水量漏损来自两个方面:
·实际漏损
·表观漏损
在一个最优化方案中除了减少水量损失,供水系统操作人员还常常希望能够减少由于低效的水泵提升所造成的能量损失。水泵的运行时序安排和水泵的效率程序,经常是构成供水漏损控制或是系统最优方案的一部分。
兰伯特(Lambert)和赫纳(Herner)¹在国际水协蓝皮书中发表了一个关于实际漏损和表观漏损的最新定义,定义如下。
“实际漏损”是从加压系统一直到用户计量点所发生的水量漏损。漏损的水量主要是通过各种形式的漏损、管道破裂(通常是指爆管)和溢流引起的,取决于系统压力变化的频率流量和单个漏损的持续时间。
“表观漏损”由各种未被授权的消耗量(偷水和非法使用)以及由于生产用水和用户用水不精确计量造成的损失组成。未登记的生产计量水表以及使用过期的用户计量水表会导致过低地估计实际水量漏损;使用过期的生产用计量水表和未登记的用户计量水表也会导致过高估计实际水量漏损。
图1-1 供水漏损的组成
每一个供水系统都会有不同形式和程度的水量漏损,每一种水量漏损在一定的成本下都有潜在的解决方法。实际上,在计算出成本效益比之前,也必须确定和评价潜在的解决方法。
除了要有一个好的投资回报率或者是成本效益比,考虑当地的情况和采取措施的可持续性也是相当重要的。供水漏损不会消失,会持续不断地反弹。水量漏损控制方案不是一成不变的,它会随着发生问题的改变而不断地改变。
1.0 实际漏损的解决方法
对于实际漏损的解决方法有:
·漏损探测可以探明暗漏的位置
·提高对已报告明漏的反应速度以减少年损失水量
·采用持续有效的方法进行分区以确定漏损水量
·采取水压控制管理以减少漏损水量和新漏损发生的频率
·调节水位以减少蓄水池的溢流
·控制腐蚀以减少新漏损发生的频率
·更换干管
·修复管道
·更换引入管
在供水系统中,很多原因会造成实际漏损,比如:
·压力
·腐蚀
·交通荷载造成的震动
·错误的回填
·低劣的原材料或者制造工艺
·缺乏定期的维护管理
气候因素,如寒冷的天气
在任何一个特定的系统,水漏损控制方法的选择主要取决于影响实际漏损的因素。
1.1 表观漏损的解决方法
对于表观漏损的解决方法有:
·生供水表检验
·销售水表检验
·正确的水表尺寸
·正确的水表规格(并非选择最好的水表,尤其是在低流量的情况下)
·更换水表
·改进水表读数
·改进计费方式
·确定非法或者未登记连接用户的位置
·在低收入的地区实行水费追缴或预付费系统
在供水系统中,造成表观漏损的原因有很多,包括如下原因:
·水质影响水表计量
·环境条件如过热或者过冷的天气会影响水表正常计量
·缺少定期检测和维护
·在最初安装期间对合适的型号考虑不周
·水表安装不正确
·过期的计量人口资料
· 无法控制的人口增长
·偷水现象
·效率低下的水表读数及计费单方法
另外,在给定的供水系统中,解决供水漏损的方法将随着造成表观漏损的原因不同而发生很大变化。
下面简要总结了目前最常用的现场解决方法。下列的大部分任务可以组合形成一个总体解决方法,或者能够单独作为一种解决方案。
1.2实际漏损控制
1.2.1 进行漏损探测确定暗漏的位置
漏损探测可以作为定期确定和修补漏损的依据,这些漏损通常情况下到达不了地面,可作为一年中日常维护的一部分来进行修复。这种形式的服务需要经常重复进行,其频率由经济性条目中水漏损控制的成本效益比来决定。通常在主动减少漏损方案的开始阶段,这项工作多次重复是非常有必要的,可以找出那些一直积压的漏损问题。一旦在控制过程下发生了漏损,就可以模拟出正确的检修频率。
随着技术的发展,定位漏损的尺寸大小和勘查速度会大大加快,这使得减少过去认为的固有漏损在经济上成为可能。
1.2.2 提高对已报告漏损的反应速度
除了漏损勘查和维修,确定由于提高那些已经到达地面的漏损维修服务水平而带来的效益,并将它作为每年维修计划的一部分,是个非常好的想法。年实际漏损水量由漏损量乘以漏损的时间得到。很明显,如果常规维修时间缩短,每年的漏损水量就会下降。
1.2.3 采用持续、有效的分区方式确定漏损水量
许多供水系统是在敞开的基础上运行的,并没有自然的区域划分。在这种情况下,不管是用固定不变的原则或者用暂时性原则对系统进行分区,测量进入该区域的水量通常是有利可图的。分析夜间流量并给出该区域漏损水平的指标。更详细的关于夜间流量分析的内容将在第10章介绍,在常规基础上简单测量流量能够确定漏损的位置,并且可以修正上面提到的方案,确保漏损探查人员可以有效地使用。
1.2.4 进行水压控制管理以减少漏损水量和新漏损发生的频率
除为了流量分析而进行分区以外,对于控制压力进行分区也是一个好方法。这样可以确保系统压力不至于过高,给那些陈旧的管道接口或者连接管带来不必要的损坏。许多供水系统已经通过固定的出口来控制水压,或者通过区域的地形来控制。实际上,如果能够满足系统要求而夜晚所需压力较低时,在漏损量占到整个流量很大比例的很多情况下,可以通过调整出口水压来确保一天当中整个系统都具有理想水压,这样做还可以得到很多其他的好处。在一些情况下,由于系统水头损失的原因,有固定出口的系统会出现逆向流动。水的逆向流动意味着该区域在高峰用水量时,由于水头损失较高致使水压较低,而在夜晚由于水头损失较低致使水压较高。这些都能够通过出口压力进行流量调节而重新调整。
1.2.5 进行水位调节以减少蓄水池的溢流
很多水箱和蓄水池都没有完善的水位控制系统,这会导致在高水位时水量的损失,特别是在夜晚用水量减少时,储水设施自然开始充满。测量蓄水池的流量和水位可以很容易地避免上述情况的发生,安装合适的阀门(通常安装水位控制阀或者球阀),通过阀门启闭可以控制水位。
1.2.6 控制腐蚀以减少新漏损发生的频率
腐蚀控制在减少新漏损发生频率、维持较低的年漏损水量中起着重要作用。腐蚀控制连同修复一起将在第13章进行讨论。实际上,这些内容是相互关联的,为了更加细致地讨论,会参考一些其他的文献。
1.2.7 更换干管
在很多情况下,由于费用的原因,更换干管成为解决实际漏损的最后一种手段。更换干管通常是很昂贵的,而且会造成停水现象,特别是在人口密度大的城区。实际上,当漏损发生到达一定频率时,这种方法对于减少实际漏损通常是唯一可行的方法。对于供水系统来说,更换干管通常是年度养护计划的一部分,其进度安排不仅由漏损发生的次数决定,还由增加的输送水量决定。
当某处需要更换干管时,在安装管道之前应该仔细考虑如何运输和储存管道部件。塑料管应小心存放在干燥、低温的地方,注意避开阳光,因为这有可能会破坏管道的分子结构,使得管道变脆,在将来使用中更容易发生破裂现象。金属管也要小心处理,避免发生刮擦和凹痕,因为刮擦和凹痕的地方容易发生新的腐蚀。
使用新的不开挖管沟更换干管的方法与开挖管沟的方法相比,可以减少停水现象。
1.2.8 更换引入管
大多数操作人员都知道,大部分系统实际漏损发生在引入管连接处(这个问题在人口密度大的城区比郊区尤其明显)。引入管漏损经常是由于管道腐蚀、电流泄漏问题,以及震动或者质量差的材料造成的。在多数情况下,更换引入管能够在不中断主要交通的情况下完成,甚至在人口密度大的城区也能实现。
1.3表观漏损控制
1.3.1 生供水表检测
生供水表在系统中应该最先被检测,这是因为它提供给我们大量用于审计和日常水量平衡的供水数据。生供水表的校准既会影响实际漏损也会影响表观漏损。
1.3.2 销售水表检测
水表经常被称做供水公司的收银机,因为它通常处在整个计费周期中的前沿。为了确保取得最大程度的收入并对用户用水负责,定期检测系统中不论是生产性的、供水用的还是收费用的所有水表是必要的。
水表检测频率通常是以以下因素为基础制定时间安排:安装后经过的时间,或是上一次检测后经过的时间,或是安装后流过的体积流量,或是上一次检测后流过的体积流量。美国水工协会(AWWA)手册M6介绍了公用事业委员会一些推荐性的、不同州的检测频率。
1.使用年限
·最长20年(加利福尼亚)
·最短5年(科罗拉多、肯塔基和纽约)
·列在表上的22个州平均为9.36年
·多数普遍使用年限为10年(22个州中有14个)
2.体积流量
·最大750000gal(纽约、新泽西)
·最小100000gal(阿拉巴马、伊利诺斯、印第安纳、缅因州、密歇根州、宾夕法尼亚)
·平均250000gal(所提到的10个州)
·多数普遍采用体积流量为100000gal(10个州中有6个)
在大多数情况下,检测计划从检测那些使用时间较长或者流过水量较大的水表开始,尽管操作人员应该学会在经济基础上建立财务模型来确定某个特定系统在什么时候检测和更换水表。
1.3.3 正确的水表尺寸
在过去,许多比较老的供水公司使用经验估计法来确定水表尺寸,要么采用比管道小一号作为水表型号,要么根据用户要求给出。这种做法和大型水厂或者设施的尺寸的减小会造成水表尺寸过大。
水表在低流量时读数是最困难的,尺寸过大的水表大多数时候是在低流量下工作,这就意味着在多数情况下读数会偏小。
在多数情况下,降低水表尺寸的计划会提供很快的回报,同时又可以帮助公用事业部门更新用表人口数据库,并对确定未安装水表的连接管有所帮助。
1.3.4 正确的水表规格
除了正确地检测水表和确定水表尺寸,能够正确地选择水表规格,确保水表符合需要是非常重要的。各种最新的工业报告和案例研究引证了典型的居民生活用水量有10%~20%的流量发生在水表最小量程附近,如果这是真实的情况,我们就应该考虑使用较低流量的水表。较低流量的水表目前在市场上比较容易买到。对这个领域感兴趣的读者可以参考ISO标准来比较目前所有的C级和D级水表。许多最新案例表明大量的水可通过把标准水表改换成这类水表而得到补偿。
1.3.5 正确更换水表
如果已经完成检测,并且确定更换水表,那么考虑合适的安装方式来确保水表能够连续运行是很重要的。大部分生产商都提供安装布置图,显示必要的上下游结构。
当安装新水表的时候,考虑周围环境条件是很重要的,如非常冷或者非常热的地方是否容易读数。如果期望自动水表读数(AMR)或者外置读数,考虑电子记录器是很必要的。
1.3.6 改进水表读数
在当今计算机和信息技术时代,许多公用事业部门仍然采用人工读数系统。如果人工读数是在有效、系统的基础上得到的,这是可以令人接受的。事实上,很多公用事业部门正当安装新水表的时候,考虑周围环境条件是很重要的,如非常冷或者非常热的地方是否容易读数。如果期望自动水表读数(AMR)或者外置读数,考虑电子记录器是很必要的。
如果公用事业部门决定继续使用人工读数系统,那么必须把它控制到确保没有估读或者至少仅仅在极少数情况下估读的程度。控制器可以是外置记录器。
作为选择项,公用事业部门也可以通过安装AMR来选择自动读数。AMR在改进的水表读数基础上常常很难调整,但是对于一个希望减少实际漏损的公用事业部门来说,自动读数系统能够带来一些其他的好处,例如街区使用情况分析以及为了实际漏损控制(如漏损探测和压力管理)所进行的压力监控。
1.3.7 对计费方式的改进
正如改进水表读数,确保能够对计费单上的数据进行合理的分析和有效的处理也是非常重要的。水表的数据库及计费单的数据库管理和水表检测一样是最基本的。把计费单记染的流量和水表记录的流量区分开也是非常重要的。
1.3.8 非法或者未登记的连接用户的位置
很多管线因为各种原因而未计费的数目是惊人的。在一些地方,用户通过非法的管线或者通过旁通管绕过水表来偷水。有些情况则是安装时没有注意到,忘记了安装水表,特别是一些商业或者工业有多个入口的情况。在漏损检测期间,当检测人员仔细检查每根连接管时经常可以确定出这些连接管的位置,同时,这些经过培训的人员可以检测出连接水表管线的合法性。
1.3.9 在低支付地区采取水费追缴或者预付费
很多公用事业部门都有某一地区付款情况差的历史。在许多地方,公用事业部门是不允许完全停水的,要求提供维持生活的最小流量。实际上,公用事业部门可以提倡通过用户购买像电话卡一样的磁卡进行预付费,或者公用事业部门可以在用户端安装限制装置,也可以以地区为基础安装控制阀门来减少供水损失的影响。