2019年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会 (第十届)日程暨邀请函
 
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放大字体  缩小字体 发布日期:2017-09-12  浏览次数:1121
核心提示:解读《城镇供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ92-2016) 国际水协出版社出版的《Water Management and Water Loss》

2019年中国城镇污泥处理处置技术与应用高级研讨会 (第十届)日程暨邀请函
 

解读《城镇供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ92-2016)

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来源:富士地探(微信号:BeijingFujitech

本文已获得原创授权

《CJJ92-2016 城镇供水管网漏损控制及评定标准》简称为:“漏损标准”

一、目录内容

图一 目录概括

从目录结构上本标准看与CJJ159-2011漏水探测技术规程并无太大差别,但在内容上多次出现:“控制、管理、调控”等字眼,充分体会出本标准更多注重于对管网漏损宏观的管理控制层面,而非微观的探测技术细节。

二、术语

1. 未报告 (Unreported) vs. 未见(Unvisible)

本标准的起草者对于中文中的”明漏“和”暗漏“,结合了国际水协、AWWA等国际水务组织的技术术语,将英文注解进一步贴近国际通用的“reported(被报告的)”和“unreported(没有被报告)”,而非“visible(看得见)”和“unvisible(看不见)。当然,这两套用词都是正确的,因为对于检漏工程队伍来讲,漏点就是能在地面看的见或地下看不见的两种情况。

图二 背景漏失、暗漏、明漏

2. 背景漏失 (Background Leakage)

同时“漏损标准”中还增添了背景漏失(background leakage)这个术语,解释为:“现有技术手段和措施未能检测到的管网漏点的漏失水量。”本术语源自于1992-94年 Allan Lambert 先生在英国国家漏损控制大会上为计算漏失水量而提出的概念。从通俗的角度讲,背景漏失就是我们已知在检漏过程中无法察觉到的物理渗漏,个人认为从background直译为“背景”二字还是有失偏颇,因为这种渗漏性质的漏点和供水管网的大背景其实并没有太大的关系。事实上,国际水协出版社出版的《Water Management and Water Loss》这部著作中对background leakage做出了如下的定义(参加图三)。

图三 背景漏失

通过翻译文中内容,我们可以知道背景漏失,是一套供水管网系统中所有相对小型漏点的累计漏失量。这些漏点来自于阀门、接口、消火栓、水表、水龙头、马桶水箱、楼顶水箱等。这些漏点从探测的经济性和维修价值上讲都是无效的,因此行业普遍接受这种事实存在所有供水管网中的漏点类型。一般背景漏失还可进一步分为三个部分:

  • 单位公里管道中的背景漏失

  • 管道每一个接口的背景漏失

  • 每一处用户内的背景漏失

在DMA Guidance Notes中对背景漏失进行了进一步的细节定义:50米水柱(5公斤)管压环境下,0.25立方米/小时漏量的漏点可定义为背景漏失。由于推文的篇幅关系,在本文中就不再进一步的赘述了,但我们其实可以发现,但就背景漏失这一项术语,可解读的内容就非常之多,同时就水龙头、马桶水箱的滴漏问题而言,实际在目前已知的技术上还是可以做到一定的监控和检测的。背景漏失的漏量在很大程度上受到管网压力的影响,因此也是为何在“术语”这一章中罗列了“压力管理”,强调突出了在“调压”在供水管网宏观漏损控制中的重要性。

3. 漏损水量 vs. 漏失水量

图四 漏损水量的定义

在以前,水务企业和专业探测队伍在谈及管网漏控时一直对于漏损和漏失这两个词没有加以区分,造成了一定的定义混淆。本标准进一步明确了“漏损水量”和“漏失水量”之间的区别。漏损水量=漏失漏水量(管道的物理破损产生的漏水,相当于西方惯用的physical loss或real loss)+ 计量损失水量+其他损失水量(相当于西方惯用的apparent loss 或 commericial loss)。

4. 漏损标准

图一 国际水协“水平衡表” vs. 国内新版“水平衡表”

修改后的中国水平衡表将“表观漏损”、“商业漏损”这类模糊的形容词直接去掉。中国将物理漏损进一步细化成:明漏+暗漏+背景漏+水箱、水池溢流,和国际水协的物理漏损并无差别。将“表观漏损”拆分成“计量漏(计量误差)+其他(未注册表+盗水等),这部分内容的更改应参考了一部分世界银行以及FARLEY出版的NRW降损系列。

那么问题来了,到底什么是“水平衡”?这个概念是1999年由第一届IWA水损专家组提出的,其主要目的是为全世界提供的一个国际通用的计算方法来量化产销差(或无收益水)中的各个组成部分,以及每个部分对整体产销差的影响情况。这也就是为什么水平衡总是以一张表格的方式出现,而计算每一个组成部分的水用量的这种行为模式就叫做“审计”,不同于财政上的审计,这是对水平衡表格中不同组成部分的审计——简称水审计。小编认为老外用audit这个词作为技术术语非常的到位,因为审计这个流程本就代表了对数字本身的客观、严谨和精准。本标准中对“水审计”没有做出相应的解释。

4.3 漏水管理

4.3.3 供水单位在应用昕音法、相关分析检漏法、区域检漏法等技术进行漏水检测的基础上,可采用新的技术和设备,提高漏点检出率。

4.3.4 供水管网宜设置管网漏点监测设备,建立管网漏点主动监测和数据分析系统。

4.3.3和4.3.4两个章节提出了在常规测漏方法之外可使用其他方法提高漏点检出率。这里小编主要想点评这么几个点。一、首先,使用非常规方法进行漏水探测时的前提是水司必须要明确自身的漏失率到哪种程度了,在小编这篇译文:海外文摘 | 我们需要高科技设备来控制漏损率吗?明确提到了如果漏失率在25-30%以上,那么传统的听音、相关法配合主动巡检应该作为首要手段。对于漏失率控制在15%以内的水司,在很大程度上物理性质的管道漏点,就是漏损水量中的漏失水量基本已被常规方法消灭掉,剩下的主要来自于表具计量误差、偷盗水、人情水等软性因素造成的被动漏失。在这种情况下,水司可以选择尝试用其他新的技术方法来挖掘出更多细微的物理漏点、升级表具或大力整顿地区用水的社会不良习气。但无论从哪个方面讲,使用新方法可能对于提供漏点检出率并不会有太明显的效果,因为定点的根本最终还是需要回归到技术人员本身。即便能够提高一部分检出率,可能也会伴随着新技术使用成本的大幅度提升。

第二、“管网漏点监测设备”——小编个人认为用词用句上欠妥当,如果管道已经漏了,为何还要继续监测而不去修补它呢?如果表达为管网噪声监测设备,建立管网噪声主动监测和数据分析系统可能更为妥当,这也就相当于《技术规程》中的噪声法了。

图二 LOGGER,管网噪声记录仪

4.4 分区管理

4.4.2 根据管网系统的大小和数据分析方法的不同,可采用独立计量区或区域管理两种分区方式。

一般提到“分区”,我们能够立即联想到的就是DMA,也就是独立计量分区:District Metered Area。通过测量夜间最小流量(MNF;Minimum Night Flow),再根据 DMA 用水型态及 MNF 大小,分析漏损情况。最后,据此决定是否进行检修漏措施。

图三 经典的24小时 DMA 用水量曲线

在这里同时还提到了另外一个术语:“区域管理”——将供水管网划分为若干供水区域,对每个供水区域的水量、水压进行监测控制,实现漏损量化管理的方式。小编认为这个划分和DMA类似,但术语没有表达出一个关键的区别,就是区域管理下的供水区域之间是相互连通的,不存在互为独立的关系,否则这种管理方式无异于独立计量分区。同时区域管理中提到了压力和流量监测,因此更印证了区域管理这种方法是完全不同于DMA的另外一种管理模式,是基于管网监测类硬件和软件结合的一种非独立性的供水区域漏控管理模式。小编在6月份环球表计的高峰论坛上曾经对这种模式进行过简单的阐述,叫做VDMA,有兴趣的可以线上和小编一对一交流。

4.5 压力调控

漏损标准从整体的管网压力管理和调控上做了大致的阐述,但小编认为说道压力,不得不提一下FAVAD N1。英国在1980年对压力vs.漏水流量关系的研究文献以及其他世界各地的测试数据提出了“固定及变动面积流量(FAVAD:Fixed and Variable Area Discharges)”的概念。概念提出漏水的流速会随着流量系数(Cd)和压力的平方根的变化而变化,同时管网的漏失量也会受到管网压力的影响,用公式来表达:

漏失率 L (体积/单位时间) = {管网压力 P (压力/单位时间)}N1次方

L1为压力变化后的漏失率,L0为压力变化钱的漏失率

P1为变化后的压力,P0为变化前的压力。

在管道接口、附件和软性管道上的裂痕所产生的微型漏水属于“可变区域”型漏水。这种类型的漏水对管网压力的变化非常敏感,N1系数值一般在1.5左右。在硬性管道上出现的可探测型漏水和爆管(“固定区域“型漏水)的N1系数值接近0.5左右。

4.6 - 4.7 计量损失和其他损失控制

水表是供水企业主要用的计量器具,水表计量的准确与否,直接关系到供水企业的经济和社会效益。然而由于水表本身误差曲线的非线性,并且存在着盲区(不计量区域),导致水表在使用过程中误差较大,计量不准,漏失率较大。所以,供水单位在水表选型上常常要求实际流量在分界流量以上运行。但是,实际运行中发现,大多数用户的日用水量并不均衡,除了通常集中时段用水量大外,其余时间都是在小流量下运行,这种情况下,水表往往偏慢。

解决表具计量误差的根本办法是水司选择适合自己管网流量的水表类型。但从某种意义上讲,这在整个亚洲都很难完全实现,特别是当一些国家的相关采购法律法规鼓励水司购买市场上最便宜的产品或出现低价中标时。许多水表制造商生产的水表只在纸面规格上做足功夫,却在实际使用中以惊人的速度坏损。造成这个问题最大原因是缺乏优质的水表测试设备,特别是大口径水表,以及如何最佳利用这些设备的经验。大口径水表始动流量较大,因此在小用水量时段,往往用水了,而表不走,即所谓的“大表小流量”情况。由此可见,对大口径水表计量情况开展调查分析,了解当前计量工作可能存在的技术问题,对于提高计量准确度,控制漏损,促进节约用水,具有深远的意义。

另外一个常见的问题是水司不愿为大用户投资高质量、价格相对昂贵的水表。通常情况下,大型水司的利润足以在几个月内回收来平衡水表投入的成本。然而许多水司依然选择一遍又一遍的维护和校准旧水表,而不是采取适当行动安装新水表。

计费系统是计量用户用水数据的唯一来源,可以帮助确定产销差。然而,大多数的计费系统并不是设计用于保留用水数据的完整性。相反,这些系统是为了确保向用户提供准确的用水计费账单并解释这些账单的来由。因此在一些计费系统设计中的日常计费流程中经常会出现用户用水数据不完整的问题。

盗水除了非法连接这种情况外,其他形式的盗水现象诸如篡改水表、绕过水表、抄表员腐败和非法使用消火栓等也是亚洲国家经常发生的现象。另一个常见的问题是“闲置用户“。在这种情况下,该地区已没有用户,但这段管网并没有终止供水,因此很容易被非法接用。

5 评定

这一章节基本上属于硬性的计算公式,下面我们来看看其中几个比较有意思的公式:

漏点(明漏和暗漏〉流量计算

Q_ = C1 x C2 x A x 根号下2gh

式中:

  • QL 漏点流量(m3 /s);

  • C1 覆土对漏水出流影响,折算为修正系数,根据管径大小取值: DN15~DN50 取0.96 , DN75 ~DN300 取0.95,DN300以上取0.94。在实际工作过程中,一般取C1 =1;

  • C2 流量系数(取0.6) ;

  • A 一漏水孔面积m2,一般采用模型计取漏水孔的周长,折算为孔口面积,在不具备条件时,可凭经验进行目测;

  • H一孔口压力(m) ,一般应进行实测,不具备条件时,可取管网平均控制压力;

  • g一重力加速度,取9.8m/s2

不论是各水司自己撰写的测漏工培训材料、正式出版的教科书还是“民间”的行业经验,我们都会经常看到或听到该公式。漏点流量的计算公式起初是根据流体力学中的孔口流量公式演变而来。根据流体力学,孔口流量又分为薄壁和厚壁孔口。薄壁孔口根据定义是管壁的壁厚对出流没有影响,而厚壁孔口则反之。薄壁孔口流量系数一般取0.62,厚壁孔口取0.82,我们的漏点一直被默认为薄壁孔口出流方式。

该公式一直具有非常大的争议,尤其在管压的带入(很显然管道的平均管压和孔口的压力是有巨大的差异的),以及漏口面积(很多都是不规则的图形面积,无法通过常规公式进行精确计算)的计算。这也是为何专业测漏技术人员更愿意称它为“经验”公式法。小编认为“漏水孔面积在不具备经验可以进行目测”这句话可以被正式收录在国标中多少有些不负责,目测的误差实际上是一种完全不科学且误差率极大的计量方式,甚至不能称之为估算。同时,目测计算带来了甲乙双方的争议也会非常大,因为大家可以各执一词,没有一个统一的计量标准。小编曾经一段时间经常被问到:某现场有个漏点,通过这个公式进行漏量的计算,往往数值巨大,非常不切实际。C1 这个参数是第一次出现该公式中,大家可以在今后的就算中就不同的管径尝试带入不同的参数。

除了公式法外,还有:计时称量法(容积法)、便携式流量计测定法等。

  • 计时称量法(容积法):漏点开挖后,在正常供水压力下,用能接水的容器(水盆、水桶、塑料袋)或挖坑等接收从漏水点流出的管道漏水,同时用秒表等计时,计算出单位时间内的漏水量,换算成m3/h,即可得到漏点的漏水量。为提高结果精度,可以多次平均。

  • 便携式流量计测定法:利用便携式流量计,对漏点前后管道测定其瞬时流量,其差值即为漏点漏水量。当漏点下游关闭所有阀门或无用户用水时,在漏点上游测出的瞬时流量即为漏点漏水量。

背景漏失水量计算

QB = Qn • L • T/10000

式中:

  • QB:背景漏失水量(万方) ;

  • Qn :单位管长夜间最小流量 m3 / (km • h),在DMA 样本区域开展检漏后测定;

  • L :管网总长度(km) ;

  • T :统计时间(h) ,按1 年计算。

小编不太清楚该式是如何演变而来的,但水行业第一次提到背景漏失计算时是在1999年的文献中。以Unavoidable Background Leakage(UBL,不可能避免的背景漏失)一词出现,起初计算背景漏失的参数主要来自于DMA的若干实验,其中关于压力的N1参数占有非常大的影响作用。公式如下:

Lm:管道长度 (km)

Ns:用户数 (配水管到用户管)

AZNP:夜间区域压力值 (米水柱)

该公式所要表达的最重要一点就是背景漏失水量在N1系数不同的变化下,与压力值是成一定正相关的关系。如图1, 我们可以看到压力越高,其背景漏失量就越高。

图1 背景漏失水量与夜间区域压力值和户数密度之间的关系

DC: Density of Connections

讲到这里,小编对于新标准中的背景漏失量计算公式抱有一些疑问,为何没有谈及压力对其的影响呢?同时,事实上背景漏失在西方国家仅仅是UARL (Unavoidable Annual Real Losses,不可避免的年真实漏失) 其中的一部分。不可避免的年真实漏失的定义是:在无经济限制条件下,以当下管网压力水司能够达到的最小漏失量。这个数值就是判定一家水司单位能降漏的最低极限,因此在谈及UARL时一定会联系到ELL(Economic Level of Leakage),由于涉及技术篇幅过大,就不在这篇文章中细讲了。

小编后记

小编能力有限,绞尽脑汁也只能琢磨出三篇原创来,希望各位看官还算满意。在编写网络推文的同时,小编也把标准和相关的文献重新阅读了一遍,发现标准中的每一篇条文、每一处公式所涉及的文献量和信息量是巨大的,不是拍着脑袋就能凭空想出来的简单一句话。不论条文或公式中是否存在着种种客观的不完善甚至是不专业,我们都应该进行客观、科学的对待和评价。即便是IWA国际水协还是AWWA美国水协,这些具有国际性权威组织的标准和工具书也是在不断听取专家们和使用者们的意见后做的修改。因此,对于撰写人员我们首先应该感谢他们对于中国节水所付出的贡献,其次再客观研讨标准中的不足。

 
 
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