長沙市政供水管網分區(qū)計量工作淺析

【摘要】分區(qū)計量管理體系是目前較先進的城市供水管理模式，長沙水業(yè)自2005年起開始建設分區(qū)計量管理體系，并且持續(xù)運行了15年。本次研究以長沙市政供水管網分區(qū)計量體系的建設和運行為基礎，對體系中計量器具的選型，區(qū)域建設方式和數(shù)據利用方式進行了初步的研究。

【關鍵詞】分區(qū)計量管理體系;長沙市;市政供水管網

分區(qū)計量管理是一種基于管網地理信息系統(tǒng)，通過安裝計量器具、調整閥門等手段，將供水服務范圍劃分為數(shù)個可精確計量流入水量的獨立供水區(qū)域的先進供水管理模式。在這種管理模式下，企業(yè)采集和分析流量計、壓力表等在線儀表數(shù)據，量化獨立供水區(qū)域內的營銷數(shù)據、管網壓力值、供水質量等指標，實現(xiàn)對各區(qū)域精細地調度、考核和管理。住房和城鄉(xiāng)建設部在2017年發(fā)文推薦使用以分區(qū)計量為基礎構建城市供水管網漏損管控體系降低管網漏損率，實現(xiàn)國務院在《水污染防治行動計劃》中提出的“到2020年，將管網漏損率控制在10%以內”的目標。

目前國內有部分城市在分區(qū)計量管理上進行了有效的嘗試。據公開資料顯示，天津市利用了供水管網途徑的河流、鐵路等物理障礙進行自上而下的計量分區(qū)建設，建設完成后，天津市中心城區(qū)市政供水管網漏損率在2016 年下降至11.33%;紹興市則建立了分區(qū)計量管理體系和總分表分析管理機制，實現(xiàn)了以“公司、分公司、片區(qū)、支線、戶表”為節(jié)點的五級計量管理體系，紹興市市政供水管網漏損率從2016年起控制在5%以下。

長沙市也是國內較早進行分區(qū)計量探索的城市，長沙水業(yè)集團有限公司（時稱長沙水業(yè)投資有限公司，簡稱長沙水業(yè)）建設的供水管網分區(qū)計量體系運行已有十余年，積累了不少經驗，同時也暴露出了不少問題。本文將對長沙市政供水管網分區(qū)計量體系進行了一些簡單分析。

1、長沙市政供水管網分區(qū)計量建設與運行

在本世紀初，長沙市政供水管網漏損率居高不下，最高時高達30%，面對嚴峻的局勢，長沙水業(yè)選擇基于分區(qū)計量管理理論建設覆蓋全市的分區(qū)計量體系，以控制管網漏損率。2005年底體系建成后，長沙市政供水管網漏損率在數(shù)年時間內迅速下降至12%，取得了明顯的成果。

1.1體系的硬件建設

長沙市地處長瀏盆地西緣，湘江穿城而過。為加強考核與管理，長沙水業(yè)在2005年沿湘江、中心城區(qū)的五一路、車站路、韶山路和湘府路將全市劃分為四個營銷分公司，為配合這種管理模式，在同期開始籌劃建設四個獨立計量區(qū)域。在建設方式上，長沙水業(yè)集團選擇了“以流量監(jiān)控為主，以控制管道為輔”的正確道路。關閉和截斷了數(shù)量上占絕大多數(shù)的跨區(qū)域輸水“小口徑、小流速”的管道，在提高主要管道內水流速度的同時，減少了流量監(jiān)控工作的工程量。流量監(jiān)控工作以安裝插入式超聲波流量計為主，在流量高、流速大的管道以及制水廠的出廠管道上，輔之以性能更好、精度更高的管道式電磁流量計作為管網分區(qū)流量計，監(jiān)控全部的跨區(qū)域輸水量。

插入式超聲波流量計安裝便利，建設成本較低，可以用較小的投入，以較快的速度完成分區(qū)計量管理體系的搭建。自2005年年初開始籌劃，到當年12月長沙水業(yè)已完成共計39臺各類流量計的安裝與調試，完成了對整個供水服務范圍的分割，分區(qū)計量管理體系初步投入使用。

1.2數(shù)據采集和處理系統(tǒng)

體系建成初期，所有管網分區(qū)流量計的計量數(shù)據均由工作人員在現(xiàn)場采集，再由人工計算得到各獨立計量分區(qū)的購水量。受限于數(shù)據采集方式，數(shù)據的頻率、時效性和同步率均存在很大問題，各區(qū)域供水量僅能一月一更新。故在分區(qū)計量體系硬件建設完成后，長沙水業(yè)繼續(xù)加強投入，成功研發(fā)了包括數(shù)據遠傳裝置和數(shù)據處理平臺在內的軟件系統(tǒng)。

這套系統(tǒng)以十分鐘為間隔，不間斷采集流量計中包括正負向累積流量、瞬時流量等狀態(tài)數(shù)據，再通過GPRS網絡傳輸至水業(yè)集團的服務器，自動生成區(qū)域購水量數(shù)據。

1.3計量器具的新增與維護

隨著城市發(fā)展，長沙市政供水管網也逐步擴大和完善，然而在跨區(qū)域輸水管線的建設上，長沙水業(yè)是謹慎的。首先不建設流量、流速和口徑偏小的管道，這一類供水需求通常將想方設法由區(qū)域內其他干管滿足;其次必須建設的大流量、高流速或大口徑跨區(qū)域輸水管線在建設的同時就將安裝流量計，暫不啟用的管線上也將設計預留流量計井。

由于中國大陸城市綜合管廊的規(guī)劃和建設較落后，市政管網上通常沒有電源可供在線儀表使用，故所有管網分區(qū)流量計均使用電池供電。隨著時間的推移，管網分區(qū)流量計由于電池電壓下降和電子元件老化等原因，性能和精度逐漸下降。長沙水業(yè)自2014年起對所有管網分區(qū)流量計進行了更換，并結合使用經驗，將部分超聲波流量計更換為電磁流量計，同時安裝了部分不銹鋼制標準檢測管道。

1.4管理與體系應用

分區(qū)計量體系的建立并不會影響管網的運行，也不會直接改變管網產銷差，而是需要一系列管理制度配合。長沙水業(yè)獲取各獨立計量分區(qū)的管網漏損率后，將之應用于對各營銷分公司的績效考核。正是通過這種考核制度，長沙市政管網漏損率在短短幾年內就降至了12%。

分區(qū)計量管理體系的運行依賴在線儀表數(shù)據的穩(wěn)定、準確和持續(xù)，這就需要對體系內的軟硬件進行不斷的維護，為此長沙水業(yè)專門組建了一個計量技術團隊，負責維護計量器具和配套設施的維護與更新，統(tǒng)籌管理各種流量計量點的設置和建設。為及時的確定分區(qū)流量計的運行狀態(tài)和準確性，長沙水業(yè)專門為計量技術團隊配置了一臺外夾式超聲波流量計作為計量標準器，使長沙水業(yè)具備了自行對所有管網分區(qū)流量計進行周期校準的能力。

2、長沙市政供水管網分區(qū)計量體系的問題

隨著對分區(qū)計量管理體系相關理論的不斷研究，長沙水業(yè)提取出了夜間最小流量分析、分區(qū)壓力控制等適用于本地區(qū)現(xiàn)狀的管理方法，新的管理對數(shù)據的準確性、覆蓋面等要求越來越高，對體系內各種軟硬件的要求也越來越高，而經過十余年的運行后，長沙分區(qū)計量管理體系已略顯陳舊，有著迫切的升級改造的需求。

2.1提升計量器具性能，改善對計量器具運行條件

流量計是分區(qū)計量管理體系的硬件基礎，長沙水業(yè)主要使用的插入式超聲波流量計雖然便于安裝，但其準確性和穩(wěn)定性易于受到管道結垢的影響，而用于周期校準的計量標準器同樣使用超聲波時差法原理，計量標準器的外夾式傳感器更易受到水垢影響。長沙市政供水管道以鋼管及鑄鐵管為主，抗結垢能力并不突出，長時間使用必將使管網分區(qū)流量計穩(wěn)定性下降，情況進一步惡化將導致無法使用計量標準器對其進行周期校準。

為解決這個問題，從2017年開始，長沙水業(yè)通過兩條路徑對體系內的流量計進行升級改造。在流量較大的干管上直接更換電磁流量計和不銹鋼測量管，以實現(xiàn)更穩(wěn)定和精確的流量監(jiān)控;在新建和備用管道上，更換預制插口的不銹鋼標準測量管，在保持插入式超聲波流量計易于更換和維護等優(yōu)點的前提下，降低管內結垢對插入式超聲波流量計穩(wěn)定性的影響。經過升級改造后，長沙市政供水管網中受監(jiān)控的流量計計量的水量上升至占到了區(qū)域間交換水量的95%以上。

2.2改善壓力測量點的設置，重視壓力數(shù)據的使用

管網壓力數(shù)據可以在兩方面降低管網漏損率，通過末端管網壓力數(shù)據指導生產調度，降低區(qū)域管網壓力主動減少漏損，或者聯(lián)合計量數(shù)據快速定位漏損和違規(guī)用水，壓力傳感器也是管網上的重要傳感器。想要充分發(fā)揮壓力數(shù)據的作用除了需要有充足的干管壓力傳感器以外，還需要大量的末端壓力傳感器。

目前長沙市政供水管網上用于生產調度的壓力測量點共有94個，平均每4.5平方公里有一處，能夠滿足《給排水設計手冊》中的相關要求。但在壓力測量點的分布上，未考慮按片區(qū)設置，也嚴重缺乏對管網末端壓力的監(jiān)測。壓力數(shù)據與計量數(shù)據并未聯(lián)通，尚未不能實現(xiàn)兩者數(shù)據的自動分析，直接影響了分區(qū)計量管理體系進一步發(fā)揮效能。

為解決這個問題，長沙水業(yè)正在著手建設末端壓力監(jiān)測網，在管網末端部分采用了大口徑流量壓力復合型儀表，作為骨干網壓力測量點的有力補充，也將根據二級和三級獨立計量區(qū)域的建設情況調整和增設區(qū)域內壓力測量點，以滿足區(qū)域壓力監(jiān)控的要求。另一方面，長沙水業(yè)也會統(tǒng)一對全集團信息化工作進行管理和整合，建立統(tǒng)一數(shù)據庫，以實現(xiàn)多個平臺數(shù)據的綜合分析，屆時不但壓力與流量數(shù)據能綜合分析，還可以與營銷數(shù)據動態(tài)對接，大大縮短分公司產銷差率的計算難度和頻率，進一步提高工作效率。

2.3開展下級計量區(qū)域的建設，縮小獨立計量區(qū)域面積

長沙水業(yè)管理供水區(qū)域高達420平方公里，根據目前的狀態(tài)，劃分為四個獨立計量區(qū)（不含望城水司管理區(qū)）后，即使是最小的獨立計量區(qū)域也有約80平方公里。而要使分區(qū)計量管理體系能夠充分發(fā)揮漏損和壓力控制的功效，每個獨立計量區(qū)的面積應為2-5平方公里。

但由于在2015年前長沙水業(yè)最小的管理單元就是營銷分公司，受此限制獨立計量區(qū)域沒有進一步劃小的管理方案。但在2015年的機構改革后，長沙水業(yè)在營銷分公司下增設了片區(qū)這一管理層級。分區(qū)計量體系隨即開始向片區(qū)下沉，但由于建設難度大，投入有限，截至2018年底總僅為兩個片區(qū)建成二級獨立計量區(qū)域兩個。為了進一步縮小獨立計量區(qū)域的面積，長沙水業(yè)在2019年策劃和實施了將其中一個二級區(qū)域劃分為9個面積為5至10平方公里的三級獨立計量區(qū)的工程，該工程目前尚未完工，與其配套的管理方案也尚未完全擬定，嚴重制約了分區(qū)計量管理體系進一步發(fā)揮其效能。

在未來一段時間內，長沙水業(yè)還將繼續(xù)推進對分區(qū)計量體系的改進和更新，完成集團降差增效的任務，實現(xiàn)國務院提出的2020年目標。

參考文獻：

[1]《The Manager`s Non-Revenue Water Handbook》 Malcolm Farley等著;侯煜堃，等譯.

作者簡介：

李浩威（1985.11-）男，計量工程師，一級注冊計量師，本科，主要從事流量計量技術和管理工作。