北京市dma分区方法研究与实践

北京市dma分区方法研究与实践

20世纪80年代，“多腔”一词出现在一个或多个入口，以及一个独立的供水区，入口处和出水口的流量是由注册限制的。作为一种有效控制管网漏失的方法,DMA的理念已经被各国供水企业所普遍接受,但在国内还鲜见具体实践的报道。中科院生态环境研究中心和北京自来水集团合作,以北京市二环内供水管网为基础,对DMA进行了划分和2个示范区的实践,对示范区的水压和水质进行了长期监测以检验DMA的安全性。1dma的大小掌握供水管网的特点是合理划分DMA的前提。北京市二环内供水管网属环状网,供水干线(管径≥400mm)呈环状结构,在划分DMA时将供水干线排除在外,保持其原有的环状结构以保证供水安全,只对供水支线进行DMA分区。对环状管网进行DMA规划时需要关闭更多的边界阀门以实现各个DMA的独立分区,由此而产生更多需要解决的问题。DMA的大小是规划时要考虑的首要因素,其主要体现在用户数(NumberofProperties,NP)和管线长度(MainsLength,LM)上。国外进行DMA划分时大多把用户数NP作为DMA大小的参考标准。由于北京市二环内用户密集、人口密度大,因此DMA用户数NP不能严格参照国外标准,也不应把NP作为衡量DMA大小的唯一指标。DMA的主要功能是监测管网的漏失,管线长度LM不仅影响漏失监测功能的发挥(管线越长越难进行漏失点定位,但是管线太短会增加DMA应用的投资),而且对DMA内水压和水质也有直接影响,分析后认为针对北京市供水管网而言,LM是决定DMA大小更合适的指标。在北京市二环内供水管网DMA划分时,综合考虑NP和LM两个因素,NP平均控制在3000户左右,LM控制在10km左右。北京市配水管网地理信息系统(GIS)提供了管线、阀门、道路等全面的基础数据,此系统信息准确、功能强大,是二环内DMA规划的主要依据。2北京二环路污水管道亚区的步骤2.1创建gis图层根据GIS提供的管网、道路、河流等数据信息,综合考虑DMA的大小(包括NP和LM),划分临时DMA的边界。创建GIS图层,清楚表达临时DMA的范围和边界。初步划分时尽量把原有的水力边界作为DMA的边界,一方面可以保持DMA区域内管网结构和地址(如街道、小区等)的完整性,减少新建管段和边界阀门的数量,降低投资,方便用户统计和DMA管理;另一方面保持原有的水力边界可以最大限度地减少DMA内管线的沿程水头损失。2.2dma的文化建构该步骤统计的指标有用户数NP、月均用水量CM和管线长度LM。北京自来水集团营销分公司有用户用水量和地址的详细记录,为DMA各项指标的统计提供了基本资料。从GIS上得到临时DMA包含的街道和小区名称,结合营销数据中用户地址统计临时DMA的NP和CM。后续进行的DMA示范区的实地调查发现营销数据统计的用户数略小于真实用户数(这是由抄表方式和统计误差造成的),真实用户数可以由统计结果乘以调整系数得到(调整系数根据DMA示范区的真实用户数和统计用户数之间的关系得出,约为1.2～1.5)。此步骤得到的DMA用户数只是用来反映DMA的大小,但不是反映DMA大小的唯一指标,此精确度已能满足DMA划分的要求。北京市二环内的用户基本上都装有水表,DMA的监测重点是户外供水管线,因此统计临时DMA的管线长度时不包括进户管,只统计管径>15mm的供水管线。GIS中有管线的详细信息(包括长度、管径、地址等),利用GIS的统计功能得到临时性DMA的管线长度LM。2.3dma指标调整根据临时DMA的NP和LM,调整得到正式的DMA,调整后需重新统计DMA的各项指标,确保DMA的NP在3000户左右,LM在10km左右。最后修改完成DMA的划分,并生成相应的GIS图层。2.4管线设置进水口进水口的选择是DMA划分的另一项重要内容。北京市二环内DMA多数只需一个进水口,但在以下两种情况下需特殊考虑:①DMA内存在重要用户,如大型医院和宾馆等;②个别用户数NP较大(Np>4000户)的DMA。当存在任意一种情况时需要设置两个进水口,保证供水安全和消防安全。选择水力条件最好的管线作为DMA的进水口,其中水力条件好指的是从此管线进水到达DMA末端用户的整体水头损失最小。通常情况下,满足此条件的管线管径较大。选择进水口时需要考虑的另一个因素是尽量使用水大户位于DMA管网末端,这样可以防止管线末端用水量少而出现水流停滞的现象。根据DMA的CM和流量计测量范围计算流量计口径,若计算出的流量计口径和选定的进水口管径不同,安装流量计时可通过变径解决。2.5dma管网关闭此步骤需要的信息是GIS提供的阀门口径、地址以及与管线的关系。北京市二环内管网庞大复杂,DMA之间的管线连接关系各异,因此只有对每个DMA管网进行详细分析、整理需要关闭的边界阀门,才能通过关闭阀门使各个DMA管网独立。需要注意的是有些DMA的边界阀门关闭会对相邻DMA产生影响,因此要协调好相邻DMA间的关系,达到各个DMA管网独立的目的。若关闭已有的阀门不能满足要求,则需要安装新阀门。3dma测压及水质监测根据北京市二环内DMA划分的结果,从中选取两个具有代表性的DMA作为示范区。两个DMA示范区内的用户均以居民住宅为主,夹杂少量办公楼,管网运行状态良好,管网示意见图1。2个示范区代表北京市二环内DMA大小的整体水平(见表1),因此在示范区范围内对DMA的水压、水质等进行监测,对整个二环内DMA的划分和实施具有指导作用。DMA的水压和水质虽然与监测漏失的功能没有直接关系,但却是其应用实践中必须解决的问题。只有解决好DMA的水压和水质问题,才是DMA长期运行达到监测漏失功能的基本保证。在示范区选定的进水口处安装流量计,关闭边界阀门和进口阀门进行零压测试,保证边界阀门完全关闭。零压测试结束后打开进口阀门,开始连续测量DMA的进口流量。两示范区采用的流量计均为管道式电磁流量计,流量计自动记录DMA的瞬时进口流量,记录间隔设置为1min。与流量计连接的网络监控仪对流量数据进行收集存储,定期下载流量数据。由于DMA只保留一个或两个进水口,若进水口压力不变,区域内整体水压比实施前会有所降低,为此在示范区内的合适位置设置测压点。考虑到安装和测试的方便,测压点主要布设在DMA区域内的消火栓上,监测DMA较大管线的水压,检验分区后压力是否能满足供水压力的要求。压力表自动间隔15min记录水压,人工收取存储的压力数据。DMA的实施有可能对管网水质产生不利影响:①在DMA边界上关闭边界阀门可能造成管线死端的水流停滞;②若DMA规划过大、管线过长,水流进入DMA后在管网内停留的时间就越长,余氯衰减会造成管网末端余氯过低,从而引起细菌微生物的复活和滋生。但是,DMA的实施也有可能防止产生水质问题,即DMA实施以前整个区域内存在几个进水口,区内水流缓慢,停留时间过长;而DMA实施以后只保留一个或两个进水口,减少了这种现象的发生。为了保证DMA内管网水质的安全,在两个DMA示范区内有针对性地连续监测了管网末梢处的水质,检测指标包括浊度、总铁、细菌总数、大肠菌群,另外抽样检测了示范区内管网末梢余氯。4监测和分析mama模式的结果4.1dma用水特征DMA进口的流量计自动记录进口流量,在此基础上计算示范区的日进水量。根据进口流量计记录下的瞬间流量,积分求出每小时的平均流量,绘制DMA的24h进水曲线(见图2)。DMA进水量包括用户用水量和背景漏失量两部分,背景漏失量主要受管网水压影响,一天中随时间变化微小,因此DMA用水曲线的趋势类似于24h的进水曲线。对比冬、夏两季节的进水曲线发现,两季趋势基本相同,但是两季每天各小时的进水量会因居民生活方式的不同而有所差别。两个示范区一致的是夏季高峰用水量均大于冬季高峰用水量,但用水高峰时间略有差异(DMA1#冬、夏两季用水高峰都出现在早7:00和晚21:00;DMA2#夏季用水高峰出现在早8:00和晚21:00左右,而冬季出现在早9:00和晚18:00点左右)。重要的是最小夜间流量和最小流量时段变化很小,两示范区冬、夏两季的最小流量时段都出现在凌晨1:00—4:00,冬、夏两季的最小夜间流量变化非常小,这些微小的变化都在误差范围内,因此可以认为季节用水量变化对最小夜间流量没有影响。通过最小夜间流量监测DMA漏失时,不需要考虑季节变化的影响。4.2区域内压力监测点布置采用与上述计算流量同样的方法得到两示范区的压力24h变化曲线,结果见图3。压力曲线显示,一天中压力随着用水量的变化而变化,全天压力在凌晨0:00—4:00最低。北京给水管网属于水泵加压系统,在夜间用水量较小时供水水压相应降低。夏季所有测压点的压力均在260kPa以上,且所有监测点中压力最低点与进口之间存在5～25kPa的压降PD。两个示范区内的压力监测点均匀分布在较大管线上,PD能真实反映整个区域内的水头损失。夏季DMA1#的24h压降PD的变化见图4。图4说明,PD随着DMA进水量的增加而升高,DMA1#的压降PD在夏季用水高峰(早7:00和晚21:00)时达到最大,从而可以进一步推测在冬季全天任意时间的PD也不会超过25kPa。只要保证冬季进水口的水压不变,两个示范区全年的供水压力不会低于260kPa,完全能满足服务要求。由此可见,两示范区的大小(包括NP、LM)和进水口选择是正确的,而且合理的DMA规划完全能满足供水压力要求。此外,影响PD的因素还有DMA管线长度LM、平均管龄(管龄越大则压降越大)等。根据各个因素对水头损失的影响,可以推测对于有一个进水口、进水量<1500m3/d、管线长度<10km、平均管龄<15年的DMA,区域内较大管线的压降不会大于25kPa。对于其他具有相同特征的DMA来说,只要得知进水口压力就可以推测出区域内的压力。虽然这种推测会受到管线的管径和位置、用水量分布等的影响而出现偏差,但是可以省去对每个DMA进行压力监测和模型压力预测的繁琐步骤,尤其是在DMA大规模实施中显得尤为重要。4.3管网末端余氯测定指标有符合国家标准的要求余氯的抽样检测显示DMA管网末梢余氯含量均远高于国家标准,能有效抑制水中细菌的再繁殖。余氯的抽样检测在夏季进行,由于夏季管道中余氯的衰减速度比冬季快得多,因此推测冬季时管网末梢的余氯仍能满足国家标准的要求。其他指标的监测结果见表2。在一个月的连续监测期间,所有监测指标均符合《生活饮用水卫生标准》(GB5749—2006),示范区DMA的实施均没有引起水质问题。关闭边界阀门造成的死端也并没有对居民用水水质造成影响,DMA示范区的大小合适也不会引起水质恶化。若今后用模型对DMA内水流停留时间和余氯衰减进行预测,将为了解DMA内的水质情况提供有力的帮助。5dma管理影响管网水压和水质在依据北京市给水