量核算管理需要，但客观上起到了划 小计量区域，控制产销差的效果，也是无形中运用了d m a 技术，为后来的管网 硕士学位论文 检漏预留了基本的条件。每个分公司下设若干供水管网所，以市北公司为例，其 下辖三个所，每个所分区负责相应管辖范围的管网管理、抄表和收费。三个所之 间用d n 3 0 0 的管道相互连接，并且在连接管道上设置可以双向计量水量的水 表，作为区域内与区域间水量核算与校核的基础。这种首先大区域划分供水区 域，然后再划分的思路是典型的d m a 分区技术，也是目前最有效的管网漏损控 制的方法之一。当然，为了更加有效的控制管网漏损，在这个再分区的情况下还 可以继续划分成更加小区域的分区，以最大程度的达到控漏的目的。但是由于上 海水司目前各方面的设备和技术有段尚有欠缺，还没有继续往下分区。 此外国内其他水司也在d m a 技术方面进行了探索，如深圳市水务集团主要 按照行政区域将供水区域划分为6 个分公司，包括上步、福田、罗湖、南山、西 丽和盐田分公司，其中盐田分公司由于同其他五个分公司之间有梧桐山相隔，有 独立的水厂和管网，其他5 个分公司：东湖水厂主要服务于罗湖区；笔架山水厂 主要服务于罗湖区和福田区：梅林水厂主要服务于福田区；大涌水厂主要服务于 南山区。各水厂出水与管网之间通过流量计计量水量，由于水厂本身并不独立售 水核算，所以出厂计量更主要只是作为总公司比较所购原水的水量计量是否准确 的一个参考。每个分公司只是负责将各分水表所记录水量的水费回收，并不与本 公司所辖管网总水量对比，也无法对比，因为分公司管网之间并无计量。每个分 公司下设3 4 个供水管理所，负责查表、收费、巡查及回访。其中每个管理所下 分若干“片区 ，作为收费控制单位。也没有实现国外真正意义上的“分区管 理 。 在各个水司自行进行漏损控制的探索的同时，国内的专家学者也积极的从理 论上研究d m a 技术。北京大学周玉文提出应综合考虑区域计量分区原则、压 力分区原则、管理分区原则等三种原则进行分区规划的新思路，并对一大城市的 供水管网系统划分为6 个管理分区。为了预测分区改造后对供水管网的影响，对 分区改造后的管网进行了模拟分析。北京工业大学吴珊口们口等介绍了在特定区 域内进行供水管网漏损实证研究，并通过所获得的实验数据的分析，得出区域供 水漏损资料，据此管网漏损进行评价。其区域装表示意图如图1 5 。 同济大学俞锋d 2 1 对区域供水管网漏失水平评价方法做出了阐述，并给出不 可避免漏水量的计算方法： u r 上= 毛乙p p e r x t + k 2 m xp xp e r xt ( 1 6 ) 式中u r l 一一不可避免漏失水量； 毛一一配水管线漏失系数； 厶一一用户连接管漏失系数： 尸一一小区平均服务压力l 丁一一管网使用率； 供水管网漏损控制的d m a 技术及阀门布置的优化研究 m 一一小区连接管数量； l 一一小区管线长度； p e r 一一进行水量平衡分析的时间周期长度。 此外，赵洪宾3 1 ，徐强阳4 1 等人都发表了关于供水管网分区计量技术控制漏 损的文章。 接市政供水管网 图1 5 试验小区装置示意图 1 2 3 2 压力控制管网漏损的研究 林守江口酣指出对管网压力的控制可以有效的避免管网中不必要的高压出 现，进而减少爆管事故的发生来降低漏损率，并介绍了压力管理的概念与实现方 法。周建华口引等人利用实验研究配水管网压力与漏水量的关系，试验结论认为 漏水量与压力成指数关系，指数区间在o 5 1 5 之间。 耿为民口 b 刚提出优化控制阀门的位置以及开度的混合离散非线性最优化数 学模型，模型的目标函数是以漏水量全局漏水量之和最小，表达式为 m i n = 鹎 ( 1 7 ) t j e r 式中q s o 一一节点i ，j 问管段漏水量，m 3 s ； r 一所有管段两端节点的组合。 并利用遗传算法求解。实现了对管网输配水范围内的压力控制阀门位置和开 度的优化调度及管理，并用算例进行了模型校验。 余涛口引认为阀门的开关直接影响了给水管网中的节点压力，也即直接降低 了管网漏损的水量。余涛应用了线性设计优化技术，主要稀疏修正单纯算法来控 硕士学位论文 制阀门的开启度，其目标函数是以供水区域内当前水头和目标水头之间的偏差最 小，即 r a i n = 旷h o l j 式中一一控制阀门，0 屹 俨； 瑰一一节点当前水头，m ； h o 一一节点目标水头，m ； ，一一管网参考节点的数目。 同时以城市居民生活小区给水管网为例， 化，提出阀门控制最优个数的概念。 1 2 3 3 管网漏损预测的研究 ( 1 8 ) 说明管网控制前后管网漏损的变 无论是采用何种管材、何种施工方式、何种维护和养护方法，给水管网都会 不可避免的发生漏损。因为城市给水管网随这改革开放不断的庞大化、复杂化， 而且管网漏损的影响因素纵多，所以在很多的情况下很难对漏损与其影响因素之 间进行量化分析。此外，凡事预先想到和预先采取措施比事后弥补要好得多。因 此，国内很多人都对这个方面进行了研究。 哈尔滨工业大学陈兵h 训运用了时间序列分析法中的指数平滑预测法、二次曲 线指数平滑模型以及灰色模型( g m ) 模型预测给水管网漏损。结果表明指数平 滑法可用于给水管网的漏损预测，而二次曲线指数平滑模型预测的效果更优，但 是g m 预测模型的精度比指数平滑的都要高。 连鹏h 则认为如果供水企业进行管道检漏检测的周期过长，月平均漏水量经 济损失就会增加，周期过短则检测费用就会过高，费用效益比就不明显。因此他 提出来在经济漏损率的目标下采用经济检漏周期，以达到年平均漏损总费用最 低。而各种费用对检测周期的变化如图1 6 所示。 经过研究，作者得到了最佳漏损检测周期的公式，并给出了漏损总费用函数 的导数随检测周期的变化曲线( 如图1 7 所示) 。 预测供水管网的爆损发生情况是进行管网爆损控制的基础，可为管网维护、 管道更新决策提供依据。北京工业大学张羽运用多元线性回归以及人工神经网络 b p 算法预测管道可能发生的爆损时间，可以更好地判定管道在将来的运行状 况，提高管网检漏工作的预见性，并以此制定科学的预防性对策。 针对给水管网漏损的特点，重庆大学邱云龙h 2 1 建立了灰色g m ( 1 ，1 ) 模型、 二次指数平滑模型、自回归移动平均( a r m a ) 模型，并应用于漏损频率的预测， 结果表明，单个模型的预测是可行的、有效的，但预测精度不高。在此基础上， 该文