一、漏损监测技术手段
1.1 DMA 分区法
DMA 分区又叫独立计量区域，这种方法是在不改变现有供水管网拓扑结构的基础上，通过截断供水管段、关闭管道阀门、增加联络管道等方法，将 一个复杂的供水管网拓扑结构划分为多个相对独 立的分区( 为了保障漏损监测精度，可以对各个大分区再进行分级划分) ; 同时可以在每个分区的进、出水管上部署流量计，对各分区入流量与出流量的实时监测。通过计算和分析每个分区进入、流出供水量，可以分析出可能存在管网漏损的位置， 进而达到供水管网泄漏现象的主动控制。
建立 DMA 的准则包括区域的大小( 或连接的数量) 、住宅类型、漏损控制目标和漏损经济水平、关闭阀门的数量、流量计的数量、DMA 边界的地面情况和拓扑结构等特性。管理者使用最小夜间流 ( MNF) 和合法的夜间 ( LMF) 计算净夜间流量 ( NNF) ，结合表观漏损，来确定一个 DMA 区域的 NＲW，从而建立有助于管理压力、改善水质、促进可持续供水的DMA。
1.2 最小夜间流量法
最小夜间流量法是对某个独立计量区域 ( DMA) 夜间某个时段进行最小流量分析，进而评估该区域的实际漏损情况。常用的最小夜间流量数据处理方法有两种。①经验法: 按照工作经验选定参数( 参考以往供水管网分区计量工作采集的大量数据，根据概率统计原则，初步推测中等规模( 1000 户) 普通小区的最小夜间流量低于 ( 8m³ /h) ，并据此绘制用水标准图表，将实际供水量与其比较，即可得到管网是否存在异常; ②比较法: 将夜间测得的最小供水量与日均供水量比较, 如果最小夜间供水量与平均供水量比值超过某一 百分点( 取 A = 区域内最小夜间流量低于8m³ /h的几个小区的平均最小夜间流量，B = 上述小区平均日均供水量，计算 X = A/B* 100% ，作为比较法 的百分点参考值，即认为该区域管网可能出现异常。在实际应用过程中，为了确保分析的准确性，通常对比以上两种方法的分析，若两者结论一致，则可初步判定监测区域是否存在管网漏损的问题。
1.3 供水水力模型搭建
供水水力模型主要将管网简化、抽象为管段和节点两种元素，同时赋予工程属性，模型可以体现供水管网整体拓扑关系、水流方向等信息，以便用水力学、图论和数学分析理论等进行表达和分析计算。供水管网水力数学模型对现实系统以及相关 的发生作用的因素有充分地了解掌握，是有效地规划和管理供水的首要条件。供水管网水力数学模型在供水规划，管理和调度上有着广泛的应用，主要包括现有管网系统的评估和诊断，优化管网规划设计，辅助供水管理调度等。供水管网水力数学模型按照构建的深度分为静态管网模型和动态管网模型，静态模型主要是反映特定状态下的供水管网系统的水力特性表现，如高峰供水时候的水力数学模型，是静态反映供水最高日最高时城市管网系统中的状态，在静态模型基础上更深一步建立管网动态水力数学模型，动态水力数学模型能够反映实际供水状态下供水管网中随时间变化的水力状态。
二、案列分析
2.1 研究区域简介
研究区域地面积 3.85 平方公里，人口 4.3 万， 以居住为主。全区输水管线全长 50 公里，供水管线全长 74 公里，高峰日供水量 2. 25 万吨，在装水表数 14742 只，平均产销差 8% 左右，总共部署了压力计 23 个，流量计 17 个。我们根据人口分布疏密情况、用户用水量等因素，将全区划分为为 11 个 分区，每个分区用户量约 1000 ～ 3000 人。
2.2 水力模型搭建
本文将简述研究区域采用的水利模型 EPA-NET 模型为例说明 GIS 在水力模型中的应用，该模型具有能够快速的对管段进行水力计算，随着 GIS 技术和计算机技术的发展，GIS 的参与简化了整个建模过程，同时其强大的拓扑分析能力和空间数据 管理能力为管网水力计算模型建立提供了有效的数据管理和组织手段，让模型计算结果更快更准。水力模型建模过程包括以下几个环节: 基础数据收集、现场勘查与测量、水力数字模型搭建、模型校验。
2.2.1 基础数据收集
研究区域水力模型建立依赖以下几个数据: 地下供水管网数据、地形数据、供水压力、供水流量、用户水表历史数据。其中地下供水管网数据用于模拟地下真实供水管网情况。
EPANET 水力模型是静态的模型，当基础数据量较大时，利用EPANET单独完成模型计算速度较慢，同时 EPANET 的计算结果还有一定的滞后性。现研究区域采用 EPANET 水力模型结合 GIS数据库，实现管网的图形展示和属性的快速调取计算，以便 EPANET 用此生成水力模型。
2.2.2 现场勘查与测量
模型建立过程中不仅仅需要历史数据作为校 验，还需要实时数据补充调整，现场勘查和测量包 括以下三类工作，测速、测压、测距，具体的现场测量和勘查工作主要为管网压力测试、流量边界测试、用水模式测试、高程测量、水泵特性测试等。
2.2.3 水力数字模型搭建
EPANET 模型的供水管网水力计算式是基于解节点方程的计算方式，该方法进阶数较低，计算收敛性较好，前期准备工作量少。
2.2.4 模型校验
利用用户水表历史数据和经过现场勘查与测量获得的补充数据对水力模型进行校验和调整，使得模型模拟值与实际值之间偏差稳定缩小，最终达到相应指标要求。
2.3 DMA 分区划分规则
通过阻隔管段、控制管道上的阀门开关来进行真实分区的管理方法。按照既定的分区规则，综合考虑各种因素将开发区内的给水管网划进行合理划分，每个划分区域应是相对独立区域，在各区的进、出主水管上安装流量计，用于各分区的水流量监测。
综合研究区域现状，分区主要考虑以下因素: 1． 分区大小与人均用水量; 2． 住宅类型( 公寓或独户家居) ; 3． 地面高程变化与压力要求; 4． 消防能 力要求; 5． 基础设施条件。
结合研究区域供水管网布局其 DMA 分区原 则如下:
( 1) 遵循管网流向分配，尽量减少管网改造保证选区供水管网的完整性和自然边界。
( 2) 利用供水管网内的天然屏障或人为屏障， 作为分区主要边界，区域边界要容易识别，方便漏损处定位，以减少流量计安装数量便于施工。
( 3) 为避免造成管理和计量混乱，管网中存在增压泵的供水区域划分为独立计量区，并最好是单路进水。
( 4) 为减少流量计的安装，便于检漏，截断影响计量的不必要的小口径环状管网。
( 5) 根据人口密度、分区面积和用水类型，尽量均衡各独立计量区域的供水规模，便于各个分区供水的管理和服务。
根据以上分区规则研究区域将全市分为 11 个 分区，并于各分区上安装压力计 23 个，流量计 17 个。
2.4 DMA 测试
DMA 分区一旦建立就应进行零压力测试，否则建立的 DMA 分区就无的放矢，其可靠性和准确性无法确认，该测试的一般流程如下:
( 1) 标记边界阀门。
( 2) 明确 DMA 边界阀门和进水阀门的位置。
( 3) 安装压力记录装置。
( 4) 关闭进水阀门。
( 5) 1: 00 -5: 00 进行压力测试，通知特殊用户做好应对工作。
( 6) 分析反馈的压力数据，若压力值随时间缓慢下降到零，表明边界阀门关闭紧密，若十分钟后压力未有降落趋势，则需进行第二次测试。
( 7) 若此次测试失败，则需要对现场进行调查，直至测试合格。
( 8) 测试成功后，打开 DMA小区进水阀门。
2.5 DMA 漏损检测
水力数学模型在供水规划、管理和调度上有着广泛的应用。通过供水运行监测传感器结合水力模型实现供水管网的泄漏监测和预警。DMA 管理 区域已被验证封闭好后，利用安装的监测仪器定期获取夜间( 具体为 2: 00 － 4: 00) 的水流量监测数据进行分析，由于该时间段内居民活动少，用户用水量少，故该阶段作为漏损量的监测准确率较高。问题突出便于研究，同时能避免影响用户的正常用水。现取研究区域第九分区 1 月 19 到 25 号的凌晨全天水流量监测数据;
图1 研究区域第九分区 1 月 19 到 25 号的凌全天水流量监测数据
从图 1 可知第九分区每天的用水规律基本相似，基本保持着白天用水量多，晚上用水量逐渐减少的趋势，凌晨 2: 00 － 4: 00 用水量逐渐减少至最低点。夜间流量采集过程中，DMA 小区基本无用户用水情况发生属于小概率事件，同时消除水表计 量、信号干扰、数据波动等的影响，第九分区每天的水流量变化规律基本符合居民生活作息，凌晨 2∶ 00 － 4∶ 00 时大部分居民已经休息，除了部分夜间合理用水外，还有部分漏损。现就 1 月 19 号凌晨 2∶ 00 － 4∶ 00 之间的水流量曲线图进行分析：
图2 1月 19 号凌晨 2: 00 -4: 00 用水流量曲线图
从图 2 可知第九分区凌晨 2: 30 左右水流量突增，此种情况不排除居民的合理用水，但 2 ∶ 40 － 3∶ 40之间水流量逐渐降低并于 72m³ /h － 78m³ /h 之间上下浮动，说明该 DMA 小区内可能存在漏损情况。结合 1 月 19 － 25 号凌晨 2∶ 00 － 4∶ 00 时间段内数据进行分析:
图3 1月19 -25 号 2: 00 -4: 00 时间段内用水流量汇总
从图 3 可知连续 7 天的数据观察并结合该 DMA 小区内的用水主体( 主要是工厂用水) 可得， 第九分区存在管线漏损情况，研究区域相关部门需及时进行漏损检测。
三、结语
本文通过整合供水管网数据、管网运行状态数 据( 压力、流量) 、用户水表历史数据等数据内容，搭建供水管网漏损监测模型，通过对研究区域进行DMA分区划分结合夜间最小流量计算，对每个分区漏损情况进行实时监测，达到供水管网漏损现象的有效控制，从而降低由于供水漏损造成的水资源浪费、管道污染等后果，减轻供水企业运营成本，对社会发展和人民生活具有重要的意义。
