公共给水系统漏水问题及如何预防外文翻译资料

 2021-11-21 11:11

英语原文共 9 页

公共给水系统漏水问题及如何预防

摘要:本文论述了公共给水系统有效防止失水的效果,重点关注用程序的方法来监控作为主要损失部分的隐藏漏水,并作为控制和预防的第一步。所述的方法是依据位于中欧地区的两个首都城市维也纳和伯拉第斯拉瓦的deWaloP(制定防止失水措施)项目内的跨界合作而采用的,并且在斯洛伐克共和国的布达佩斯拉发供水公司(BVS)得到采用。本文提供了一套简单易行的实践方法来分析配水测量的基本信息,为使用先进程序来积极减少渗漏提供了必要信息。这些实践方法包括最小夜间流量分析,动水压力分析,通过与水网中的阀门来确定漏水位置,为测量数据设定报警限值的方法以及使用先进的实践来获取丢失的拓扑数据。对于前社会主义国家来说其水利基础建设的糟糕技术条件和相关运营数据的缺乏是运用基于GIS的应用和其他信息系统的程序的集中使用的最简单的方法来评估和控制水损失的一个重大障碍。最后,布达佩斯拉发供水公司经过多年使用昂贵的精密渗漏设备也没有成功,而所描述的方法的引入却带来了积极的产出,水损率水平的曲线图终于开始下降。在实施上述泄漏监测的基础上,使用昂贵的相关设备和人力资源将变得更加有效,因为它将查明重大泄漏、泄漏和消除,这将大大有助于有效减少水损失。

关键词:饮用水供应,公共管网水损失,漏水,水流分布测量,最小夜间水量评价。

  1. 简介

中欧国家给水系统的水损失仍然是一个非常重要的问题,因为其水平是系统技术状况的主要指标之一并直接影响到饮用水供应服务的效率和质量。技术条件的评价和查明其弱点的原因以便消除这些弱点是经常讨论的主题,主要因为财政资金是用于维持和更新基础设施的。整个给水系统的控制,以水损失为其组成部分,依赖于可靠数据的可用性。一方面缺少数据,另一方面收集到的大量数据可能不准确和过时,成为在任何决策过程中使用复杂的程序来评估损失水的水平和技术条件的障碍。在布达佩斯拉发给水系统deWaloP项目内,对所有数据来源进行了修正,并采用了适当的方法。实现这一目标的先决条件是将整个给水系统划分为几个独立的DMAs。在划分网络时,可以使用一些发表在技术期刊上的理论[1-3]。然而,每个系统都有必须考虑的细节和变化。确保从DMAs中持续收集所需数据及其评估和更新是很重要的事。在BVS公司中,为首都周围城镇和村庄提供大面积供水的整个给水系统被划分为148个DMAs。在这些区域,流量和压力的测量范围已经被扩大了。每个区域都对测量的流量、压力和消耗量以及技术和经济数据进行评估。基于这些评估,采取的措施依次为:使用先进的超声设备,进行修复和以重建或康复的形式进行干预。在实践中,给水系统的经营者用昂贵的现代技术设备来寻找隐藏的缺陷,但它使用的优先次序没有确定。因此,它们经常被放置在泄漏量小的位置。泄漏是否真的严重,通常只有在开挖后才会被确定或者进行了没有显著减少水损失的低效维修。调整工艺的主要原理是在修复前对泄漏进行评估。

  1. 材料和方法

本文提出的防止水损失的方法是将主动渗漏监测作为管理供水的一种工具,运用这种工具,操作员主动寻找和检测渗漏。假定把给水系统划分为地区计量区域,以便对输入与输出的可测量值进行评估。信息技术的快速发展为过去不能接受测量的地方引进各种联机测量创造了空间。因此,遥感测量地区计量区域进口与出口的流量和压力允许连续控制整个系统。该评价包括DMAs中著名的实测瞬时流量和压力分析、水平衡评价、动水压力分析和性能指标最终评价等,用以进行价值分类,例如采用多准则评价[4]。为了使水务公司的泄漏得到永久性的控制,与决策过程相关联的软件环境中实现预定义的过程就显得尤为重要。如图一所示BVS公司采用的程序。

DMA的评估结果在每日早晨处理夜间最小流量时有效。每周和每月对水平衡进行评估,并对DMAs中损失的水的价格等经济指标进行评估。每月在干预重点清单中报告产出情况。在准备防止失水程序时,查明了若干缺失的数据。大部分数据已经完成,查找(如直径,材料和使用年限)或测量后,除了丢失的坐标的客户联系。在公司使用的现有数据环境中,无法根据坐标识别客户,因此无法将发票消费信息分配给DMAs。这个问题已经通过使用开源应用程序OpenStreetMap得到解决。

  1. 完善缺失的数据—服务连接地理编码

由于许多原因:如将消费信息分配给各自的DMAs,识别可能的非法消费,为水工模型和预警系统准备数据等,连接客户的坐标是必不可少的。对于设计规模遍及首都及其周边有超过13万个缺失坐标的服务连接的大型给水系统,可能需要好几年时间测量其x-y坐标。这也是由于自来水公司使用的GIS已经过时,缺少基础数据。该公司已经开始准备新的软件环境,但由于其采购需要公共采购,尤其要得到管理人员的同意,预计要在较长时间内推出。因此,为了快速获取服务连接坐标,使用了带有地址点的CIS(客户信息系统)对客户地址进行地理编码。通过对地址点批量处理选项的分析,选择Openstreet作为最合适的应用程序。这个应用程序免费提供地理数据,可以从web页面[5]进行访问,并由众多贡献者每天更新。对于批量处理坐标,开发了java脚本中的赋值接口。它使用自由坐标匹配应用程序[5]为匹配CIS数据库中的地址点与地址、返回坐标和特征的近似值。在此之后,不准确的数据(丢失的地址)被过滤掉,并使用谷歌地图对这些数据进行双重检查。对数据进行最终调优后,85.5%的地址都进行了地理编码。CIS中剩余的则意味着错误的地址,比如丢失的街道,甚至是城镇。最后,在Excel中进行后处理后,将消耗数据分配给DMAs,作为监测损耗所需的数据。所分配的损耗数据占总的97%,足以满足定义的损失管理的目的[6,7]。

  1. 基本指标的评价和防止损失的基本程序

采用IWA水损理论对PI进行多准则分析[1-3]。

对于每个地区正在制订许多辅助指标:最小夜间流量、单位消耗量、最小和最大压力、压力波动、失水价格、维修费用、管道平均使用年限、故障次数、水表精度等。对每个地区的主要PIs进行评估:失水体积、QMIN、UARL、TIRL、ILI、ELL[1,2]。

4.1最小夜间流量分析

据知,在夜间,即凌晨1时至3时间,给水系统的消耗是最小的。测量的流量QMIN(表示该区域的消耗量)此时稳定,其值表示以下组成部分:

·真实夜间消费(人口消费和产业消费);

·隐藏泄漏(来自管道的真实泄漏)。

主动泄漏控制的作用不仅能识别管道中隐藏的泄漏,还能确定(估计)管道的大小。有些漏洞是无关紧要的,移除它们并不有效,也不会显著减少总损失。此外,在每个配电网中都存在水损,这在技术上是不可避免的。有科学研究提供了这种技术上不可避免的水损水平(以下简称UL)。这个值记作Lambert[1],用L.conn-1day-1表示,取决于服务连接的密度和平均操作压力。在标准住宅和标准操作压力的情况下(服务密度为每公里50个连接;压力0.5MPa),不可避免的损失消耗值为5%到10%,这取决于连接的人口数量。对于以居民消费为主(没有大的企业或工业客户)的地区,24小时的消费曲线较为典型,如图2所示。

根据用水量类型和QMIN值,小区夜间用水量按实际平均用水量(发票显示的用水量)的2%-8%确定,如图2所示。如果QMIN值被确定为绝对夜间最小流量,则夜间消耗大约为2%。如果QMIN值被确定为最小时流量(动小时平均),则夜间消耗约为8%。如果区域内有较大的用水户,则需要在测量的基础上对其夜间消费进行检查,并将其加入到家庭的实际消费中。

测量的流量QMIN最小值减去客户夜间消耗和特定区域技术上不可避免的损失,就表示该区域的泄漏是可移动的。可移动泄漏值是确定区域泄漏点检测优先级的依据。对于重点地区,即那些泄漏和水损评估为最严重的地区,有必要使用声学搜索设备来确定泄漏地点。对于较大的区域,有必要减少可能有点泄漏点位置。这可以通过操纵水网中的阀门关闭来创建最够小的区域(地区、截面)来进行评估。

4.2压力分析

故障数量和管道内的压力成正比,管内的破损和裂缝会导致漏水。然而高频率的故障和漏水不仅与管道内的高压有关,而且还与白天出现的大压力震荡有关系。频繁和突然的压力改变缩短了管道的平均寿命,并直接导致了一系列的故障。动水压力评估需要对整个系统进行水力分析,而不仅是对该区域进行。

在白天的几个小时内,高压管道(水头压力管)依据从管网中抽取的水量而升降,在居民区,管内的最大斜率也就是最大消耗量是在晚上(晚上7点到8点),此时可观测到运动水体中摩擦力引起的最大压力损失。然而,与此同时,最低压力发生在管网或地区的最不利水头点。

白天管网的压力震荡直接影响系统的故障频率和水损失。理想的情况是了解区域内各节点的最小和最大压力的特征值及其差异,并对差异最大的节点进行分析。在消耗增加时,最大压降发生在小型管道中。

评估压力震荡可以通过测量区域入口(通常是电枢轴)的压力(和流量)来确定,如果可以测量压力的话。当测量的最大压力和最小压力(大于10m水柱)之间有很大差异,则原因可能位于该区域仪表前,有必要对其进行定义并找出减小压力的可能。

故障的数量和损失的大小直接对应于压力及其波动。管道压力越大,故障损失值越大。同样,在高压震荡下,出现新紊乱的可能性更大。因此,有必要知道每个区域的特征压力:

Hmax:确定区域节点的最大压力[最大60m水柱];

Hmin:确定区域节点的最小压力[最小25m水柱,低层建筑15m];

Delta;Hav:压力波动[从0m到10m]。

区域计面积的压力值在确定区域是已确定,如需修改、修改液压接头或每年复查,应重新评估。

尤其需要考虑高压(60m以上)的调整和优化,压力优化和管理的方法是安装减压阀、夜间调压或改变压力区域等。然而,这不仅需要对区域本身进行水力分析,而且需要对整个水力系统进行水力分析,并提供计算输入(需水量)和图形可视化。在高压震荡的情况下,有必要分析其产生的原因,如果不考虑管道尺寸过小的情况,很可能与管道路线上的局部水头损失(如关闭阀门)有关。

4.3通过评估连续测量进行故障分析

每个测点进入区域后,均达到其特有的重复流量和压力率,并具有合理的容差。建议对每个在线测点的压力和流量曲线的标准形状进行处理,并与每天的实测值进行比较。每个区域在识别缺陷方面有不同的公差和灵敏度,因此,标准曲线必须以地区入口现有的长期观测数据为基础。图3为标准曲线的一个例子,其中24小时内的流变动和压力边界由更长时间内(最少6个月)的最大流量或最小压力的包络曲线表示。标准曲线还应该考虑到理论的最小夜间流量,这应包括在标准的最低夜间流量曲线中。

如果测量位置及其过程中的压力和流量与标准曲线所定义的区域不符,则表明管网可能出现故障。管网故障也可以用压力的急剧下降来表示。有必要将水箱水位运动监测分配到压力测量中,并传送到调度中心。水箱快速排空,管网故障就一目了然。每个水箱的极限下降速率可能不同,必须通过对现有传输数据的分析来确定。

4.4管网夜间操作泄漏点的规范

液压回路下的地区计量区域可以是永久性的,也可以是临时性的。区域越小,采用主动控制方法的结果就越准确。然而,并不是总能够将管网划分为更小的单元并确定区域的入口和出口。大小型城镇复杂的循环管网都能作为例子。在这种情况下,可以在夜间关闭管网的应用程序,允许短时间内创建一个单独的更小的管道区域,然后评估这些区域的泄漏情况。如果对夜间消耗的分析显示该区域有重大泄漏,且区域面积较大,则最好标定泄漏的位置。通过关闭阀门,可以将消耗的面积限制在更小的独立区域,这样就可以在精确的记录时间内完全切断对其的供水(5-10分钟)。夜间操作时必须至少每1分钟同时提供进口的连续测量流量和正在执行的记录(例如整个管网的城市或地区计量区域)。自夜间关闭供水最低消耗完成,记录封闭区内下降流对应的QMIN值。

执行制定的夜间测量需要对现有条件进行彻底的准备和验证。损坏或故障的阀门或不正确的管道连接标识(例如,数字地图中的错误)可能会造成很大的问题。有必要事先制定一个开关阀门的时间计划。关闭验证阀门位置区域的程序应设置为夜间时间,最好是在凌晨2点至3点。该地区的每个区域将通过阀门分离器的逐渐缓慢关闭来关闭。建议一个区域完全关闭的总时间约为5-10分钟。在这之后,区域再次缓慢打开,并恢复到原来的状态。

在关闭其他区域之前,需要观察流量是否已经恢复到原来状态。流量的变化会带来新故障的风险,因此处理阀门的速度必须非常慢。在夜间操作时,对流入该区域的流量的测量值评估是基于对每个区域关闭时流量下降的评估值。为了能确定这种下降,指定了再整个消耗区域内,特别是临时关闭所创建的单独区域内管道长度的特定最小夜间流量(单位L·s-1·km-1)。如果任何区域的特有泄漏记录大于该区域平均泄漏值,则意味着该区域一定存在显著泄漏。

图4记录了给水系统在夜间流量操作中记录的部分例子。由于水力的原因无法将该地区划分为永久区域,而临时区域是通过夜间关闭阀门来创建的。根据流量的下降来确定观测区的最小夜间流量,并将可移动隐藏泄漏的值定义为QMIN的一部分,用上述理论来进行评估。

如图4所示,管网上的夜间操作在该镇的一个区域(临时区域M03)发现了一个重大泄漏。在这种情况下,可移动的泄漏值总和15L·s-1具体泄漏超过17000m3·km-1·year-1(0.5L·s-1·km-1),这可以预测系统特定部分的一次或多次重大泄漏。有必要使用相关设备来跟踪这些位置,或是如果涉及到较大区域,应该通过夜间操作更精确地指出

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