科学监测与控制：智慧水务系统引领下的供水管网漏失管理技术与案例研究

       供水管网漏失是每个供水企业所面临的共同难题，为了有效降低水资源浪费、提升供水管网社会和经济效益，需要科学手段监测和控制供水管网漏失。本文结合实际案例研究，深入探讨了在智慧水务系统的引领下，DMA分区技术、最小夜间流量和供水水力模型等关键技术在供水管网漏失监测管理中的应用，为供水管网漏失的监测控制提供了重要参考。

一、智慧水务系统引领下的漏失监测技术手段

1、DMA分区技术

       DMA分区是一种在不改变供水管网结构的情况下，通过截断管道、关闭阀门、增加联络管等方法将复杂供水管网划分为独立分区的方法。在每个分区布置流量计，实时监测入流量和出流量，分析供水量的变化可以发现潜在的漏失位置，实现对漏失现象的有效控制。建立DMA的准则包括区域大小、漏失控制目标、关闭阀门数量、流量计数量等特性，结合最小夜间流量和合法夜间流量计算净夜间流量，帮助建立有助于管理压力、改善水质的DMA。

2、最小夜间流量方法

       最小夜间流量方法通过分析DMA在夜间的最小流量来评估漏失情况。处理最小夜间流量数据常用的方法有经验法和比较法。经验法是根据以往数据和统计原则选定参数，绘制用水标准图表，比较实际供水量，推测管网是否存在异常；比较法是将最小夜间供水量与日均供水量比较，若比值超过一定百分点则认为管网可能存在异常。为确保准确性，通常会比较两种方法的分析结果来判断监测区域漏失情况。

3、供水水力模型构建

       供水水力模型将管网简化为管段和节点元素，在模型中体现整体拓扑关系和水流方向，利用水力学、图论和数学分析理论进行计算。供水水力模型是规划和管理供水的重要工具，可用于评估管网系统、优化设计、辅助管理调度等。根据深度可以分为静态和动态模型，静态模型反映特定状态下的管网系统水力特性，动态模型则能实时反映供水管网的水力状态变化。

二、案列分析

1、研究区域简介

       所研究的区域面积为3.85平方公里，人口数量为4.3万，主要以居住为主。该区域的输水管线全长为50公里，供水管线全长74公里，高峰日供水量为2.25万吨，总装有14742只水表，平均产销差约为8%。此外，该区域部署了23个压力计和17个流量计。基于人口分布和用水量等因素，我们将整个区域划分为11个分区，每个分区约有1000到3000人口。

2、水力模型搭建

       本文以研究区域采用的水利模型EPA-NET模型为例，说明了GIS在水力模型中的应用。这一模型能够快速进行管段的水力计算。借助GIS技术和计算机技术的发展，水力模型的建立变得更加简化，GIS强大的拓扑分析和空间数据管理能力为管网水力计算提供了有效的数据管理手段，使得模型计算结果更加快速准确。水力模型的建立包括基础数据收集、现场勘查与测量、水力数字模型搭建以及模型校验等环节。

2.1、基础数据收集

       建立研究区域水力模型所依赖的数据包括地下供水管网数据、地形数据、供水压力、供水流量以及用户水表历史数据。其中地下供水管网数据用于模拟实际情况。由于EPANET水力模型是静态模型，当基础数据量庞大时，通过EPANET独立计算模型速度较慢，而且结果有一定的滞后性。因此，现在研究区域采用将EPANET模型与GIS数据库结合，实现管网的图形化展示和属性信息快速调取，以便EPANET生成水力模型。

2.2、现场勘查与测量

       在模型建立过程中，除了需要历史数据用于校验外，还需要实时数据补充调整。现场勘查和测量包括测速、测压和测距。具体的现场测量工作主要包括管网压力测试、流量边界测试、用水模式测试、高程测量以及水泵特性测试等。

2.3、水力数字模型搭建

EPANET模型中的水力计算基于节点方程的计算方式，这种方法计算精度较高且收敛性好，前期准备工作量较少。

2.4、模型校验

利用用户水表历史数据和现场勘查得到的补充数据对水力模型进行校验和调整，使得模型模拟值与实际值之间的偏差稳定减小，最终满足相关指标要求。

3、智慧水务系统引领下的DMA 区域划分策略

       DMA（分区管理区域）的划分方法是通过控制管段上的阀门，将管网按照一定规则划分为相对独立的区域，以实现管理的真实分区。在确定划分规则时，需要综合考虑多种因素，包括区域大小、人均用水量、住宅类型、地形变化、压力要求、消防需求以及基础设施条件等。同时，结合管网布局和现状，制定了以下 DMA 分区原则：

（1）沿着管网流向进行分区划分，尽量减少对管网的改造，确保选定区域的供水管网完整性和自然边界。

（2）利用管网内的天然或人为屏障作为分区的主要边界，确保区域边界易于识别，便于定位漏损处，并减少流量计的安装数量以便于施工。

（3）对于存在增压泵的供水区域，划分为独立的计量区，最好采用单路进水，以避免管理和计量混乱。

（4）截断对计量没有必要影响的小口径环状管网，以减少流量计的安装数量，并便于检漏工作的进行。

（5）根据人口密度、区域面积和用水类型，尽量均衡各个独立计量区的供水规模，以便于管理和服务各个分区的供水需求。

4、DMA测试

       DMA分区建立后，应进行零压力测试以确认其可靠性与准确性。测试过程包括标记边界阀门、确定DMA边界阀门和进水阀门位置、安装压力记录装置、关闭进水阀门并进行压力测试、分析测试数据，若测试失败则需进一步调查直至测试合格。

5、DMA漏损检测

       通过安装监测传感器结合水力模型实现供水管网的漏损监测和预警。DMA管理区域封闭后，利用夜间水流量监测数据进行分析，以此监测每个分区的漏损情况，并通过综合数据建立漏损监测模型，降低水资源浪费及管道污染的风险。通过整合供水管网数据、管网运行状态数据以及用户水表历史数据等，建立漏损监测模型，实现对供水管网漏损情况的有效控制，减少水资源浪费和管道污染，降低供水企业运营成本，对社会发展和人民生活具有重要意义。

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