浅谈北京市供水管网的分区域管理模式

北京市市区供水管网的分区域管理模式研究
北京市自来水集团公司张孟涛刘彦辉
摘要：对供水管网分区并实施分区域管理是管网管理的一种新模式，是减少管网漏损的有效途径。

本文论证了北京市市区供水管网的分区原则，提出了管网分区的推荐方案；通过管网水力模型对分区后管网工况进行模拟，并将分区成果在市区配水管网地理信息管理系统平台上模拟显示，这进一步完善了管网地理信息系统的功能。

关键词：供水管网分区域管理水力模型地理信息系统（GIS）
供水管网是“城市的生命线”，是城市供水企业产、供、销的中间环节，其管理、运行水平不但影响着城市的正常生产、生活，还影响到供水企业自身的社会效益和经济效益，因而供水企业越来越注重供水管网管理的策略研究。

管网的分区域管理[1]是供水企业加大科技投入、向管理要效益的一种手段，其根本目的是为了提高供水管网的管理水平，减少管网漏损，并为城市水资源优化配置、管网管理体制改革提供决策依据。

1. 供水管网分区域管理的概念
供水管网分区域管理是在管网漏损控制理论基础上的主动实践，这里的“分区”不同于一般概念上的管网并联或串联分区[2]，其综合考虑自然地理、行政区划、水压分布、供水规模等因素，将整个供水管网分为若干供水区域[3]，相邻供水区域相对独立，但通过连通管道相联系。

供水管网合理的区域划分，可以均衡区域供水量，避免局部压力过大，减少漏损量；分区后管网的输水和配水功能明确，易于供水系统的优化调度，易于管网的维护管理。

1.1 国内外管网分区域管理的研究进展
国外较早开展了管网分区域管理的研究，1980年英国第一次提出“分区计量区域”（District Metered Areas, DMA），其目的是实现对管网漏损的长期监测，以均衡管网服务压力，降低漏损率。

部分发达国家管网的分区域管理已取得了一定的成就，如伦敦、东京市区供水管网被分为16、50个区，实施了分区域管理。

国内的相关研究与实践起步较晚。

1999年上海水司改革，依黄浦江和苏州河将整个上海市区管网分为4个区，并分别成立了四个自来水公司；沈阳根据行政区划将管网分为8个区；深圳水务集团推行“片区管理”，依据水厂控制范围将管网分成若干片区等。

1.2 北京市市区供水管网的分区域管理研究
众所周知，北京是资源型严重缺水的城市，而2008年奥运会即将在北京举行，因而北京市自来水集团肩负着巨大的压力。

如何开源与节流并举，充分利用有限的饮用水资源，是开展管网分区域管理研究的出发点。

北京市市区供水管网分区域管理的研究思路：制定适合于北京市市区管网的分区原则，提出可行、合理的分区方案，通过管网建模对分区后管网工况进行模拟，并在GIS平台上模拟显示。

2. 北京市市区供水管网的分区原则
2.1常见的管网分区原则
(1)“区域计量”（District Metered Area, DMA）分区原则
通过截断管段或关闭阀门，将管网分为若干个相对独立的区域，在区域进水口和出水口分别安装流量计，对各区域进水量和出水量进行监测。

根据用户数量，DMA可分为三种规
模，即设计标准：小型，1000户以下；中型，1000～3000户；大型，3000～5000。

(2)压力分区原则（Pressure Management Area）
以管网漏损随水压上升而增加的关系为理论基础，依据地形、高程或等水压线分布，将管网分为若干压力区，通过对压力区的水压控制，降低整个管网的平均水压，减少管网漏损。

(3)管理分区原则（Management Area）
最大限度地利用城市中已有的明显边界，如河流、行政等边界对管网进行区域划分。

2.2 北京市市区供水管网的分区原则
以DMA分区原则为基础，根据管网特性，对市区供水管网进行区域划分；在此基础上，综合考虑行政区划等边界特征，根据DMA区域的串、并联关系进行合并，形成具有明显边界的大区域；再将高压区和低压区分别隔离，形成独立的控制区域，用压力分区原则进行校核。

最终经过对比分析与模型验证，在可行方案中确定推荐方案。

3. 北京市市区供水管网的分区推荐方案及论证
3.1 北京市市区供水管网的分区的推荐方案
依据上述分区原则，北京市市区DN75及以上供水管网被分为750个DMA，如图1所示。

在此基础上将DMA合并，对得到的若干可行方案从水力条件、管理、工程量、未来规划与实施四个方面进行分析论证，得到如图2所示的推荐方案。

图1 市区供水管网DMA分区示意图
该方案将二环以里作为中心区域单独管理，符合北京市的发展规划思想，且避免了对市中心的大规模改造，更有利于各个区域总用水量的相对均衡。

分区后各大区域所含的DMA 数量、区域面积、区域水量占总水量的百分比如表1所示。

表1 推荐方案相关数据统计表
3.2市区供水管网水力模型的建立与校核
北京市自来水集团曾用W A TERCAD软件建立了管网模型，为使模型能与集团的市区配水管网地理信息管理系统有更好的兼容性，现已开发了供水管网建模软件—NetGIS，并将原有模型移植到NetGIS中，其具有水力模拟计算、水质分析和绘制等水压线功能，且计算结果和所绘图形能直接输入到地理信息系统中，并兼具了管网现状分析、规划设计、改造方案模拟与水力计算分析、预测功能。

模型的准确度是对管网工况进行模拟的基础，为对模型进行校核，在市区供水管网范围内，均匀选取了70个临时测压点，结合调度数据，对模型参数进行了校核。

选取2005年7月10日测压数据（该日用水量在所测数据范围内，最接近年内高日、高时工况）对校核后的模型进行验证，如表2所示。

由此可见，校核后模型的准确度可基本
满足管网工况模拟需要，可用来管网分析、预测。

表2 临时测压点压力数据
3.3分区方案的模型验证
推荐的分区方案可通过在主干线上添加流量计、增加或关闭阀门实现分区改造，借助校核后的管网模型，可对分区后管网的工况进行模拟。

经统计，分区后管网模型节点的压力变化幅度很小，水压变化平均值约为0.1m，压力降低最高值不超过1.3m，压力升高最高值不超过0.8m。

可见，此方案不会对供水管网造成不良影响，不会引起管网水压分布的大幅度变化，对于管网运行工况的负面影响较小。

4、分区方案在GIS的模拟显示
将校核后的管网水力模型移植到北京市市区配水管网地理信息管理信息系统后，模型与系统很好的兼容性，使该系统平台不仅具有完善的管网基本信息分析、查询功能，而且包含了管网模型的相关信息，并可准确地绘制管网等水压线（如图3所示），这在一定程度上完善了GIS的功能。

图3 分区方案在市区配水管网地理信息管理系统平台上的模拟显示图
5. 结论与展望
5.1 结论
(1) 供水管网分区域管理模式的探索，是供水企业加强管理、提高效益、提高供水安全性的主动实践，这使管网管理的关口进一步前移，并可将部分管网事故防患于未然。

(2) 管网分区域管理的直接效果是管网漏损的减少，这将一定程度上降低供水成本，提高供水企业的经济效益，这在水资源匮乏的北京市更凸显了其“开源节流”的效果。

(3) 管网的分区域管理，可以进一步优化管网的输配水功能，有利于整个供水系统的优化调度，并可为管网管理提供决策支持。

5.2 展望
(1) 北京市市区供水管网的分区域管理目前仅处于理论研究阶段，与分区方案的真正实施尚有较大差距，需进一步展开论证，细化管网水力模型[4]，并对模型进行深入的校核。

(2) 需结合北京市市区供水管网现状与发展规划，充分论证分区方案的经济、技术的可行性与实施的可操作性。

(3) 供水企业应充分、合理利用新科技、新设备、新工艺，继续加强、深化管网管理模式的策略研究。

文献索引：
[1] 纵谈管网的运行管理何维华城镇供水管道施工与养护技术研讨会文集2002.11
[2] 给水工程（第三版）严煦世范瑾初主编P93~P94，中国建筑工业出版社, 1997
[3] 供水区域网格化管理初探蔡学进张志明上海水务Vol.19 No.1 2003
[4] Utilization of network modeling in the operational management of water distribution system
R.Burrows, G.S. Crowder, J. Zhang, Ubran Water 2 (2000) 83-95.。