在近日由中國水網主辦的2007城市水業高級技術論壇，清華大學環境工程系副研究員劉書明博士管網漏損空間分布的估算與漏損優化控制問題發表了主題演講。以下根據其發言內容整理，未經本人審核。

　　首先感謝中國水網給我機會。我是三月份剛剛加盟到清華大學，在這以前，我在英國進行了八年“抗戰”。剛回到國內，對業界來講也是非常陌生的，非常感謝中國水網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據管網。相對來講。國外管網的管理比我們成熟很多，但是也存在了很多問題。他們的發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的重要性，如果我們能從國外的發展中當中吸取一些經驗，或者是教訓，不管是對污水發展還是供水發展，都是有很大的意義。
　　今天先想帶領大家簡單回顧下英國管網的漏損情況。第二個對管網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發展中，出現了技術間隙，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，方法的應用以及重要性，對我國目前管網漏損情況的一個啟示。
　　7月3日，中國水網登了一條消息，英國泰晤士水務準備投資約10億英鎊來解決漏損問題。2006年，泰晤士水務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。
　　英國管網是什么樣子的呢？它比我國管網的年齡大多了，中國的管網是建國之后鋪設的，有四五十年的歷史。而英國管網是維多利亞時代鋪設，50%的管網都超過了100年。這些管網的漏損率很高，昨天DFS公司的總裁說歐洲的管網漏損率達30%到60%。會議期間的時候，大家都討論這些數據。這個數據是真實的，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、喝水的權利，政府有義務提供水，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。因為計算機的發展，很多系統得到了廣泛應用。管理層次的技術就開始運用到漏損管理中，而且也有一些綜合的管理方法，慢慢的在供水企業里面開始應用。現在國外的漏損率是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公司統計的漏損情況，橫坐標指的是泰晤士水務公司，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年出具的數據。我們能明顯地看到泰晤士主要服務的區域是東南部區域，這個地區的經濟相對來說非常發達。
　　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，在可持續性發展方面，減少漏損的意義就更大些。還有一點從水質的安全性、穩定性，大漏損或者爆管的發生，會產生管道負壓的產生，導致管網水質的惡化。
　　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，在學術界里面也有談論的。兩個方法區別在于，硬方案的投資非常大。比如北京管網，你把圖畫一遍都是不太現實的；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生，或評價某區域損失了多少水。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，還有一種根據聲音、音頻，也就是說水從管道里漏水時發生摩擦，及跟土壤發生摩擦產生的波長。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漏水。DMA法即區域分區裝表法，它實際上是控制一個管網分區的入水口和出水口，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內水的漏失壓力有很大的關系。如果管網里還有水流走的話，我們有理由相信，絕大多數都是漏掉的，當然也會有一些企業的因素。還有就是近幾年隨著SCADA技術的廣泛應用，可以通過水力模擬的方法，進行對整個管網的布控，以達到評價管網漏水的目的。
　　不同的技術有不同的優勢和劣勢。第一類是優點精確的告訴大家哪些地方漏水，缺點就是不容易查到，因為北京的管道網絡太多。第二是測量類的，他可能告訴你哪個小區漏水，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驗做。導致有些區域裝的特別密集，有些區域裝的特別少。如果是裝的特別密集的話，DF的聚焦技術就能用。像國內的情況是只有一個入口的流量數據，那怎么來利用現有的技術盡快的找到漏損點，這是需要考慮的問題。
　　之前，我國通過水力學計算的方法來尋找這個點。原理就利用了水壓的關系，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系，也就是一個水從小孔里面流出來以后它跟水壓的關系，那就是一個指數關系，兩個參數，一個是漏損系數，一個是漏損指數。
　　漏損系數比如是屬性、管齡，還有管材。一般來講跟管材是有關系的。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，根據系統水力模型的耦合方法，進行對整個的管網系統做一個全盤的優化，看看到底是哪一個地方漏水。第一步是收集管網的基礎資料，西方國家的資料相對來說比較完整一些，因為企業的發展過程當中非常注意保存這些，然后利用GIS系統，可以分析管網的空間結構，建立數字管網。之后再利用水力學模擬軟件的模型，然后運用點漏損計算方法，加上這個區域尺度的管網數據，這樣就可以對這個管網進行一次的模擬
　　管網優化是很麻煩的事情，管網肯定是分散性的，涉及到太多的統計學計算，而且如果進行一遍統計學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。那么對于整個管網來講也是這樣的。
　　我想回到前面這個數據，還有一個數據，就是我們知道各個結點，雖然我不知道它的確實值，但是我知道它們之間的關系，比如你服務了多少戶人家，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，套進去以后經過水力模型，我就可以算出各個結點的用水量，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。紅色的區域顯示的漏水比較多的區域。第一點，我可以用探測技術，比如在整個管網區域里面給我探，就在紅色區域里面探，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。還有一點根據這個圖，我們可以建立起分析管網的監控體系，就是對紅色區域的管網重點加護，因為它有可能會爆，對藍色區域，可以弱一點監護。如果要更換，是要更換紅色的，而不是藍色區域的。
　　這個圖還有一個作用，因為我們經常談壓力控制法，壓力控制法主要的壓力，就是我通過來控制管網的工作壓力，既要保證你達到了用戶應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的，是穩定狀態的，當然有很多方法來解決，比如昨天講的那個技術，就是通過調整泵，通過泵的技術控制這個壓力，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域，恰恰是對應于結點的壓力比較大的區域，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域，而不是控制壓力低的區域，控制壓力高的區域就可以了。
　　也就是說我們對裝減壓可能的位置，應該是紅色區域，那么紅色區域的管道呢？整個管網的管道是36條，紅色是17條，這是一個很大的節省。
　　這個優化過程，我也不想展開講，因為這是涉及到基因算法里面內部的東西。最后的結果就是我們發現，通過裝四個減壓泵，就在紅色區域里面，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據。
　　最后我想做一個很簡單的小結。第一個采用分區測量的方法。該方法能有效地、快速地評價一個區域的漏損量，但要想知道具體漏損位置，測量人員必須采用點測技術。點測技術對大的管網區域無能為力，太費時間。測量人員要找起他方法測量，即漏損空間分布法。但是它不是基于數據非常密集的管網，如果是非常密集的話就好說了，那沒有數據只能控制模擬來做。壓力管理法可以有效地提高搜索空間，提高優化效率。這種方法對數據來講要求比較弱，基礎資料一定要有，那么減少你管網入口的流量就可以。
　　第二點說我們沒有辦法但是還要解決的目前問題，就是咱們的稀缺數據。稀缺數據就采用模擬的方法。這種模擬很可能產生誤差，而且產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據替換掉模型。
　　第三個就是我國的供水管理水平相對來講很低。供水管網的漏損管理應采取工程方法與系統管理并舉的策略。國內現在有工程方法，但沒有管理方法，或者管理方法很弱。目前，國內外還在思考著不同的問題。我覺得國外的公司經過幾十年的時間，他們還是發現有很多問題，并且發現要優化管網就必須提高管理的層次。我覺得我國要借鑒別人的經驗和不足，避免類似的問題。對管理來講，很重要的一點就是基礎數據。如果沒有常年積累的基礎數據的話，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才幾十年，西方國家的管網已經有了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。從可持續發展的角度來講，必須加強管理，減少損失。這也對應了國家倡導的節能減排。減少漏損不但減少水資源的浪費，還能節約能源。因為處理問題都是需要耗能的，你減少漏水的話就是節能。
　　最后一點就是我國管網的漏失管理處于起步階段，我國一定要加強數據的積累。另外，還有基礎數據的積累。國外很多供水公司的數字管網都非常完善，也是經過漫長的時間，慢慢積累的。經過積累期后，他們比較有經驗，開始在中國推廣市場。我還想強調下數據積累的重要性。如果沒有如此的數據積累，一切將無從談起。
　　這就是今天我要講的內容，謝謝大家！
（中國水網）

編輯：全新麗