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当“漏损管控”遇上“智慧供水”
2019-07-01 14:30:47    浏览次数:
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前言
        作为生命的源泉,是人类生产生活不可获取的资源。我国水资源严重匮乏,整体来看,我国水资源总量常年值27711亿立方米,各年的数据随降雨量的变化而变化,但是整体保持稳定。占全球水资源的6%,仅次于巴西、俄罗斯和加拿大,居世界第四位,但从人均角度看,我国的人均水资源量为2055立方米,只有全球平均水平的25%,位于全球第109位,是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。 
        分省来看,在我国34个省当中,有21个省处于缺水状态。其中处于轻度缺水(人均水资源3000立方米以下)的4个,中度缺水(人均水资源2000立方米以下)的8个,极度缺水(人均水资源500立方米以下)的9个。并且通过比较具体省份发现,处于极度缺水的9个省份,大多为经济较为发达,水资源总量尚算丰富的地区,而不是西北、东北等水资源总量较少地区。 
        漏损指标居高不下:全国654个城市平均管网漏损率超过15%,最高达到50%以上,尤其农村愈发严重,总体距离当前国家基本漏损考核指标12%及发达国家6-8%还有较大的差距。 
        2015年国务院颁布的《水污染防治行动计划》(简称“水十条”)提出,到 2020 年,全国公共供水管网漏损率控制在10%以内。《国民经济和社会发展第十三个五年规划纲要》明确,要选择100个城市开展供水管网分区计量管理试点。 
        大量文献资料及国外发达国家、地区供水企业的管理经验证明,对供水管网进行DMA划分、优化管网布局、实施基于DMA+的管网管理是提升管网管理水平、进行管网漏失主动控制的根本、有效措施。

 什么是DMA
        供水管网分区计量(Districted Measuring Area,DMA)是控制城市供水系统水量漏失的有效方法之一,其概念是在1980年初由英国水工业协会提出。 
        DMA定义:供配水系统中一个被切割分离的相对独立区域,常采取关闭阀门或安装流量计,形成虚拟或实际独立区域。通过对进入或流出这一区域的水量进行计量,并对流量分析来定量泄漏水平,从而使检漏工作人员更准确的决定在何时何处开展检漏更为有利,并进行主动漏损控制。 
        一般来说,供水分区的划分有两种办法:一是以各行政区划为界进行分区;二是以自然条件(主要街道、河流、古城墙、山体、铁路等)结合管网布局进行分区。 
        前者划分方法简单直接,通过在行政区划线处管道上安装流量计进行计量或关闭边界阀门,即可实现分区计量。尽管这种方法比较简单,但供水管网被硬性的划分为几个供水区域。由于没有考虑供水系统是一个有机的整体,供水管网不是一片一片分区规划和实施的,最终导致分区后区域内供水和计量较为复杂。需要安装的流量计较多,投资较大。此外,由于行政区划分也会随着城市的发展而有一定的调整,这给计量管理又带来了一定的麻烦。 
        后者划分较为复杂,即通过对城市的主要街道、河流、古城墙、山体和铁路走向进行分析,并结合供水管网的合理布局,对管网实施分区。这种方法分区可以打破行政区划的界线,不仅保证了各分区的独立性和稳定性,同时分区界线较为明显,易于识别、便于分区管理和服务。通常来说,这种方法分区需要安装的流量计数量较少,投资也较少。 
        DMA分区计量小区通常500~3000户规模为限制,通过道路,地形,河流等自然地形自然分区或通过加装阀门,计量仪表切割管网来形成一个相对独立封闭的计量区域。 

物联网+
        实现供水分区计量,基于物联网技术的实时数据采集必不可少。目前,漏水管控中,常用的物联设备是流量计,分为两种:电磁流量计和超声波流量计。
        (一)电磁流量计
         1、优点
        (1)电磁流量计可用来测量工业导电液体或浆液。
        (2)无压力损失。
        (3)测量范围大,电磁流量变送器的口径从2.5mm到2.6m。
        (4)电磁流量计测量被测流体工作状态下的体积流量,测量原理中不涉及流体的温度、压力、密度和粘度的影响。
 
        2、缺点
        (1)电磁流量计的应用有一定局限性,它只能测量导电介质的液体流量,不能测量非导电介质的流量,例如气体和水处理较好的供热用水。另外在高温条件下其衬里需考虑。 
        (2)电磁流量计是通过测量导电液体的速度确定工作状态下的体积流量。按照计量要求,对于液态介质,应测量质量流量,测量介质流量应涉及到流体的密度,不同流体介质具有不同的密度,而且随温度变化。如果电磁流量计转换器不考虑流体密度,仅给出常温状态下的体积流量是不合适的。 
        (3)电磁流量计的安装与调试比其它流量计复杂,且要求更严格。变送器和转换器必须配套使用,两者之间不能用两种不同型号的仪表配用。在安装变送器时,从安装地点的选择到具体的安装调试,必须严格按照产品说明书要求进行。安装地点不能有振动,不能有强磁场。在安装时必须使变送器和管道有良好的接触及良好的接地。变送器的电位与被测流体等电位。在使用时,必须排尽测量管中存留的气体,否则会造成较大的测量误差。 
        (4)电磁流量计用来测量带有污垢的粘性液体时,粘性物或沉淀物附着在测量管内壁或电极上,使变送器输出电势变化,带来测量误差,电极上污垢物达到一定厚度,可能导致仪表无法测量。 
        (5)供水管道结垢或磨损改变内径尺寸,将影响原定的流量值,造成测量误差。如100mm口径仪表内径变化1mm会带来约2%附加误差。 
        (6)变送器的测量信号为很小的毫伏级电势信号,除流量信号外,还夹杂一些与流量无关的信号,如同相电压、正交电压及共模电压等。为了准确测量流量,必须消除各种干扰信号,有效放大流量信号。应该提高流量转换器的性能,最好采用微处理机型的转换器,用它来控制励磁电压,按被测流体性质选择励磁方式和频率,可以排除同相干扰和正交干扰。
 
        (二)超声波流量计
 
        1、优点
        (1)超声波流量计是一种非接触式测量仪表,可用来测量不易接触、不易观察的流体流量和大管径流量。它不会改变流体的流动状态,不会产生压力损失,且便于安装。
        (2)可以测量强腐蚀性介质和非导电介质的流量。
        (3)超声波流量计的测量范围大,管径范围从20mm~5m。
        (4)超声波流量计可以测量各种液体和污水流量。
        (5)超声波流量计测量的体积流量不受被测流体的温度、压力、粘度及密度等热物性参数的影响。可以做成固定式和便携式两种形式。
 
        2、缺点
        (1)超声波流量计的温度测量范围不高,一般只能测量温度低于200℃的流体。
        (2)抗干扰能力差。易受气泡、结垢、泵及其它声源混入的超声杂音干扰、影响测量精度。
        (3)直管段要求严格,为前20D,后5D。否则离散性差,测量精度低。
        (4)安装的不确定性,会给流量测量带来较大误差。
        (5)测量管道因结垢,会严重影响测量准确度,带来显著的测量误差,甚至在严重时仪表无流量显示。
        (6)可靠性、精度等级不高(一般为1.5~2.5级左右),重复性差。
        (7)使用寿命短(一般精度只能保证一年)。
        (8)超声波流量计是通过测量流体速度来确定体积流量,对液体应该测量它的质量流量,仪表测量质量流量是通过体积流量乘以人为设定的密度后得到的,当流体温度变化时,流体密度是变化的,人为设定密度值,不能保证质量流量的准确度。只能在测量流体速度的同时,又测量了流体密度,才能通过运算,得到真实质量流量值。 

智慧供水漏损管控系统
        供水管网物联设备接入子系统
        物联网的三大要素是感知、连接和应用,智慧城市建设需要大量的感知设备支撑,只有对设备和设备采集的数据进行有效管理,才能准确高效的进行信息交换和通讯,实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理服务。物联网感知设备接入平台就是实现对物联设备的基础信息维护、统一硬件管理、数据接入和协议解析转换与提取等。
 
       供水管网运行监测子系统
        供水管网运行监测系统是总体解决方案的具体实现,它将城市供水管网生产监控、调度、数据分析模型和业务管理统一到一个综合性的系统平台,实现了供水全过程生产运行数据(水量、水压、水质、水源、水库、水厂、泵站、水池等)采集存储、运行情况可视化展示、调度分析决策、业务过程管理、异常监测预警及运行能将分析和报表管理等内容,为全面提升调度管理水平,将以传统经验调度和数据调度为中心向以智能优化调度管理为中心的延伸、扩展,也是工作方式的根本性转变和提升,是调度管理科学化、规范化、流程化、精细化、电子化、网络化和动态化的重要方式。
 
 
 
        漏损评估与分析子系统
        城市供水管网漏损评估与分析系统通过GIS(地理信息系统)管理方式,对整个城市的供水管网进行区域化、网格化管理划分,可根据管网的服务面积、管网长度,将供水区划分为多个可计量区域(DMA)。并利用无线通信实时传输流量、压力、水质等数据,从  而能够及时、准确地掌握各计量区的管网运行情况,对各DMA区的漏损状况进行统计分析与评估,最终可以较为直观地反映该区域漏损情况,缩小漏损点定位查找区域,辅助漏损点定位;为优化供水调度管理提供了科学合理的依据。
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        系统功能
        l  供水漏失历史一张图
        通过依照中国水协制定现行的《城市供水管网漏损控制及评定标准》,结合企业内部仪表的计量数据、供水收费系统数据、历史漏点等数据进行筛选、分析,并对此类数据不断的更新、累计、重复分析,从而建立一套具有本企业特色的供水漏失标准参照体系,系统可以直观的展现漏损历史曲线,同时可以使用图表凡是,展示各类影响漏损率的数据。 
        l  最小夜间流量分析
        夜间流量分析功能可自动计算夜间流量差值变化,并生成流量变化曲线,通过分析夜间流量变化曲线,可以判断区域漏损情况;并可以设置报警限值并进行报警。
         l  水量平衡分析
        水量平衡分析是指通过对用水单元各水量参数的收集,通过水量平衡原理,分析评价该单元的用水合理性,并提供改进用水方式的建议措施,提高用水合理性,降低用水量。
        水平衡分析通常采用IWA(国际水协)提供的表格填充数据,具体填充内容如下:
        l  漏损评估分析
        根据DMA分区内监测系统数据及监测规则,系统能够分析出发生漏损的区域,并开始记录漏损时长,生成漏损记录,为管理者提供漏损等级的分析结果,使管理者能够根据漏损情况制定相应的漏水检测计划。 
        l  产销差分析管理
        以现行标准中的水量平衡表作为基础模板,通过对接入的收费系统数据、漏失水量、计量损失水量等进行计算分析,并通过与历史数据对比,从数据层面寻找出影响产销差的因素,以便针对性的进行漏损控制。 

应用价值
        DMA(分区计量)作为侦测、发现和量化管网泄漏的一种方法和手段,其对降低管网漏损有显著的作用。  
        (一) 指标下沉,便于落实
         通过DMA区域的建立,供水企业可以将整个供水区域划分为相对独立的若干个封闭区域,设置不同层级分公司、分营业所、分站点,指标层层落实到位。 
         (二) 精细考核,科学奖惩
         通过对DMA区域流量的精确计量,可以将产销差或漏失率、漏水量等指标与职工的实际收入进行挂钩,让员工从产销差管理中切实得到好处,实现真正的双赢
         (三) 查违检漏,有的放矢
         通过DMA区域建立,可以初步排除那些产销差指标较好的地区,而将有限的资源投入到更小的供水范围中,提高查违检漏的效率。
         (四) 提供依据,优化改造
        通过DMA区域的流量计量,我们可以得出区域管道是否存在漏损率较高、输送能力下降,以及区域用户需水量的供应不足等分析结果。这些结果对管网改造而言,是一种科学、客观的评价依据。
        (五) 压力管理,安全运行
         随着管网漏失率的下降,若用户的需水量维持不变,DMA区域的净流入水量将会减少,其所需要的服务压力也会有所降低。供水企业由此可以适当地调整DMA区域内的服务压力,稳定系统压力,提升管网运行的安全性。刘昭
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