北京市dma分區(qū)方法研究與實踐

北京市dma分區(qū)方法研究與實踐

20世紀80年代，“多腔”一詞出現(xiàn)在一個或多個入口，以及一個獨立的供水區(qū)，入口處和出水口的流量是由注冊限制的。作為一種有效控制管網(wǎng)漏失的方法,DMA的理念已經(jīng)被各國供水企業(yè)所普遍接受,但在國內(nèi)還鮮見具體實踐的報道。中科院生態(tài)環(huán)境研究中心和北京自來水集團合作,以北京市二環(huán)內(nèi)供水管網(wǎng)為基礎(chǔ),對DMA進行了劃分和2個示范區(qū)的實踐,對示范區(qū)的水壓和水質(zhì)進行了長期監(jiān)測以檢驗DMA的安全性。1dma的大小掌握供水管網(wǎng)的特點是合理劃分DMA的前提。北京市二環(huán)內(nèi)供水管網(wǎng)屬環(huán)狀網(wǎng),供水干線(管徑≥400mm)呈環(huán)狀結(jié)構(gòu),在劃分DMA時將供水干線排除在外,保持其原有的環(huán)狀結(jié)構(gòu)以保證供水安全,只對供水支線進行DMA分區(qū)。對環(huán)狀管網(wǎng)進行DMA規(guī)劃時需要關(guān)閉更多的邊界閥門以實現(xiàn)各個DMA的獨立分區(qū),由此而產(chǎn)生更多需要解決的問題。DMA的大小是規(guī)劃時要考慮的首要因素,其主要體現(xiàn)在用戶數(shù)(NumberofProperties,NP)和管線長度(MainsLength,LM)上。國外進行DMA劃分時大多把用戶數(shù)NP作為DMA大小的參考標準。由于北京市二環(huán)內(nèi)用戶密集、人口密度大,因此DMA用戶數(shù)NP不能嚴格參照國外標準,也不應(yīng)把NP作為衡量DMA大小的唯一指標。DMA的主要功能是監(jiān)測管網(wǎng)的漏失,管線長度LM不僅影響漏失監(jiān)測功能的發(fā)揮(管線越長越難進行漏失點定位,但是管線太短會增加DMA應(yīng)用的投資),而且對DMA內(nèi)水壓和水質(zhì)也有直接影響,分析后認為針對北京市供水管網(wǎng)而言,LM是決定DMA大小更合適的指標。在北京市二環(huán)內(nèi)供水管網(wǎng)DMA劃分時,綜合考慮NP和LM兩個因素,NP平均控制在3000戶左右,LM控制在10km左右。北京市配水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)(GIS)提供了管線、閥門、道路等全面的基礎(chǔ)數(shù)據(jù),此系統(tǒng)信息準確、功能強大,是二環(huán)內(nèi)DMA規(guī)劃的主要依據(jù)。2北京二環(huán)路污水管道亞區(qū)的步驟2.1創(chuàng)建gis圖層根據(jù)GIS提供的管網(wǎng)、道路、河流等數(shù)據(jù)信息,綜合考慮DMA的大小(包括NP和LM),劃分臨時DMA的邊界。創(chuàng)建GIS圖層,清楚表達臨時DMA的范圍和邊界。初步劃分時盡量把原有的水力邊界作為DMA的邊界,一方面可以保持DMA區(qū)域內(nèi)管網(wǎng)結(jié)構(gòu)和地址(如街道、小區(qū)等)的完整性,減少新建管段和邊界閥門的數(shù)量,降低投資,方便用戶統(tǒng)計和DMA管理;另一方面保持原有的水力邊界可以最大限度地減少DMA內(nèi)管線的沿程水頭損失。2.2dma的文化建構(gòu)該步驟統(tǒng)計的指標有用戶數(shù)NP、月均用水量CM和管線長度LM。北京自來水集團營銷分公司有用戶用水量和地址的詳細記錄,為DMA各項指標的統(tǒng)計提供了基本資料。從GIS上得到臨時DMA包含的街道和小區(qū)名稱,結(jié)合營銷數(shù)據(jù)中用戶地址統(tǒng)計臨時DMA的NP和CM。后續(xù)進行的DMA示范區(qū)的實地調(diào)查發(fā)現(xiàn)營銷數(shù)據(jù)統(tǒng)計的用戶數(shù)略小于真實用戶數(shù)(這是由抄表方式和統(tǒng)計誤差造成的),真實用戶數(shù)可以由統(tǒng)計結(jié)果乘以調(diào)整系數(shù)得到(調(diào)整系數(shù)根據(jù)DMA示范區(qū)的真實用戶數(shù)和統(tǒng)計用戶數(shù)之間的關(guān)系得出,約為1.2～1.5)。此步驟得到的DMA用戶數(shù)只是用來反映DMA的大小,但不是反映DMA大小的唯一指標,此精確度已能滿足DMA劃分的要求。北京市二環(huán)內(nèi)的用戶基本上都裝有水表,DMA的監(jiān)測重點是戶外供水管線,因此統(tǒng)計臨時DMA的管線長度時不包括進戶管,只統(tǒng)計管徑>15mm的供水管線。GIS中有管線的詳細信息(包括長度、管徑、地址等),利用GIS的統(tǒng)計功能得到臨時性DMA的管線長度LM。2.3dma指標調(diào)整根據(jù)臨時DMA的NP和LM,調(diào)整得到正式的DMA,調(diào)整后需重新統(tǒng)計DMA的各項指標,確保DMA的NP在3000戶左右,LM在10km左右。最后修改完成DMA的劃分,并生成相應(yīng)的GIS圖層。2.4管線設(shè)置進水口進水口的選擇是DMA劃分的另一項重要內(nèi)容。北京市二環(huán)內(nèi)DMA多數(shù)只需一個進水口,但在以下兩種情況下需特殊考慮:①DMA內(nèi)存在重要用戶,如大型醫(yī)院和賓館等;②個別用戶數(shù)NP較大(Np>4000戶)的DMA。當存在任意一種情況時需要設(shè)置兩個進水口,保證供水安全和消防安全。選擇水力條件最好的管線作為DMA的進水口,其中水力條件好指的是從此管線進水到達DMA末端用戶的整體水頭損失最小。通常情況下,滿足此條件的管線管徑較大。選擇進水口時需要考慮的另一個因素是盡量使用水大戶位于DMA管網(wǎng)末端,這樣可以防止管線末端用水量少而出現(xiàn)水流停滯的現(xiàn)象。根據(jù)DMA的CM和流量計測量范圍計算流量計口徑,若計算出的流量計口徑和選定的進水口管徑不同,安裝流量計時可通過變徑解決。2.5dma管網(wǎng)關(guān)閉此步驟需要的信息是GIS提供的閥門口徑、地址以及與管線的關(guān)系。北京市二環(huán)內(nèi)管網(wǎng)龐大復(fù)雜,DMA之間的管線連接關(guān)系各異,因此只有對每個DMA管網(wǎng)進行詳細分析、整理需要關(guān)閉的邊界閥門,才能通過關(guān)閉閥門使各個DMA管網(wǎng)獨立。需要注意的是有些DMA的邊界閥門關(guān)閉會對相鄰DMA產(chǎn)生影響,因此要協(xié)調(diào)好相鄰DMA間的關(guān)系,達到各個DMA管網(wǎng)獨立的目的。若關(guān)閉已有的閥門不能滿足要求,則需要安裝新閥門。3dma測壓及水質(zhì)監(jiān)測根據(jù)北京市二環(huán)內(nèi)DMA劃分的結(jié)果,從中選取兩個具有代表性的DMA作為示范區(qū)。兩個DMA示范區(qū)內(nèi)的用戶均以居民住宅為主,夾雜少量辦公樓,管網(wǎng)運行狀態(tài)良好,管網(wǎng)示意見圖1。2個示范區(qū)代表北京市二環(huán)內(nèi)DMA大小的整體水平(見表1),因此在示范區(qū)范圍內(nèi)對DMA的水壓、水質(zhì)等進行監(jiān)測,對整個二環(huán)內(nèi)DMA的劃分和實施具有指導(dǎo)作用。DMA的水壓和水質(zhì)雖然與監(jiān)測漏失的功能沒有直接關(guān)系,但卻是其應(yīng)用實踐中必須解決的問題。只有解決好DMA的水壓和水質(zhì)問題,才是DMA長期運行達到監(jiān)測漏失功能的基本保證。在示范區(qū)選定的進水口處安裝流量計,關(guān)閉邊界閥門和進口閥門進行零壓測試,保證邊界閥門完全關(guān)閉。零壓測試結(jié)束后打開進口閥門,開始連續(xù)測量DMA的進口流量。兩示范區(qū)采用的流量計均為管道式電磁流量計,流量計自動記錄DMA的瞬時進口流量,記錄間隔設(shè)置為1min。與流量計連接的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控儀對流量數(shù)據(jù)進行收集存儲,定期下載流量數(shù)據(jù)。由于DMA只保留一個或兩個進水口,若進水口壓力不變,區(qū)域內(nèi)整體水壓比實施前會有所降低,為此在示范區(qū)內(nèi)的合適位置設(shè)置測壓點?？紤]到安裝和測試的方便,測壓點主要布設(shè)在DMA區(qū)域內(nèi)的消火栓上,監(jiān)測DMA較大管線的水壓,檢驗分區(qū)后壓力是否能滿足供水壓力的要求。壓力表自動間隔15min記錄水壓,人工收取存儲的壓力數(shù)據(jù)。DMA的實施有可能對管網(wǎng)水質(zhì)產(chǎn)生不利影響:①在DMA邊界上關(guān)閉邊界閥門可能造成管線死端的水流停滯;②若DMA規(guī)劃過大、管線過長,水流進入DMA后在管網(wǎng)內(nèi)停留的時間就越長,余氯衰減會造成管網(wǎng)末端余氯過低,從而引起細菌微生物的復(fù)活和滋生。但是,DMA的實施也有可能防止產(chǎn)生水質(zhì)問題,即DMA實施以前整個區(qū)域內(nèi)存在幾個進水口,區(qū)內(nèi)水流緩慢,停留時間過長;而DMA實施以后只保留一個或兩個進水口,減少了這種現(xiàn)象的發(fā)生。為了保證DMA內(nèi)管網(wǎng)水質(zhì)的安全,在兩個DMA示范區(qū)內(nèi)有針對性地連續(xù)監(jiān)測了管網(wǎng)末梢處的水質(zhì),檢測指標包括濁度、總鐵、細菌總數(shù)、大腸菌群,另外抽樣檢測了示范區(qū)內(nèi)管網(wǎng)末梢余氯。4監(jiān)測和分析mama模式的結(jié)果4.1dma用水特征DMA進口的流量計自動記錄進口流量,在此基礎(chǔ)上計算示范區(qū)的日進水量。根據(jù)進口流量計記錄下的瞬間流量,積分求出每小時的平均流量,繪制DMA的24h進水曲線(見圖2)。DMA進水量包括用戶用水量和背景漏失量兩部分,背景漏失量主要受管網(wǎng)水壓影響,一天中隨時間變化微小,因此DMA用水曲線的趨勢類似于24h的進水曲線。對比冬、夏兩季節(jié)的進水曲線發(fā)現(xiàn),兩季趨勢基本相同,但是兩季每天各小時的進水量會因居民生活方式的不同而有所差別。兩個示范區(qū)一致的是夏季高峰用水量均大于冬季高峰用水量,但用水高峰時間略有差異(DMA1#冬、夏兩季用水高峰都出現(xiàn)在早7:00和晚21:00;DMA2#夏季用水高峰出現(xiàn)在早8:00和晚21:00左右,而冬季出現(xiàn)在早9:00和晚18:00點左右)。重要的是最小夜間流量和最小流量時段變化很小,兩示范區(qū)冬、夏兩季的最小流量時段都出現(xiàn)在凌晨1:00—4:00,冬、夏兩季的最小夜間流量變化非常小,這些微小的變化都在誤差范圍內(nèi),因此可以認為季節(jié)用水量變化對最小夜間流量沒有影響。通過最小夜間流量監(jiān)測DMA漏失時,不需要考慮季節(jié)變化的影響。4.2區(qū)域內(nèi)壓力監(jiān)測點布置采用與上述計算流量同樣的方法得到兩示范區(qū)的壓力24h變化曲線,結(jié)果見圖3。壓力曲線顯示,一天中壓力隨著用水量的變化而變化,全天壓力在凌晨0:00—4:00最低。北京給水管網(wǎng)屬于水泵加壓系統(tǒng),在夜間用水量較小時供水水壓相應(yīng)降低。夏季所有測壓點的壓力均在260kPa以上,且所有監(jiān)測點中壓力最低點與進口之間存在5～25kPa的壓降PD。兩個示范區(qū)內(nèi)的壓力監(jiān)測點均勻分布在較大管線上,PD能真實反映整個區(qū)域內(nèi)的水頭損失。夏季DMA1#的24h壓降PD的變化見圖4。圖4說明,PD隨著DMA進水量的增加而升高,DMA1#的壓降PD在夏季用水高峰(早7:00和晚21:00)時達到最大,從而可以進一步推測在冬季全天任意時間的PD也不會超過25kPa。只要保證冬季進水口的水壓不變,兩個示范區(qū)全年的供水壓力不會低于260kPa,完全能滿足服務(wù)要求。由此可見,兩示范區(qū)的大小(包括NP、LM)和進水口選擇是正確的,而且合理的DMA規(guī)劃完全能滿足供水壓力要求。此外,影響PD的因素還有DMA管線長度LM、平均管齡(管齡越大則壓降越大)等。根據(jù)各個因素對水頭損失的影響,可以推測對于有一個進水口、進水量<1500m3/d、管線長度<10km、平均管齡<15年的DMA,區(qū)域內(nèi)較大管線的壓降不會大于25kPa。對于其他具有相同特征的DMA來說,只要得知進水口壓力就可以推測出區(qū)域內(nèi)的壓力。雖然這種推測會受到管線的管徑和位置、用水量分布等的影響而出現(xiàn)偏差,但是可以省去對每個DMA進行壓力監(jiān)測和模型壓力預(yù)測的繁瑣步驟,尤其是在DMA大規(guī)模實施中顯得尤為重要。4.3管網(wǎng)末端余氯測定指標有符合國家標準的要求余氯的抽樣檢測顯示DMA管網(wǎng)末梢余氯含量均遠高于國家標準,能有效抑制水中細菌的再繁殖。余氯的抽樣檢測在夏季進行,由于夏季管道中余氯的衰減速度比冬季快得多,因此推測冬季時管網(wǎng)末梢的余氯仍能滿足國家標準的要求。其他指標的監(jiān)測結(jié)果見表2。在一個月的連續(xù)監(jiān)測期間,所有監(jiān)測指標均符合《生活飲用水衛(wèi)生標準》(GB5749—2006),示范區(qū)DMA的實施均沒有引起水質(zhì)問題。關(guān)閉邊界閥門造成的死端也并沒有對居民用水水質(zhì)造成影響,DMA示范區(qū)的大小合適也不會引起水質(zhì)惡化。若今后用模型對DMA內(nèi)水流停留時間和余氯衰減進行預(yù)測,將為了解DMA內(nèi)的水質(zhì)情況提供有力的幫助。5dma管理影響管網(wǎng)水壓和水質(zhì)在依據(jù)北京市給水