管网物理漏失的控制技术与优化使用

发表时间:2020-06-04 11:37

物理漏失,也称真实漏失,是管网漏损的重要组成部分,它是指由于管道及其附属结构破损导致的真正从管网系统中泄漏出来的水量。可以说,物理漏失是真正被浪费掉的水量,需要更加重视。同时,物理漏失越高,说明管网的健康状况越差,需要加强管网的维护。因此,供水单位普遍重视管网物理漏失的控制。然而,由于管网多埋于地下,破损点难以发现,物理漏失也是控制的难点。IWA微信公众号今天带大家了解管网物理漏失的控制技术与优化使用。

管网物理漏失的检测技术

物理漏失的根源在于管网系统的破损,从而使得水从破损处泄漏出来。这个过程就会产生很多的漏水音信号。漏水音主要包括水从漏水孔向管外喷射时产生的摩擦音、喷出的水冲击周围介质时产生的冲击音、管道内的水在漏水孔周围旋转时形成涡流的声音及管道因漏水而产生的震动声等声音的总和。最常见的传统物理漏失检测方法便是基于对这种声音信号捕捉而产生的技术,这一类技术统称为听音法(CJJ 159 –2011 城镇供水管网漏水探测技术规程)。除此之外,非传统方法还包括采用示踪气体法或管道内窥法来探测管道的损伤。随着现代计算技术和信息技术的发展,一些“智慧”方法与上述传统检漏方法进行结合,形成了智慧型的常规检漏法,包括远传型噪声记录仪法;具有颠覆常规办法遥感探测法、虚拟分区结合人工智能运算的方法等。

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常规与智慧测漏方法(源自王雨夕的报告)

这些检漏技术各有优劣,深圳水务集团的金俊伟认为若从定位精度和应用难度两个维度来考虑,听音法应用难度最小、定位最准确,所以在供水单位得到了广泛应用。智能球、瞬变流等方法定位精度也较高,但应用难度较大。以DMA夜间流量分析为代表的流量分析法,定位精度较差,但应用相对简单,所以它常被用于监控一个区域有没有发生漏水异常。而管网资产管理与水力模型法,定位精度较低,应用难度也较大,所以在供水单位应用不普遍。但是作为一种资产及其运行状况的评价,它们是值得采用的。

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物理漏失探测手段(源自金俊伟的报告)

管网物理漏失的控制技术

当供水单位发现物理漏失之后,最基本的处置方法是开挖修复。根据IWA的系统化漏损控制方案,及时的破损修复是控制物理漏失的重要手段。除此之外,管道更新和压力管理也是控制物理漏失的主要方法。来自赛莱默(中国)有限公司的孔祥劼认为,在漏损控制的不同阶段,应采取不同的解决方案。在初期漏损率较高时,应重点开展检漏工作;当漏损降低到一定程度时,再对管网状态进行评估,制定并实施管网更新计划;最后,当管网破损状况得到改善后,应实施优化的动态压力管理,进一步降低管网漏失。在具体实施的过程中,供水单位应根据自身的情况确定正处于哪个阶段。根据王雨夕的建议,如果漏损率高达40% 时,漏水调查是最重要措施,降到25% 以下后,再开始引入其他措施。

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漏损控制不同阶段的解决方案(源自孔祥劼的报告)

前面提到,管网更新是控制物理漏失的主要方法。实际上,管网更新是一种从根本上减少物理漏失的手段,因为它不仅消除了现有的漏水点,还提高了管网的承压能力,降低了新漏水点发生的可能性。尤其是将管材质量较差的管道更新为管材质量较好的管道更是如此。目前,不锈钢管道的应用正越来越受到供水单位的青睐。不锈钢材质比铸铁管道强度更高,更抗腐蚀。采用不锈钢管道可大大降低物理漏失。维格斯(上海)流体技术有限公司的高胜华介绍道,以日本东京为例,从 1983 年到 2016 年,其小口径不锈钢管道的占比从 11% 上升到了 98%,而其漏损率从 14.7% 下降到了2%。这充分说明,不锈钢管材的应用,对控制漏损起到了根本性作用。

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东京不锈钢管使用率及漏损率比较曲线(源自高胜华的报告)

压力降低之后,所有漏水点的泄漏速率都会随之降低。同时,也会降低新漏水点发生的可能性。所以,管网压力控制可谓是控制物理漏失最有效的手段。因此,对于地势高差较大或者供水范围较广的城市,一般都会进行压力控制。例如,台北有87% 的用户是由二次供水供给,不受市政管网水压的影响,因此其采用了低压供水策略,同时采用变频器使压力更加稳定。随着管网压力的逐步下降,漏失量也随之显著下降。

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管网压力控制及效果(源自陈锦祥的报告)

水锤会对管网造成冲击,严重时会导致爆管。因此,消除水锤也是控制管网漏失、保障管网安全的有效措施。新歌阀门(太仓)有限公司的李珺认为,传统消除水锤的方法有调压塔、快闭止回阀,传统方法有利有弊,没有任何一种方法可以适用于所有系统。调压塔是最传统的方法之一,优势是可靠,缺点也很明显,占地大,建设成本高,初次投资高。欧洲常用的是压力罐和压力鼓,优点是对水质不产生污染,可靠,缺点是成本高。爆破膜以前采用,现在不常用,缺点是需要人工干预。常见管线设计按照地势设计,不同系统适用的水锤解决方案不同。

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传统消除水锤的方法(源自李珺的报告)

如何优化地控制管网物理漏失?

检漏修漏、管网更新和压力管理三种物理漏失控制措施的成本和效益各不相同,根据台北的实践,检漏修漏对降低物理漏失的贡献率为5%,管网更新为50%,压力控制为45%。而在成本方面,管网更新占了总投资成本的81%。这些数据充分说明,在进行漏失控制时,在不同条件下采取何种措施具备优化的空间。

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不同措施对产销差降低的贡献率(源自陈锦祥的报告)

随着我国管网分区管理工作的推进,供水管网被划分成越来越多的分区。如何科学地制定这些分区的漏失控制措施,是供水单位面临的一个重要问题。如果措施制定得合理,则可以提高漏失控制的效率和经济有效性,否则,就可能会导致效率低下,成本回收期延长。

来自中国科学院生态环境研究中心的徐强在本次论坛上分享了基于管网分区管理的漏失优化控制策略。他认为,由于每个分区的管网基础属性不同(管材、管长、管龄、户数等),运行压力不同,因此每个分区存在一个独一无二的最低可达到的最小夜间流量。确定该最低可达的最小夜间流量有助于评估分区管网的漏失状况,并可辅助制定优化的控制策略。基于36 个DMA 样本的数据,建立了DMA 最低可达的最小夜间流量模型,并将该模型用于了DMA 漏失状况评价与漏失控制策略优化。通过对北京市供水管网240 个DMA 数据的分析,借助于研究提出的方法,评价出96 个DMA 的最小夜间流量超出合理水平,95 个DMA 应开展检漏工作,122个应进行压力控制,检漏和控压的成本回收期均为1 年之内。

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漏损控制策略优化模型及应用效果(源自徐强的报告)

供水单位应综合地、优化地采用漏失控制措施,避免措施单一化。在此过程中,应充分考虑技术成熟度、经济有效性。


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