净水技术|上海市供水管网漏损控制技术策略
舒诗湖
上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司高级工程师
主要从事供水管网系统安全运行理论研究与工程实践，参加和主持完成了国家重大科技专项（水专项）、英国皇家学会基金中英合作项目、上海市博士后科学基金等十几项课题，参编2项建设部行业标准，主编1项、参编4项上海市地方标准。发表论文50余篇，其中20余篇被SCI\EI检索。授权专利7项，软件著作权登记2项，参编学术著作3部，获省部级科技奖励1项，作为最年轻的上海市学术（技术）带头人，2015年入选市科委专家库和中国水协专家库。
在输配水过程中，管网系统的漏损是全球性问题，漏损控制更是世界性难题。供水漏损不仅是经多道工序处理净化后的合格饮用水资源的浪费，由于制水和输配水过程中需消耗大量的电能，同时也是能源的巨大浪费。漏损控制包括材料设备、技术攻关、队伍建设、激励机制和管理手段等诸多方面，是涵盖技术与管理在内的复杂系统工程。
1997年，国际水协（IWA）开始着手建立一套标准化的漏损控制性能指标。作为这个工作的一部分，水损工作专家组（WLTF）应运而生。WLTF 的目标就是要建立一个国际上一致认可的水平衡方面的标准表格、术语以及一个推荐的水损指标参数。
WLTF对国际上漏损控制的现有方法进行总结归纳，推荐了有关计算供水漏损的标准术语；制定了有关供水系统的“水平衡”方法和标准，见图1。其重点是对产销差水量进行分类量化，搞清楚免费供水量、账面漏水量和物理漏水量的明细，进而分类进行控制。
供水管网漏损的原因复杂，其影响因素也很多，供水部门根据自身经验对漏损数据进行不同的分类，进行数据统计，例如按漏失原因分为：管材质量不佳、接口质量不好、施工质量不良、温度变化大、其他工程影响、管道防腐不佳、道路交通负载过大、管网水压过高、水锤破坏和自然灾害等。
1.1管材与接口的影响
目前全市仍有不少使用服务期限超过50 年的老化管道和材质落后的管道（如灰口铸铁管），导致管网水质合格率较出厂水降低；管道漏损严重。供水管网中管道接口形式众多，管网漏水大部分发生在接口处，原因是接口处往往是应力的集中点，当管段发生伸缩、不均匀沉降时，应力传至接口处，容易使接口松动，甚至破裂，尤其是接口质量安装不合格时，容易引起水管受收缩拉力而断裂，或在管道不均匀沉降时弯距过大而径向裂开。
1.2管网压力的影响
据研究统计，管网运行压力与漏水量呈正相关关系，压力越大，破损点漏水量越大。
1.3施工质量的影响
造成管道漏水的施工质量问题主要表现在：管道基础不好、覆土不实、支墩后座土壤松动、接口质量差、用承口找弯度过多和管道防腐不好等。有的管沟底不平整，通水后水管沉降量较大，而且不均匀；有的管道不够平直，接口处错转过多，使接口容易损坏；有些工程为了抢进度，施工技术不符合规范要求，这些隐患会在管道运行后表现出来，造成漏水。
1.4地势沉降及荷载的影响
管道敷设在道路下面，承受一定的静荷载和动荷载，还有管道的自重、管中的水重，随时间的增长，会使管道产生一定量的沉降；同时，当路面经过雨雪融化后，地面松软，也会产生自然的沉降，当管道荷载较大时，会使管道受力不均匀，容易导致管道破裂而漏水。
1.5管道腐蚀的影响
金属管道埋设到土壤下输送净水，会产生各种类别的腐蚀，降低管道输水能力和水质，到一定程度就会发生局部穿孔漏水甚至爆管。因此采取相应的管道防腐蚀方法至关重要。管道防腐措施不当或防腐质量不佳，特别是中小口径钢管，由于管内壁没做好防腐，管外壁防腐层太薄，造成管道腐蚀。
1.6温度的影响
低温时水管收缩使管道增加新的应力，尤其在接头刚性较强的地方。管道随温度的变化会产生伸长或收缩，而在管壁上产生轴向应力，会导致管网漏水。
1.7水锤的影响
管网中发生水锤时，管内压力瞬间骤增骤减，产生局部高压或局部负压，管道就很可能发生爆裂。
1.8外部工程的影响
其它管道施工时，没弄明白供水管位，人为造成的破坏。主要是施工挖坏、车辆轧坏、沟槽塌方、勘探钻孔、打桩震动、新建构筑物轧等几种形式。
1.9管网老化的影响
管道安装时间过长，受土壤中酸碱成份和杂散电流的影响以及某些细菌的作用，受管网水中杂质的作用，其管材中材料的特性已发生变化，失去了安全输送水质的能力。这部分管道已老化，如果还没有被更替淘汰，就会成为产生漏水的薄弱之处。
目前国内供水企业用于评定漏损水平的指标主要有2 个，产销差率和漏损率。其中，漏损率指标是建设部制定行业标准用来考核供水企业管网漏损的官方指标，产销差率是供水企业用来评估生产经营水平的内部指标。
2.1产销差率
供水总量减售水总量之差与供水总量的比例。据统计，全球平均供水产销差率在27 %左右，非洲和拉丁美洲高达 40 %以上，北美和日本代表了世界先进水平，在10 %上下。
2.2漏损率
管网漏水量（供水总量与有效供水量之差。）与供水总量之比。有效供水量是指水厂将水供出厂外后，各类用户实际使用到的水量，包括收费的（即售水量）和不收费的（即免费供水量）。免费供水量是指实际供应并服务于社会而又不收取水费的水量，如消防灭火等政府规定减免收费的水量及冲洗在役管道的自用水量。
建设部行业标准《城市供水管网漏损控制及评定标准》（CJJ 92—2002） 规定城市供水企业管网基本漏损率不应大于 12 %，按单位供水量管长、抄表到户率和年平均出厂压力进行修正后的范围是10 %～18 %。上海市的单位供水量管长为 34 904 km／11 450 km3 ／d=3.048 km／km3／d，加3 %；年平均出厂压力低于 0.55 MPa，不加分；居民用水按户抄表的水量大于70 %，加 1 %；修正后的上海市供水企业漏损率控制值为 16%。
2.3指标比较
从定义可知，产销差率一定是大于等于漏损率的。产销差率统计数据均是计量水量，易获取，比较客观；漏损率统计数据中免费水量一般靠估算。免费水量只包括消防、冲洗水量，未含环卫绿化以及维稳等公益用水。CJJ92 要求对绿化用水进行计量，实际大多没有计量，消防、冲洗和绿化等水量主要靠估算。
2.4其他指标
（1）单位管长漏水量：单位管道长度（DN≥75mm），每小时的平均漏水量。由于消防、冲洗和绿化等水量主要靠估算，和漏损率一样，计算结果存在一定偏差。
（2）供水系统漏损指数 （ILI）=实际漏失水量／基底（不可避免）漏失水量。基底漏失水量很难确定，主要通过干管长度、系统平均压力、进户管的总数以及进户管平均长度等估算。
参考国际水协发布的《DMA 技术指南》、《漏损检测技术指南》和《漏点定位与修复技术指南》等文件，对管网进行管理和改造，内容包括资料管理、流量管理、结合水力模型技术制定科学有效的分区管理和更新改造计划等。另参阅建设部行业标准《城镇供水管网漏水探测技术规程》（CJJ 159—2011），对管网采用漏损检测定位修复。
市南近年来水量变化不大，2008 年以来产销差率的控制相对较为平稳。市南采取了较为细致的水量统计方式，且对供水区域内占小区总数 57 %的2000 个小区安装了 3000个校对表，同步核算小区内漏损状况，进行夜间最小流量的测算，及时查漏修漏。市南产销差率的构成包括消防、管道冲洗等未计费授权水量，表观漏损，修漏过程、水箱、小区管网漏损等真实漏损，还包括喷淋表水量，该部分水量还未得到其他供水企业的重视。
与市南相比，市北的产销差率偏高，主要原因可能是由 2004 年 8 月宝山地区供水区域切换引起的；此外，市北的居民用户较多，有5 家水厂供水，出厂水表的安装工况不满足安装要求，老工业区的水表计量不准确也可能引入计量误差，这些误差使得表观漏损偏高，从而影响产销差率。
浦东威立雅对水量管理方面与国际接轨，提出了可供借鉴的水量分类细节表。但其在产销差的控制方面自2009 年起出现突增情况。经分析，这是由于集约化供水抄表到户的计量方式改变引起的；且供水区域包括的老小区，据估算，老小区的漏损率可能在50 %以上。
闵行的产销差率控制得较好，这一方面与其细致的水量分类统计、及时的管网更新改造密切相关；另一方面，闵行对绿化环卫用水进行了严格的控制，由巡检队伍严禁绿化管理单位擅自打开消火栓取水，而环卫用水也根据养护单位的出车情况进行水量估算后才予以办理借用手续。该举措极大地避免了绿化环卫用水取用消火栓的任意性和不可估情况，可供其他供水企业借鉴。
奉贤作为向郊区供水的企业，其产销差控制较好。从2007 年至 2009 年产销差率大幅降低后，至于 2011 年产销差率稳定控制在 26 %左右，并呈现逐年降低的趋势。考虑到其乡镇管网普遍老化及财务现状，无法进行大力度的乡镇管网更新改造，其产销差的降低更能体现出通过全系统多级水平衡管理实现降低产销差率的卓有成效，可供其他郊县供水企业进行漏损控制的借鉴。
国家发改委把水价成本公开作为深化水价改革的重要内容和组成部分，进一步推进水价改革的突破口。水价调整成本公开主要包括三个层面的工作：一是供水企业要在提出调价建议前向社会公开本企业有关经营情况和成本数据；二是政府价格主管部门在进行成本监审过程中可以邀请有关方面代表参与监督；三是政府价格主管部门的成本监审报告要向社会公开。
根据国家发改委颁布的《城市供水定价成本监审办法（试行）》，产销差率和漏损率是成本公开的内容之一，其中，漏损率大于行业标准CJJ92 考核要求的部分将不计入成本。按照 CJJ92 提供的修正系数，修正后的上海市供水企业漏损率控制值为不大于16 %。上海城投目标是控制产销差率低于 15 %，建议把目标改为漏损率不高于15 %，一是在这基础上，方便申请水价调整；二是这个目标通过努力是可实现的。以上海市供水量为 1145 万 m3 ／ d 计算，即使漏损率下降1 个百分点，一年将节约净化后的合格饮用水 0.42 亿 t，按第一阶梯居民综合水价3.45 元 ／ t 计算，可节约人民币约 1.5 亿元，经济效益可观！
漏损控制需要大量的人力物力和资金投入，当漏损率降到一定水平（经济漏损水平），持续大投入可能收效甚微。
国际水协的漏损控制策略如下：
（1）水压管理。研究表明水压与漏失水量呈正相关关系，在保障用水户压力需求的同时，尽量降低管网压力，可样既省能耗，又能减少漏失水量。
（2）积极地检漏控制。即采取多种现代探漏技术积极查找暗漏点，及时发现漏水点。
（3）快速优质的漏点修复。即采取多种措施有效地减少漏点漏损的时间，以减少漏失水量。
（4）加强对管网和相关设施的建设和维护管理，保持管网良好的运行状态，减少漏水点的出现，延长管网服务时间（见图 3）。
结合上海的实际情况，建议做好以下工作：
（1）建议水务集团把漏损控制目标定为漏损率不高于 15 %；
（2）供水企业必须及时详细掌握管网现状资料，应建立完整的供水管网技术档案，逐步建立和完善供水管网信息化管理系统，重视漏损控制相关IT 技术开发并开展相关应用。
3）在管网检测和模型评估的基础上，制定中远期管网改造与建设规划；结合现有供水规划，制定近期管网改造与建设计划，按计划做好老化管网改造工作，重点是管网布局的优化，即实现区块化管理；
（4）强化水量计量管理，增大水费回收率，减少计量误差，实事求是对各类水量进行统计分析，制定并推广水量审计制度。
（5）在中心城区重视市政管网末端水平衡分析，推广小区总表核对技术，小区总表数据进入营业收费系统与小区居民户表抄表数据总和进行自动比对，对总分表数据差异大的小区重点进行漏点定位并及时修复。
（6）摸清哪些市政消火栓经常被开启用于绿化和冲洗道路，有针对性的给这些消火栓安装计量仪表。
（7）在管网分区或枝网为主的管网上推广全系统多级水平衡管理，在此基础上对重点管段进行漏点定位并及时修复。
（参考国际水协漏损控制专家组工作机制）
建议水务集团成立领导小组，负责制定漏损控制目标、体制机制保障方案；以上海本地专家为主，聘请国内著名专家，积极引进外国专家，成立专家委员会，制定宏观策略和微观技术方案，进行技术审核把关和人员培训；成立中青年工作组，在专家组指导下具体实施相关技术方案。
专家委员会负责以下工作：
（1）组织多次内部讨论，做好顶层设计，制定中长期规划和近期工作计划，提出高效控制漏损的技术方案；
（2）事先对中青年工作组进行培训，以便更好贯彻实施专家组的技术路线；
（3）实施过程中，及时组织专家组和中青年工作组的跨组讨论，及时发现实施中的问题并纠正，根据问题调整和细化实施方案。
国务院发布的“水十条”中明确要求：到2017年，全国公共供水管网漏损率控制在12%以内；到2020年，控制在10%以内。上海市作为国际化超大城市，其供水规模巨大，供水管网复杂，管网漏损率也是居高不下。上海城市水资源开发利用国家工程中心有限公司以舒诗湖博士牵头的小组致力于上海水务各项漏损控制建设与顶层设计，研究基于多级水平衡的漏损控制精细化管理体系，为上海市供水管网漏损率提供技术支撑。