供水管网DMA分区定量产销差控制一体化系统解决方案

供水管网DMA分区定量产销差控制一体化系统解决方案摘要:本文着重介绍了实施DMA管理的意义与实施步骤,通过供水管网系统分区计量,建立常设的、数字化的漏水监测控制系统;通过DMA把整个供水管网系统划分为若干小区,划小核算单位,对各区域分开管理,从而达到控制产销差,并保证其持续稳定地降低的目的,最终达到国家允许的范围;通过DMA的实施,对各区域分开管理,贯彻新的理念,新的方法,实际上也就是为营业管理、管网管理与水损监测控制的合并,进行职责的重组与管理结构再造, 使供水企业的运营管理由原来营业、管网分开的粗放式管理,逐步实现营、管、控一体化的数字化精细管理的一个基础而又必要的工作。

关键词:产销差控制、DMA分区计量、压力管理、水平衡、渗漏预警,精细化管理
前言
随着城镇化规模的不断扩大,市场经济的不断深入、供水企业产销差率不仅居高不下,而且有提高的趋势。

这就是我国供水行业目前急需解决的问题。

近年来,虽然,我国供水行业在不断努力,试图通过对管网漏水进行探测与控制,以达到降低产销差的目的,但就是收效不大。

1、1具体表现如下:
1、1、1进行规模性的漏水探测,短期内(半年)降低了产销差,然后产销差会回升;
1、1、2确实查出一些漏水点,产销差控制效果与理想状态差距较大;
1、1、3查明的漏水点漏量不少,但对产销差降低影响不大。

1、2造成这种结果的主要原因如下:
1、2、1目前我国主要以探测漏水点,降低当前产销差为目的,但在依靠管网管理,追求长远、持续控制管网漏水,不断提高供水收益方面考虑的比较少。

因而,漏水探测工程以短期工作为主,而不就是持续几年的反复探测、维护与保持;
1、2、2在管网漏损控制方面,虽然从宏观上讲有国家地方规定,但从水司的管理上并没有建立以数据为依据的管网漏水的衡量标准。

即不能知道目前管网的漏水状况,更不能精确确定管网漏水控制的总体目标与阶段目标,因此不能依据数据有计划系统的控制管网漏水;
1、2、3漏水探测方法简单与落后。

由于漏水探测目前就是以探测的漏水量或漏水点收费,漏水探测队伍从利益的角度考虑,只就是采用
简单技术,检测出简单容易找到的漏水点,其结果就是对降低产销差贡
献微小,或短期降低后快速回升。

1、2、4由于没有建立系统化漏水控制平台,导致了不能及时对管网系统进行漏水探测与有效控制,更不能持续不断降低管网漏水;
1、2、5没有把产销差控制与市场经济的深入结合起来、没有把产销差的持续降低与公司管理意识的转变结合起来,没有把供水收益的提高与组织结构的调整与完善,由粗放管理走向精细化管理统一起来考虑。

北京埃德尔公司在借鉴国外DMA成功经验的基础上,经过不断实践,总结出了一套适合中国国情的DMA产销差控制管理理论与方法,通过对供水管网进行合理的划分与管理,可逐步稳定持续降低供水管网的漏损,使供水企业的产销差控制在合理的范围内,达到节能降耗的目的,提高
企业经济效益。

2实施DMA分区管理的目的与意义
2、1DMA 管理的定义
DMA管理的概念就是在1980年初,英国水务联合会“泄漏控制策略与实践”的报告中首次提出的。

在这份报告中,DMA被定义为:“分配系统中一个分离的区域,通常由阀门形成或者就是完全可以断开的管网,
进入或流出这一区域的水量可以计量。

通过对流量的分析来定量泄漏的水平。

这样检漏人员就可以更准确的决定何时何处检漏更为有利”。

根据我国情况,虽然我国管网结构与国外有所不同,但经过实践,DMA的定义差别不大,只就是应该把DMA定义为供水管网中一个相对独立的管网区域更为贴切,还有一点需要提及的就是:重要的区别在于我国管网环
状结构甚多,这样增加了实施DMA的难度与技巧性、
2、2DMA管理的目的与意义
控制供水管网的产销差率,使之逐步降低,逐步稳定到允许水平。

1)改变传统的水损控制方法
传统的漏损控制多就是采用声波原理的仪器进行检漏工作。

这种方法在过去的几十年里一定程度上对漏损控制作出了贡献,取得了一些效果。

虽然我们也做过主动检测,但从本质上讲这种方法毕竟属于被动式的控制方法,由于不能及时发现漏水点导致泄漏时间延长,水损增大。

况且在较大范围的水网上使用这样的仪器与方法进行检测效率也很低,耗费的人力、物力也大。

即使请专业检漏公司进行漏水普查,短时间内可能效果明显,但就是由于漏水复原现象的存在,并不能从根本上达到降损的目的。

2)建立供水管网系统化分区实时在线水损监测控制系统
经过一些发达国家近些年的成功经验证实,只有进行DMA分区管理才能相对从根本上达到控制漏损的目的。

即在保证城市正常供水的前提下将供水管网进行合理分区,安装流量计,统计与分析夜间最小流量,实时噪声监测--相当于在供水管网上安装了一套即时反馈漏水的系统水损控制系统。

这样就可以快速而精确的地定量各个DMA的泄漏水平与泄漏方向,检漏就可以快速到达并确定最严重的泄漏部位,进而快速修复,极大的缩短泄漏时间。

3)应用DMA稳定、持久地、有计划,有步骤地实现水损控制目标,不断提高
供水收益
(1)极大地缩短发现漏水的时间与区域,实现漏点快速定位。

总的漏水时间可以划分为三个区间,分别称为发现、定位与修复。

见上图,
发现时间就是指从漏水发生到水管理部门获知有漏水发生之间的时间;定位时间就是指一般精准定位漏水点所需的时间;修复时间就是指漏水点一旦被精准定位后完成修复一般所用的时间,包括策划以及依法向公路管理部门发送通告。

总漏水量=单位时间泄漏量*漏水发生的时间
实施DMA管理可快速发现漏水存在的区域,缩短发现漏水的时间。

指导检漏人员的漏水检测工作,做到有目的、有重点的进行漏水检测。

(2)依据在线监测水损数据,不断设定新的水损控制目标
由于DMA就是实时在线水损监测控制系统,所以,可以不断根据新的水损水平,设置与调整控制水损的目标,这样就能有计划,有步骤的达到企业或国家要求的水损控制水平,在过去这点就是做不到的。

(3)利于DMA建立常设自动控制压力管理
降低与维持低的泄漏水平的另一个重要因素就是压力控制管理。

把水网分隔成DMA,为建立常设的压力控制系统创造了条件。

降低压力就可以减少背景泄漏水平,降低各个跑水点的流速,减少年度管网爆管次数,甚至可以达到零爆管。

•DMA计量区域的划分
为有效降低产销差,英国伦敦把管网分成十六块,日本东京分五十块进行分区计量管理。

在现有的分区计量的各个分区内部再次进行DMA 分区管理,也就就是在大的分区中划出小的分区,进一步精细的划出一个个更小的供水区域。

这样才能真正地从管理的角度将DMA分区进一步精细化,并具有实际操作性,才能真正做到主动监测管网漏损,及时发现问题,有效控制产销差。

一般以三级DMA分区管理为宜。

3、1一级DMA区域计量
一级DMA区域计量就是以原有的城市供水自然经营区域为基础,以水厂出口与各经营区域间转供水为计量点加装流量计,以各区域转供水
计量点进出平衡为原则核算各区域水量。

但要注意DMA区域划分与行政区域的划分有本质上的区别,虽然有时可能就是在客观上实现了区域一致性。

3、2二级DMA区域计量
3、2、1二级DMA区域计量划分原则
进行二级DMA区域计量主要遵循以下原则:
1)地理条件便利原则:考虑利用供水管网范围内的天然屏障或城市建设中形成的人为障碍,如河流、山脉、铁路、主要道路作为分界线;
2)适应供水(量)格局原则:进行二级DMA计量区域划分时,应考虑到现有水厂、加压站的供水加压能力、管道现状、区域内用水类型等,同时应尽量将区域的分界线划分在供水主干管上;
3)流量计便于安装与数量最少原则:进行分区时,流量计数量越少则管理费用就越少,同时流量计本身误差对分区计量的影响也越小;同时,优先考虑
将方便安装流量计的地段作为区域分界线;
4)有效关闭阀门原则:在不影响DMA区域供水的前提下,适当关闭DMA的边界阀门,以减少流量计的数量。

3、2、2二级DMA区域计量划分规划
根据上述划分原则将全市管网规划了N个计量区域,共设计X个边界流量计用于这N个二级DMA区域的计量。

具体流量计的安装位置就是否合适,一定要进行现场踏勘。

3、3三级DMA区域计量
三级供水区域计量就是指在现有的二级DMA分区计量的各个分区内部进行二次区域计量,也就就是在大的分区中划出小的分区,进一步精细的划出一个个更小的供水区域。

其目的就是为了便于进一步查明各供水区域产销差的差异性,从管理的角度来讲就是区域计量的进一步精细化。

3、3、1三级DMA分区的划分原则
三级DMA分区计量设计的原则就是该区必须封闭计量,也就就是说,用流量计可计量分析该区夜间最小流量。

区域大小可按用户数来分区,一般为2000-5000户居民;也可按管网长度:20-30km来分区。

该区一路进水可装一台流量计,二路进水可装二台流量计,三路进水可装三台流量计……。

应以各独立装表小区、泵站供水小区及支状管网上的贸易结算水表为划分依据,对于部分未有明确上述划分条件的区域,则可根据其实际情况以及该处的管网状况进行划分。

3、3、2三级DMA分区的划分规划
按照三级DMA分区原则,我们将在N个二级DMA计量区域的基础上,再将某市自来水公司全部管网大约划分出X个三级DMA分区,具体数量取决于依据分区规划设计原则与现场实际情况。

DMA分区定量管理实施步骤
第一步:合理的DMA示范区选择
在水司供水服务区域内,按照三级DMA分区原则选取两到三个相对独立且管网数据详实的区域作为示范区,这样便于对管网监控,得到的数据客观、准确并且有代表性。

在示范区结合GIS系统充分调研了解示范区域内管网的配置及运营情况,设计一套适用于该区域的具体流量计、渗漏预警系统配置方案。

根据配置方案现场踏勘,预先排除示范区内管网上非管道破损漏损的原因。

第二步:DMA现场踏勘
第三步:DMA区域封闭性检测
关闭DMA区域的进水阀门,通过零流量与零压力测试验证DMA区域就是否封闭。

只有封闭的区域才能取得良好的效果。

“零压力”测试(PZT);其目的为判断除安装流量计的进口闸门外,其余与被测试区域管网相连的阀门就是否能够完全关闭,方法就是关断所有进入该区域的水源来观察压力衰减情况。

如果压力保持不降或保持
在一个正值,则说明整个小区管网有其她水源进入,需要更加细致地检查小区边界阀门的状况或增加安装流量计,直到区域封闭检测成功。

封闭性实验操作步骤如下:
根据管网图确定控制封闭区的阀门,在图上做好标记;
•根据图纸,现场校对阀门位置,并对阀门做上标记;
•检查阀门的密闭性,对无法关闭的阀门进行维修或更换;采用音听法进行检测,如果阀门上没有过水声,说明已经完全关闭;
•待所有的进水阀门都关闭后,首先在区域内的高点检测水压与流量。

如果最高点水压迅速降低,说明区域已经封闭,而且区域内存在漏水;如果高点压力降低不明显,可在附近选择测区内的消火栓进行泄水,观察压力与流量的变化,如果压力很快归零,说明区域
就是封闭的,如果压力不能归零,说明区域没有封闭。

注意估测消火栓的泄水量;
•采用同样的方法在地势较低的点进行压力测试,如果压力持续降低,说明区域内存在漏水,而且已经封闭,如果压力稳定到某个值,在附近选择区域内消火栓泄水再观察压力的变化,如果压力持续
降低,说明区域封闭,否则区域未封闭;
•封闭性试验持续时间最好在2小时以上,而且管线越长,持续时间应该越长。

•试验结束打开阀门时再使用听音棒监听阀门,同时要尽量慢的打开,以免产生水锤对管线造成伤害。

第四步:流量计的安装与漏损评估
在三级DMA示范区安装边界流量计,进行压力与流量监测,并分析DMA示范区的夜间最小流量;
通过对DMA区域进水夜间最小流量与压力的监测,以及对区域内夜间用水状况的调查,判断区域内就是否存在漏水以及泄漏量的大小,而且长期的流量监测可以快速反映漏水复原的现象,及时发现区域内新的漏水点。

评估该区域的管网运行状况;下图就是某DMA流量与压力曲线,它就是区域漏水评估的重要依据之一:
第五步:建立水平衡分析系统
通过供水系统水量平衡分析系统对监测的流量数据与抄收回来的用水量等数据,分析区域的产销差组分,进而定量分析各组分在产销差中占的比例各就是多少,确定产销差形成的主要原因,指导管理者对症采取合适的措施降低产销差。

保证水平衡分析结果准确可靠必须做好以下几点:
①建立数据采集的规范与准则
②确保采集数据的准确性与精度(引入置信区间)
③数据处理过程的规范性(估算数据必须有误差修正)
④建立标准、合理的前评估与后评估体系
建立水平衡分析系统需要收集或计算以下数据:
①确定DMA中总的进水量(立方米/月);
②确定由DMA流出的总水量(立方米/月);
③确定可收费的合法用水量(立方米/月);
④确定未收费的合法用水量(立方米/月);
⑤估算表观漏水量(立方米/月);
⑥计算真实漏水量(立方米/月);
根据水平衡分析的结果,确定造成产销差的原因,再进行针对性的水损控制。

下面就是国际水协对产销差构成做的水平衡分析结果,首创也对两家国内水司做了产销差构成组分的水平衡分析,结果与下图略有差别,但大趋势一样。

在产销差的组分里,管网的物理漏失占主要比重,大约在66%左右。

第六步:渗漏预警(漏水点预定位)
如果区域内存在较大的泄漏量,就需要对区域内供水管道进行渗漏预警监测,如采用Permalog+,快速发现漏水区域(管段),对于高漏损与高复原率的区域要进行长期监测。

下面为预警系统布置示意图与案例结果:
巡检模式
固定安装无线远传方式监测结果:
根据管网状况确定监测时间:
第七步:漏点定位(精定位)与维修;
在渗漏预警系统发现问题的管段采用相关仪、多探头相关仪、听漏仪等对漏水点进行精确定位,并通知维修人员进行抢修。

相关分析:
第八步:区域压力控制管理
对于漏水复原现象高或者压力高的区域可以通过实施压力控制的方法来降低DMA区域内的产销差率。

压力控制管理的意义:
压力管理的效果:
上图就是未进行压力管理前的测试数据:夜间最小流量为46、8M3/h 下图就是同一个区域使用压力管理后的测试数据 ,夜间最小流量为33、2 M3/h
第九步:DMA区域建成后的管理
在DMA区域的设备安装实施完成后,必须对DMA进行良好的管理才能保证良好的漏损控制的效果,保证产销差持续逐步降低,最终稳定在
允许的范围内。

为了保证DMA管理的良好效果,在后期管理阶段必须做好以下几点:
1)设立系统分析工程师, 把对DMA压力流量数据的监测、评估分析、水平衡分析,作为日常工作,发现异常及时通知相关部门进行处置;
•严格按照DMA后运营管理流程,实施区域水损监测与控制。

并且按照实
施DMA后的新的水损数据,调整产销差控制目标值,以实现稳定、持续不断减低水损,提高经济效益的目的。

这一步可以说就是DMA 就是否成功的关键环节。

•设立专门的抢、维修,监察部门,做到发现问题及时维修,保证维修质
量。

减少漏水持续的时间。

•对现有的管理模式与管理结构进行适当的调整与完善,各个供水区域管
理所实现营、管、控集中管理,严格避免责任推诿现象;
•建立绩效考核体系,制定合理的产销差控制目标与奖惩机制,充分调动
监测与检测人员的积极性。

不断持续提高供水收益。

这几步可以说缺一不可。

•经济效益预分析
我以日供水量50万m3的某城市为例,管线长度1500公里,按30公里管线长度进行区域划分,将整个供水管网划分成50个DMA区域,按平均一个DMA区域需要两套流量计计算,共需投入流量计100套,按5万元一套计算,总投入约500万,检漏设备再投入100万元,共需投入约600万元,平均每公里投入约4000元。

按以上步骤与管理方法实施DMA分区管理,一般每年至少可降低两个百分点,即每年可节水365万m3。

按一元/ m3的水价计算,每年可节约365万,两年即可收回成本,还有100多万
的利润。

如果确实作到稳定,持续降低水损的话,经济效益与社会效益就是非常之大。

6、结论
供水管网分区计量就是进行管网漏损分析与产销差控制比较通用的做法,在国外已经广泛使用并取得了很好的效果。

随着社会的快速发展,建立供水产销差控制DMA一体化系统解决方案已经成为趋势！通过DMA的实施可掌握供水状况,进行科学调度,及时发现漏水发生的区域,及时检测维修,从而降低供水企业供水运营中的经营管理风险,提升供水系统管理水平,提高供水效益,优化管网运行,减低管网漏失率。

通过实施DMA管理实现持续性降低漏损,保障供水系统的安全运行,可给供水公司带来巨大的经济效益与社会效益。

优化管网运行,实现持续性降低漏损,保障供水系统的安全运行,可给供水公司带来巨大的经济效益与社会效益。

在实施DMA分区计量方法时建议强化下列意识与理念:没有数据作为依据,由粗放管理向精细化管理转变就有可能趋于形式。

数据就是实行营、管、控一体化科学管理的基础,所以,要把积累数据作为一个重要的事情来抓,以便于适应未来发展的需要;在发现漏损量大、漏点复原率高或重要而又不能常进常出的区域或地方,除非管网改造,否则采用压
力管理、渗漏预警系统、漏点精确定位三管齐下的做法就是一种快速降低产销差的重要举措。

GIS 、SCADA、DMA、WDM(水力模型)、PMS(压力控制管理系统)有密不可分的关系,她们就是实现供水科学管理必不可少的基础数据系统,
也就是未来转换管理方法的充分必要条件,所以要给予充分的重视。

参考文献:
1、IWA Water Loss Task Force,Practical Approach Initiatives to Water Loss Reduction,Water 21(2003)
2、 IWA Water Loss Task Force,Assessing Non-Revenue Water and its Components:A Practical Approach,Water 21(2003)
3、IWA Water Loss Task Force,Managing Leakage by Managing Pressure-A Practical Approach,Water 21(2003)
作者联系:毋焱留德硕士/运营总监刘志强高级工程师/技术经理
高伟硕士/技术总监杨帆博士/董事长
所在单位:北京埃德尔公司
供水管网DMA分区定量产销差控制一体化系统解决方案
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