在近日由中國水網(wǎng)主辦的2007城市水業(yè)高級技術(shù)論壇，清華大學(xué)環(huán)境工程系副研究員劉書明博士管網(wǎng)漏損空間分布的估算與漏損優(yōu)化控制問題發(fā)表了主題演講。以下根據(jù)其發(fā)言內(nèi)容整理，未經(jīng)本人審核。

　　首先感謝中國水網(wǎng)給我機會。我是三月份剛剛加盟到清華大學(xué)，在這以前，我在英國進行了八年“抗戰(zhàn)”。剛回到國內(nèi)，對業(yè)界來講也是非常陌生的，非常感謝中國水網(wǎng)給我這個機會跟大家做一個了解。
　　我今天談的話題是稀缺數(shù)據(jù)管網(wǎng)。相對來講。國外管網(wǎng)的管理比我們成熟很多，但是也存在了很多問題。他們的發(fā)展過程對中國目前的情況來講，非常有借鑒的意義。中國逐步的認識到了管網(wǎng)的重要性，如果我們能從國外的發(fā)展中當中吸取一些經(jīng)驗，或者是教訓(xùn)，不管是對污水發(fā)展還是供水發(fā)展，都是有很大的意義。
　　今天先想帶領(lǐng)大家簡單回顧下英國管網(wǎng)的漏損情況。第二個對管網(wǎng)的漏損意見做個一般性的闡述。第三就是描述一下英國在過去幾十年的技術(shù)發(fā)展中，出現(xiàn)了技術(shù)間隙，我不知道對這個翻譯的準確不準確。最后就是通過我國采取的幾個方法，方法的應(yīng)用以及重要性，對我國目前管網(wǎng)漏損情況的一個啟示。
　　7月3日，中國水網(wǎng)登了一條消息，英國泰晤士水務(wù)準備投資約10億英鎊來解決漏損問題。2006年，泰晤士水務(wù)每日漏損的自來水達到8.94億升，他們的目標是2010年減少到7%以上。
　　英國管網(wǎng)是什么樣子的呢？它比我國管網(wǎng)的年齡大多了，中國的管網(wǎng)是建國之后鋪設(shè)的，有四五十年的歷史。而英國管網(wǎng)是維多利亞時代鋪設(shè)，50%的管網(wǎng)都超過了100年。這些管網(wǎng)的漏損率很高，昨天DFS公司的總裁說歐洲的管網(wǎng)漏損率達30%到60%。會議期間的時候，大家都討論這些數(shù)據(jù)。這個數(shù)據(jù)是真實的，泰晤士的漏損估計今年大概是38.6%。英國水表安裝率非常低，2007年才達到30%左右。這是歷史原因造成的，之前的英國人覺得他們有生存、吃飯、喝水的權(quán)利，政府有義務(wù)提供水，并且不能收費。近幾年慢慢改變了，從70年代開始，水務(wù)公司、自來水公司控制并慢慢漲價。同時，在用戶中開始裝水表，因此漏損率也只是估計。英國的水費不是按表收，而是按戶收。你家有幾個臥室，收你多少錢。
　　英國的漏損管理也是從上個世紀的70年代到80年代開始。這是伴隨著英國供水企業(yè)私有化進程開始的。中國也剛剛踏上這條路，肯定很快的會提到這個問題。在早期，剛剛開始做漏損管理時，主要是工程的技術(shù)。因為計算機的發(fā)展，很多系統(tǒng)得到了廣泛應(yīng)用。管理層次的技術(shù)就開始運用到漏損管理中，而且也有一些綜合的管理方法，慢慢的在供水企業(yè)里面開始應(yīng)用?，F(xiàn)在國外的漏損率是30%多，在10年前時他們的漏損率是30%到60%之間，相對降低了30%。
　　下面這表顯示英國主要幾個水務(wù)公司統(tǒng)計的漏損情況，橫坐標指的是泰晤士水務(wù)公司，縱坐標指的是每一天從每一戶漏損多少升，這是不同的年度開始，從2000年到2006年出具的數(shù)據(jù)。我們能明顯地看到泰晤士主要服務(wù)的區(qū)域是東南部區(qū)域，這個地區(qū)的經(jīng)濟相對來說非常發(fā)達。
　　咱們了解了英國的情況后，我想對漏損做一個一般性的闡述。其實說到底，這和人為什么生病是差不多的道理，管網(wǎng)老了以后肯定有漏損。昨天也有專家說30%的漏損是從接口發(fā)生的，這個我同意。漏損原因還有很多，負面影響也有很多。首先是水資源的浪費，特別我國水資源緊缺，在可持續(xù)性發(fā)展方面，減少漏損的意義就更大些。還有一點從水質(zhì)的安全性、穩(wěn)定性，大漏損或者爆管的發(fā)生，會產(chǎn)生管道負壓的產(chǎn)生，導(dǎo)致管網(wǎng)水質(zhì)的惡化。
　　解決漏損的方案很簡單，但是越簡單就越不好做。第一就是硬方案，就是哪漏我換哪兒的管道；第二就是軟方案，通過壓力管理法，這是近幾年在西方國家里面，歐美還有日本一些國家里面用的非常多的方法，在咱們國內(nèi)，在學(xué)術(shù)界里面也有談?wù)摰?。兩個方法區(qū)別在于，硬方案的投資非常大。比如北京管網(wǎng)，你把圖畫一遍都是不太現(xiàn)實的；軟方案的投資相對來講少點，主要是通過降低水壓降低漏損量。
　　但是不管哪種方法，它的前提是我要知道漏損在什么地方發(fā)生，或評價某區(qū)域損失了多少水。一般從兩個方面解決這個問題。第一類就是探測類。定義漏損點，方法很多，第一種就是被動檢測法，就是有人報告哪兒爆管，還有一種根據(jù)聲音、音頻，也就是說水從管道里漏水時發(fā)生摩擦，及跟土壤發(fā)生摩擦產(chǎn)生的波長。上面這些方法在測量漏損點中非常準確。另一類就是使用DMA法和最小液壓流量法來評價管網(wǎng)漏水。DMA法即區(qū)域分區(qū)裝表法，它實際上是控制一個管網(wǎng)分區(qū)的入水口和出水口，通過控制這兩個點看流量的多少。如果有流量差的話，那是水有漏損或者被偷。最小液壓流量法是利用管網(wǎng)內(nèi)水的漏失壓力有很大的關(guān)系。如果管網(wǎng)里還有水流走的話，我們有理由相信，絕大多數(shù)都是漏掉的，當然也會有一些企業(yè)的因素。還有就是近幾年隨著SCADA技術(shù)的廣泛應(yīng)用，可以通過水力模擬的方法，進行對整個管網(wǎng)的布控，以達到評價管網(wǎng)漏水的目的。
　　不同的技術(shù)有不同的優(yōu)勢和劣勢。第一類是優(yōu)點精確的告訴大家哪些地方漏水，缺點就是不容易查到，因為北京的管道網(wǎng)絡(luò)太多。第二是測量類的，他可能告訴你哪個小區(qū)漏水，但是不能很明確的告訴具體地方。
　　英國過去的20、30年發(fā)生了什么變化？因為在最初裝測量點的時候，在哪個地方安裝都是憑借經(jīng)驗做。導(dǎo)致有些區(qū)域裝的特別密集，有些區(qū)域裝的特別少。如果是裝的特別密集的話，DF的聚焦技術(shù)就能用。像國內(nèi)的情況是只有一個入口的流量數(shù)據(jù)，那怎么來利用現(xiàn)有的技術(shù)盡快的找到漏損點，這是需要考慮的問題。
　　之前，我國通過水力學(xué)計算的方法來尋找這個點。原理就利用了水壓的關(guān)系，那么下面我一步一步給大家闡述這個。首先看一下點的漏損，那么點的漏損在漏損管理界，一般是通常采用了模擬一個小孔流的流量關(guān)系，也就是一個水從小孔里面流出來以后它跟水壓的關(guān)系，那就是一個指數(shù)關(guān)系，兩個參數(shù)，一個是漏損系數(shù)，一個是漏損指數(shù)。
　　漏損系數(shù)比如是屬性、管齡，還有管材。一般來講跟管材是有關(guān)系的。下面的圖是我們實驗中拍的一些照片，還有一個列表，這個圖片顯示一個問題，不同的管材還有漏損口的形狀不同的話，漏損指數(shù)是不一樣的，比如你是一個圓孔或者是一個方孔，或者你裂縫是沿著管徑或者是順著，都是不一樣的。
　　我們通過點漏損的機損方法，根據(jù)系統(tǒng)水力模型的耦合方法，進行對整個的管網(wǎng)系統(tǒng)做一個全盤的優(yōu)化，看看到底是哪一個地方漏水。第一步是收集管網(wǎng)的基礎(chǔ)資料，西方國家的資料相對來說比較完整一些，因為企業(yè)的發(fā)展過程當中非常注意保存這些，然后利用GIS系統(tǒng)，可以分析管網(wǎng)的空間結(jié)構(gòu)，建立數(shù)字管網(wǎng)。之后再利用水力學(xué)模擬軟件的模型，然后運用點漏損計算方法，加上這個區(qū)域尺度的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，這樣就可以對這個管網(wǎng)進行一次的模擬
　　管網(wǎng)優(yōu)化是很麻煩的事情，管網(wǎng)肯定是分散性的，涉及到太多的統(tǒng)計學(xué)計算，而且如果進行一遍統(tǒng)計學(xué)計算就會耗費很大的時間，如果是上百萬次的話，會耗費多長時間呢？所以計算量非常大。
　　要想進行優(yōu)化，就要找到它的平衡方程。水從這點取走了，只有兩種可能性，第一有人用水，第二是漏水。我們知道有兩種可能性，但不知道他們各自占的比例是多少。那么對于整個管網(wǎng)來講也是這樣的。
　　我想回到前面這個數(shù)據(jù)，還有一個數(shù)據(jù)，就是我們知道各個結(jié)點，雖然我不知道它的確實值，但是我知道它們之間的關(guān)系，比如你服務(wù)了多少戶人家，大約的比例可以知道了。那么怎么進行估算呢？首先我們看最小流量，假設(shè)80%，80%漏了以后，我就可以通過這個放在水力模型里面，套進去以后經(jīng)過水力模型，我就可以算出各個結(jié)點的用水量，有了水壓我就可以算漏水量，再回去就可以算供水量了，因為水壓變了一次，你漏損量變一次，漏損量變一次，用水量就變一次，最后達到一個平衡。
　　最后的結(jié)果，我們可以得出類似這樣的圖，我不知道漏在哪個點上。紅色的區(qū)域顯示的漏水比較多的區(qū)域。第一點，我可以用探測技術(shù)，比如在整個管網(wǎng)區(qū)域里面給我探，就在紅色區(qū)域里面探，大大的提高了工作效率。第二個我們的漏損量，做出這個估量圖之后，根據(jù)報告，有慢滲的情況，從另外一個估算是準確的。還有一點根據(jù)這個圖，我們可以建立起分析管網(wǎng)的監(jiān)控體系，就是對紅色區(qū)域的管網(wǎng)重點加護，因為它有可能會爆，對藍色區(qū)域，可以弱一點監(jiān)護。如果要更換，是要更換紅色的，而不是藍色區(qū)域的。
　　這個圖還有一個作用，因為我們經(jīng)常談壓力控制法，壓力控制法主要的壓力，就是我通過來控制管網(wǎng)的工作壓力，既要保證你達到了用戶應(yīng)該的供水需求的壓力，又要盡量的減少你的工作壓力，因為這個工作壓力是隨著管網(wǎng)的用水量而隨時在變化的，假如你的泵不變的話，是隨時在變化的，在夜間管網(wǎng)的壓力是最高的，同時這時間漏損也是最大的，在7、8點鐘的時候，這個時候的用水量是最大的，水壓是最小的。那么盡量保證壓力是平衡狀態(tài)的，是穩(wěn)定狀態(tài)的，當然有很多方法來解決，比如昨天講的那個技術(shù)，就是通過調(diào)整泵，通過泵的技術(shù)控制這個壓力，我們今天談的通過裝了一個減壓閥控制，當然解決一個問題有不同的角度。當然解決這么一個問題，剛才我舉了一個例子，如果我有50條的話，就有50次方，如果有100條就有100次方。那么我們對這個管網(wǎng)進行水力計算的時候，左邊這個圖和右邊這個圖對比我們可以看到，在漏損量比較大的紅色區(qū)域，恰恰是對應(yīng)于結(jié)點的壓力比較大的區(qū)域，這就給我們一個暗示，也就是說我們必須要去減壓嘛！我們控制壓力高的區(qū)域，而不是控制壓力低的區(qū)域，控制壓力高的區(qū)域就可以了。
　　也就是說我們對裝減壓可能的位置，應(yīng)該是紅色區(qū)域，那么紅色區(qū)域的管道呢？整個管網(wǎng)的管道是36條，紅色是17條，這是一個很大的節(jié)省。
　　這個優(yōu)化過程，我也不想展開講，因為這是涉及到基因算法里面內(nèi)部的東西。最后的結(jié)果就是我們發(fā)現(xiàn)，通過裝四個減壓泵，就在紅色區(qū)域里面，可以使這個平均減漏量達到20%左右，這也是一個很可怕的數(shù)據(jù)。
　　最后我想做一個很簡單的小結(jié)。第一個采用分區(qū)測量的方法。該方法能有效地、快速地評價一個區(qū)域的漏損量，但要想知道具體漏損位置，測量人員必須采用點測技術(shù)。點測技術(shù)對大的管網(wǎng)區(qū)域無能為力，太費時間。測量人員要找起他方法測量，即漏損空間分布法。但是它不是基于數(shù)據(jù)非常密集的管網(wǎng)，如果是非常密集的話就好說了，那沒有數(shù)據(jù)只能控制模擬來做。壓力管理法可以有效地提高搜索空間，提高優(yōu)化效率。這種方法對數(shù)據(jù)來講要求比較弱，基礎(chǔ)資料一定要有，那么減少你管網(wǎng)入口的流量就可以。
　　第二點說我們沒有辦法但是還要解決的目前問題，就是咱們的稀缺數(shù)據(jù)。稀缺數(shù)據(jù)就采用模擬的方法。這種模擬很可能產(chǎn)生誤差，而且產(chǎn)生了誤差后大家可能不能覺察到。因此這只能是一個緩兵之計，還是需要積累到一定的數(shù)據(jù)替換掉模型。
　　第三個就是我國的供水管理水平相對來講很低。供水管網(wǎng)的漏損管理應(yīng)采取工程方法與系統(tǒng)管理并舉的策略。國內(nèi)現(xiàn)在有工程方法，但沒有管理方法，或者管理方法很弱。目前，國內(nèi)外還在思考著不同的問題。我覺得國外的公司經(jīng)過幾十年的時間，他們還是發(fā)現(xiàn)有很多問題，并且發(fā)現(xiàn)要優(yōu)化管網(wǎng)就必須提高管理的層次。我覺得我國要借鑒別人的經(jīng)驗和不足，避免類似的問題。對管理來講，很重要的一點就是基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。如果沒有常年積累的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的話，那就什么也談不上。如果我國剛剛開起步的話，就很有必要注意這一點。
　　目前，我國的漏損率很低，而西方國家達到30%多以上，甚至50%以上。但是我認為咱們國家的漏損形勢更加嚴峻，因為咱們國家的管網(wǎng)才幾十年，西方國家的管網(wǎng)已經(jīng)有了100年甚至150年以上的時間。
　　另外，英國水資源比中國豐富，仍然非常注重控制漏水。因為國外覺得資源的漏損是一種損失。從可持續(xù)發(fā)展的角度來講，必須加強管理，減少損失。這也對應(yīng)了國家倡導(dǎo)的節(jié)能減排。減少漏損不但減少水資源的浪費，還能節(jié)約能源。因為處理問題都是需要耗能的，你減少漏水的話就是節(jié)能。
　　最后一點就是我國管網(wǎng)的漏失管理處于起步階段，我國一定要加強數(shù)據(jù)的積累。另外，還有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的積累。國外很多供水公司的數(shù)字管網(wǎng)都非常完善，也是經(jīng)過漫長的時間，慢慢積累的。經(jīng)過積累期后，他們比較有經(jīng)驗，開始在中國推廣市場。我還想強調(diào)下數(shù)據(jù)積累的重要性。如果沒有如此的數(shù)據(jù)積累，一切將無從談起。
　　這就是今天我要講的內(nèi)容，謝謝大家！
（中國水網(wǎng)）

編輯：全新麗