| 三、建立科学合理的管网分级分区管理模式
管网分级分区是进行管网优化运行管理的基础，其主要目的在于方便供水管理部门、应用部门和现场工作人员对这种地理区域性明显的管网运行维护进行有效指导和相关信息管理。管网分级分区的基本设想是将庞大的供水管网划分为包括不同级别的若干基础单元，并以此为基础进行管网压力调度、数据管理、漏损监测、管网巡查、管网评估等管网运行维护操作。
管网分级分区首先应具有良好的通用性与普适性，能充分实现监测点位、信号等信息在计算机上的方便与系统管理，并在管网服务区域范围扩大之后能以相同的规则简单方便地实现区域拓展。，另一方面，管网分级分区结果应具有良好的易辨识性，工作人员可根据区域分区结果能够简单方便地对目标区域开展管网巡查、信号收集等工作。需要指出的是，上述面向两种完全不同对象（计算机与操作工人）的功能需求往往是矛盾的，计算机往往要求普适性与通用性，而操作工人则往往要求很强的易辨识性与象形意义。因此，在管网分级分区过程中应围绕上述不同功能需求并努力在二者之间找到最佳平衡点。李伟峰等人建立了针对管网漏损监测与管理需求的分级分区与编码方法。其基本方法是，首先以基于网格划分的层次模型为基础进行研究区域范围内的较大尺度层次的管网漏损监测区分区与编码。这种层次分区融合了标准的、公开的城市地理分区方案“爆管”预防，结合了不同的地理参照信息，实现了对多要素空间信息、标准的整合，进而可以满足不同部门的不同管理需求。在此基础上，将上述分区结果进行进一步细化、调整与完善，形成了满足工程实际中记录仪布设与信号收集要求的漏损监测区划分，并对各监测区进行了适应于工人操作特点的编码方法。
近年来，以独立计量区（DistrictMetering Area，DMA）为基础单元的管网管理与漏损控制方法得到国内外广泛关注。DMA是指供水管网中有永久性边界的相对独立的供水区域，一般通过关闭阀门使区域内管网独立于其它市政管网，进出区域的流量都用流量计计量（图2）。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、实施基于DMA的管网管理是进行管网漏损主动控制的根本、有效措施。通过对供水管网进行DMA分区，可对供水管网进行有效的漏损监测控制和管网压力调控。DMA分区与漏损控制在英国、新加坡、我国台湾等地区有较为成熟的应用经验，但国外主要以支状管网为主，对于我国大陆地区普遍使用的环状管网仍缺乏DMA分区的成功实践案例论文提纲格式。张涛等人针对北京等特大城市的环状管网DMA分区开展了系统的研究与应用实践，确定了特大城市环状管网的DMA分区的基本原则：1）以用户数和管线长度为依据确定适宜的DMA大小，尽量不要对现有管网进行大规模的改造。2）保持管网的完整性，充分尊重原有管网的结构，减少对DMA的管线改造。3）将供水主干管、干管与配水管线分别归入不同级别的DMA。4）保障DMA实施后输配水过程水质。DMA分区应用过程中应与区域漏损概率评估、基于最小夜间流量的DMA区域漏损判断、漏点定位、压力预测、水质保障等工作结合起来，实现以DMA为基础单元的管网优化运行与综合管理。
图2 典型DMA分区示意图
四、建立有效可行管网漏损控制与“爆管”预防综合模式
目前国内供水企业普遍采用的检漏方法有听音检漏法、区域检漏法、区域装表法、区域检漏与区域装表法相结合的方法等等，上述方法在长期应用中积累了丰富实践经验与良好的应用成效。上述方法也存在一定的不足，如缺少计划性；检漏效果受人员技术水平、工作经验及现场条件等方面限制；费时、费力，人员劳动强度大等；检漏人员的经验对检漏效果有重要影响，缺乏普适性等等。国外近年来开发了基于声音信号的噪声记录仪，其可在用户用水量最低、环境背景噪音最小的夜间时段监测连续声音信号，并根据所收集的强度、带宽、频率等信息做出漏损与否的判断与识别。采用该方法可实现对管网漏损的即时有效监测，并提高漏损点判断与定位效率。噪声记录仪检漏方法在英国、香港等地区的应用中取得了较好的成效，但是针对我国供水管网特点及供水企业管理特点，噪声记录仪仍缺乏大规模应用的成功案例。
在利用噪声记录仪进行管网漏损监测与控制过程中，需要解决如下关键问题：1）如何有效监测并及时发现漏损，并减少“误报率”、降低漏损排查工作量；2）如何预测评价不同区域或管段的漏损概率，并对漏损高风险区采取相应的技术与工程手段；3）如何将管网分级分区与噪声记录仪检漏技术结合形成漏损综合控制技术系统；4）如何实现大量的漏损监测仪器与信号的管理与信息挖掘；5）如何建立漏损监测、预警与控制的漏损管理模式与业务流程。围绕上述问题，针对北京市特大型环状供水管网的漏损控制需求，中国科学院生态环境研究中心与北京自来水集团开发了供水管网漏损预测、预警与控制技术系统，并将各功能整合通过“管网漏损监测预警系统平台”，并初步构建了城市供水管网漏损监测－预警－控制系统的应用模式及业务流程，为今后该技术系统在北京市供水管网漏损监测的大规模实施奠定了重要基础。
不少城市“爆管”频发严重干扰了居民正常生产生活，如何预防与控制“爆管”发生也成为供水企业高度关注的重要问题。“爆管”产生的因素很多，如野蛮施工、地质结构或地层变化导致地基下沉、管道“小漏”逐渐发展成“大漏”或“爆管”、管壁腐蚀脱落导致局部应力加大、局部管网压力过高、压力瞬时急剧变化产生“瞬变流”对管道的剥蚀作用等等。供水企业可通过管网优化运行、加强管网维护与管理等手段预防某些类型的“爆管”发生或降低“爆管”风险，而对于流体力学模拟在“爆管”预防与控制具有重要作用。
五、建立基于管网失效分析的优化更换/维护策略
我国《城市供水管网漏损控制及评定标准（CJJ92-2002）》明确要求，供水企业对DN≥75的管道，每年应安排不小于管道总长的1%进行改造；对DN≥50的支管“爆管”预防，每年应安排不小于管道总长的2%进行改造。在管网维护的实际工作中有几个重要的问题需要回答：首先，如何确定哪些管道需要优先进行更换；其次，在管段更换（即修复性维护）与维修维护（即预防性维护）之间，如何找到最佳的平衡点以实现维护成本最低且效益最高？
事实上，随着使用年限的增加，管道可靠性和对其的期望性能均呈逐年下降的趋势；当管道可靠性低于期望性能时，需要修复性维护（即更换管段）。但是，如果在管道可靠性尚未低于期望性能时采取预防性检测与修复的方法及时地提高管道可靠性，则可以显著延长管道服务年限（图3），从而降低管网维护的总费用。陈求稳等人对上述问题进行了系统的研究，建立了基于管道检测、修复、更换等管道维护策略之间的费用计算模型及优化计算方法（式2～式7），为在工程实践中优化管道维护策略、实现成本-效益最大化提供了重要的数学基础。
 (2)
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 (7)
其中，CL为管网维护总费用；R为货币贬值系数；Ci为第i年维护费用；Cfailure为管道失效费用；PF为管道失效概率；Tn为折算为当前货币的总维护费；ti为第i次失效时间；tn为第n次失效并确定更换时的年限；Fn为tn时的管道更换费用；R为货币贬值系数；Brkth为需进行管道更换的失效阈值。
 
图3 在不同维护策略条件下管道可靠性与期望性能随服务时间的变化
六、展望
对于庞大复杂的供水管网系统，如何确保其安全优化运行并控制输配过程产生的二次污染，这是供水企业高度关注的重要问题和亟需解决的重大难题。围绕上述问题，供水企业应以输配水质安全保障为核心，以管网信息化为基础，从技术、工程、管理与系统平台等不同角度，在管网分级分区、管网优化维护、管网漏失控制与“爆管”预防等方面开展工作，最终形成供水管网安全优化运行与污染控制的技术系统与业务化流程，从根本上提高管网管理水平、保障供水安全。
1.石宝友, 李涛, 顾军农等. 北方某市水源更换过程中管网黄水产生机制的探讨. 供水技术, 2010, 4 (4): 12－15
2.凌文翠, 张涛, 强志民等. 北京市二环内供水管网DMA分区方法及安全性研究. 中国给水排水, 2010, 26 (10): 19－23
3.凌文翠, 强志民, 张涛等. 城市供水管网DMA的建立方法与工程实例. 给水排水, 2010, 36 (6): 109－112
4.陈求稳, 曲久辉, 刘锐平, 李伟峰. 北京市供水管网的老化漏失规律模型研究. 中国给水排水, 2008, 24 (11): 52－56
5.徐强, 陈求稳, 刘锐平, 顾军农. 基于管网水力模型的独立计量分区优化. 给水排水, 2008. 34 (3): 118－120
6.徐强, 陈求稳, 刘锐平, 顾军农. 北京市某区供水管网水质变化研究及模拟. 给水排水, 2008, 34 (5): 102－105
7.徐强, 陈求稳, 李伟峰, 刘锐平. 基于遗传编程的供水管网漏失模型. 中国给水排水（2009年3月接收）
8.XuQiang, Chen Qiuwen, Li Weifeng. Application of genetic programming to pipefailure models in water distribution systems. Journal of Hydroinformatics. (SCI,2010年3月接收)
9.陈求稳, 刘锐平, 李伟锋, 王耀文, 张孟涛. 应用遗传编程分析管网漏失监测信号. 中国给水排水, 2010, 26(7): 43－45
10. 张孟涛, 刘阔. 供水管网漏失监测系统在城市管网管理中的应用. 城镇供水, 2008, 1: 77－79
11. 张孟涛, 刘阔. 城市供水管网的分区域管理模式研究. 城镇供水, 2008, 2: 63－64
12. 刘阔，陈海卫，张孟涛. 基于ArcGIS的供水管网漏失监测系统研究与开发. 2010.3: 63－64
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