在近日由中國水網(wǎng)主辦的2007城市水業(yè)高級(jí)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(jī)會(huì)。我是三月份剛剛加盟到清華大學(xué)，在這以前，我在英國進(jìn)行了八年“抗戰(zhàn)”。剛回到國內(nèi)，對(duì)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(gè)機(jī)會(huì)跟大家做一個(gè)了解。
　　我今天談的話題是稀缺數(shù)據(jù)管網(wǎng)。相對(duì)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(duì)中國目前的情況來講，非常有借鑒的意義。中國逐步的認(rèn)識(shí)到了管網(wǎng)的重要性，如果我們能從國外的發(fā)展中當(dāng)中吸取一些經(jīng)驗(yàn)，或者是教訓(xùn)，不管是對(duì)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(jiǎn)單回顧下英國管網(wǎng)的漏損情況。第二個(gè)對(duì)管網(wǎng)的漏損意見做個(gè)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(duì)這個(gè)翻譯的準(zhǔn)確不準(zhǔn)確。最后就是通過我國采取的幾個(gè)方法，方法的應(yīng)用以及重要性，對(duì)我國目前管網(wǎng)漏損情況的一個(gè)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(zhǔn)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(dá)到8.94億升，他們的目標(biāo)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(shí)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(dá)30%到60%。會(huì)議期間的時(shí)候，大家都討論這些數(shù)據(jù)。這個(gè)數(shù)據(jù)是真實(shí)的，泰晤士的漏損估計(jì)今年大概是38.6%。英國水表安裝率非常低，2007年才達(dá)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(fèi)。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(jià)。同時(shí)，在用戶中開始裝水表，因此漏損率也只是估計(jì)。英國的水費(fèi)不是按表收，而是按戶收。你家有幾個(gè)臥室，收你多少錢。
　　英國的漏損管理也是從上個(gè)世紀(jì)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(jìn)程開始的。中國也剛剛踏上這條路，肯定很快的會(huì)提到這個(gè)問題。在早期，剛剛開始做漏損管理時(shí)，主要是工程的技術(shù)。因?yàn)橛?jì)算機(jī)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(yùn)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(shí)他們的漏損率是30%到60%之間，相對(duì)降低了30%。
　　下面這表顯示英國主要幾個(gè)水務(wù)公司統(tǒng)計(jì)的漏損情況，橫坐標(biāo)指的是泰晤士水務(wù)公司，縱坐標(biāo)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(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)相對(duì)來說非常發(fā)達(dá)。
　　咱們了解了英國的情況后，我想對(duì)漏損做一個(gè)一般性的闡述。其實(shí)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(gè)我同意。漏損原因還有很多，負(fù)面影響也有很多。首先是水資源的浪費(fèi)，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(diǎn)從水質(zhì)的安全性、穩(wěn)定性，大漏損或者爆管的發(fā)生，會(huì)產(chǎn)生管道負(fù)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(jiǎn)單，但是越簡(jiǎn)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)摰摹蓚€(gè)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(shí)的；軟方案的投資相對(duì)來講少點(diǎn)，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(píng)價(jià)某區(qū)域損失了多少水。一般從兩個(gè)方面解決這個(gè)問題。第一類就是探測(cè)類。定義漏損點(diǎn)，方法很多，第一種就是被動(dòng)檢測(cè)法，就是有人報(bào)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(shí)發(fā)生摩擦，及跟土壤發(fā)生摩擦產(chǎn)生的波長(zhǎng)。上面這些方法在測(cè)量漏損點(diǎn)中非常準(zhǔn)確。另一類就是使用DMA法和最小液壓流量法來評(píng)價(jià)管網(wǎng)漏水。DMA法即區(qū)域分區(qū)裝表法，它實(shí)際上是控制一個(gè)管網(wǎng)分區(qū)的入水口和出水口，通過控制這兩個(gè)點(diǎn)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(dāng)然也會(huì)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(jìn)行對(duì)整個(gè)管網(wǎng)的布控，以達(dá)到評(píng)價(jià)管網(wǎng)漏水的目的。
　　不同的技術(shù)有不同的優(yōu)勢(shì)和劣勢(shì)。第一類是優(yōu)點(diǎn)精確的告訴大家哪些地方漏水，缺點(diǎn)就是不容易查到，因?yàn)楸本┑墓艿谰W(wǎng)絡(luò)太多。第二是測(cè)量類的，他可能告訴你哪個(gè)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?yàn)樵谧畛跹b測(cè)量點(diǎn)的時(shí)候，在哪個(gè)地方安裝都是憑借經(jīng)驗(yàn)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(gè)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(diǎn)，這是需要考慮的問題。
　　之前，我國通過水力學(xué)計(jì)算的方法來尋找這個(gè)點(diǎn)。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(gè)。首先看一下點(diǎn)的漏損，那么點(diǎn)的漏損在漏損管理界，一般是通常采用了模擬一個(gè)小孔流的流量關(guān)系，也就是一個(gè)水從小孔里面流出來以后它跟水壓的關(guān)系，那就是一個(gè)指數(shù)關(guān)系，兩個(gè)參數(shù)，一個(gè)是漏損系數(shù)，一個(gè)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(shí)驗(yàn)中拍的一些照片，還有一個(gè)列表，這個(gè)圖片顯示一個(gè)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(gè)圓孔或者是一個(gè)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(diǎn)漏損的機(jī)損方法，根據(jù)系統(tǒng)水力模型的耦合方法，進(jìn)行對(duì)整個(gè)的管網(wǎng)系統(tǒng)做一個(gè)全盤的優(yōu)化，看看到底是哪一個(gè)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(duì)來說比較完整一些，因?yàn)槠髽I(yè)的發(fā)展過程當(dāng)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(yùn)用點(diǎn)漏損計(jì)算方法，加上這個(gè)區(qū)域尺度的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，這樣就可以對(duì)這個(gè)管網(wǎng)進(jìn)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(jì)學(xué)計(jì)算，而且如果進(jìn)行一遍統(tǒng)計(jì)學(xué)計(jì)算就會(huì)耗費(fèi)很大的時(shí)間，如果是上百萬次的話，會(huì)耗費(fèi)多長(zhǎng)時(shí)間呢？所以計(jì)算量非常大。
　　要想進(jìn)行優(yōu)化，就要找到它的平衡方程。水從這點(diǎn)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(duì)于整個(gè)管網(wǎng)來講也是這樣的。
　　我想回到前面這個(gè)數(shù)據(jù)，還有一個(gè)數(shù)據(jù)，就是我們知道各個(gè)結(jié)點(diǎn)，雖然我不知道它的確實(shí)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(jìn)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(gè)放在水力模型里面，套進(jìn)去以后經(jīng)過水力模型，我就可以算出各個(gè)結(jié)點(diǎn)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?yàn)樗畨鹤兞艘淮?，你漏損量變一次，漏損量變一次，用水量就變一次，最后達(dá)到一個(gè)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(gè)點(diǎn)上。紅色的區(qū)域顯示的漏水比較多的區(qū)域。第一點(diǎn)，我可以用探測(cè)技術(shù)，比如在整個(gè)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(gè)我們的漏損量，做出這個(gè)估量圖之后，根據(jù)報(bào)告，有慢滲的情況，從另外一個(gè)估算是準(zhǔn)確的。還有一點(diǎn)根據(jù)這個(gè)圖，我們可以建立起分析管網(wǎng)的監(jiān)控體系，就是對(duì)紅色區(qū)域的管網(wǎng)重點(diǎn)加護(hù)，因?yàn)樗锌赡軙?huì)爆，對(duì)藍(lán)色區(qū)域，可以弱一點(diǎn)監(jiān)護(hù)。如果要更換，是要更換紅色的，而不是藍(lán)色區(qū)域的。
　　這個(gè)圖還有一個(gè)作用，因?yàn)槲覀兘?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(dá)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?yàn)檫@個(gè)工作壓力是隨著管網(wǎng)的用水量而隨時(shí)在變化的，假如你的泵不變的話，是隨時(shí)在變化的，在夜間管網(wǎng)的壓力是最高的，同時(shí)這時(shí)間漏損也是最大的，在7、8點(diǎn)鐘的時(shí)候，這個(gè)時(shí)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(dāng)然有很多方法來解決，比如昨天講的那個(gè)技術(shù)，就是通過調(diào)整泵，通過泵的技術(shù)控制這個(gè)壓力，我們今天談的通過裝了一個(gè)減壓閥控制，當(dāng)然解決一個(gè)問題有不同的角度。當(dāng)然解決這么一個(gè)問題，剛才我舉了一個(gè)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(duì)這個(gè)管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算的時(shí)候，左邊這個(gè)圖和右邊這個(gè)圖對(duì)比我們可以看到，在漏損量比較大的紅色區(qū)域，恰恰是對(duì)應(yīng)于結(jié)點(diǎn)的壓力比較大的區(qū)域，這就給我們一個(gè)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(duì)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(gè)管網(wǎng)的管道是36條，紅色是17條，這是一個(gè)很大的節(jié)省。
　　這個(gè)優(yōu)化過程，我也不想展開講，因?yàn)檫@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(gè)減壓泵，就在紅色區(qū)域里面，可以使這個(gè)平均減漏量達(dá)到20%左右，這也是一個(gè)很可怕的數(shù)據(jù)。
　　最后我想做一個(gè)很簡(jiǎn)單的小結(jié)。第一個(gè)采用分區(qū)測(cè)量的方法。該方法能有效地、快速地評(píng)價(jià)一個(gè)區(qū)域的漏損量，但要想知道具體漏損位置，測(cè)量人員必須采用點(diǎn)測(cè)技術(shù)。點(diǎn)測(cè)技術(shù)對(duì)大的管網(wǎng)區(qū)域無能為力，太費(fèi)時(shí)間。測(cè)量人員要找起他方法測(cè)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(duì)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(diǎn)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(gè)緩兵之計(jì)，還是需要積累到一定的數(shù)據(jù)替換掉模型。
　　第三個(gè)就是我國的供水管理水平相對(duì)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(shí)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(yàn)和不足，避免類似的問題。對(duì)管理來講，很重要的一點(diǎn)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(diǎn)。
　　目前，我國的漏損率很低，而西方國家達(dá)到30%多以上，甚至50%以上。但是我認(rèn)為咱們國家的漏損形勢(shì)更加嚴(yán)峻，因?yàn)樵蹅儑业墓芫W(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(shí)間。
　　另外，英國水資源比中國豐富，仍然非常注重控制漏水。因?yàn)閲庥X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(qiáng)管理，減少損失。這也對(duì)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(fèi)，還能節(jié)約能源。因?yàn)樘幚韱栴}都是需要耗能的，你減少漏水的話就是節(jié)能。
　　最后一點(diǎn)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(qiáng)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(zhǎng)的時(shí)間，慢慢積累的。經(jīng)過積累期后，他們比較有經(jīng)驗(yàn)，開始在中國推廣市場(chǎng)。我還想強(qiáng)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