水平衡测试法在农村供水管网中的应用

胡一越

(湖南省建筑设计院有限公司，长沙 410011)

前 言

城乡建设统计年鉴数据表明，2017年全国公共供水管网综合漏损率为14.57%[1]，超过了《水污染防治行动计划》确定的城市漏损率的标准(2017年，漏损率控制在12%以内；2020年，控制在10%以内)。农村管网由于其供水特点，一般更难达标[2]。近年来，在供水集约化思想的指导下，农村供水企业提出了提高管理水平的要求，降低管网漏失率成为首要研究的课题。水平衡测试是针对农村管网提出的一种主动检漏的方法，其有效性在实践中得到了验证。

1 农村供水管网的特点

1.1 供水点相对分散[2]

农村用户大都居住在十几户，甚至几户人家的自然村落，比较分散，所以管网几乎全都是枝状布置。

1.2 管网漏失严重

农村供水管网漏失率往往高于城市供水管网，其原因有以下几点。

1.2.1 单位供水量所需供水管网长度较大，因此漏失的可能就比较大。

1.2.2 农村供水管网材质低劣，耐压性差，易腐蚀，使得漏水的可能性和漏水量较大。

1.2.3 农村管网建设时，一般都是土法上马，施工过程不够规范，如接口质量差、管道防腐措施不当、覆土不均等工程问题时有发生，各种管线阀门的设置也很不合理，加大了管网漏失的潜在可能性。

1.2.4 在管网的日常运行中，缺乏正确及时的管理和养护，导致管网腐蚀老化严重，其水密性和强度都大大降低，漏损严重，并且影响管段的输水能力。

1.2.5 供水管网涉及的地形比较多样化，有混凝土路面，沥青路面，泥结石机耕路面，农田田埂，宅基地，果(竹)林菜地，加上现在农村大量的施工作业对管网造成了直接的或间接的损伤，极易造成管网漏失[2]。

1.2.6 农村管网出现漏损时，漏失的水往往流入了农田、河浜、地下渠道，在杂草丛生的田野中难以被发现；同时农村居民对用水要求相对较低，当漏失造成低压时，他们以为是总体压力低而不予报修，延误了抢修时机。

2 水平衡测试法

2.1 水平衡测试原理

水平衡测试针对农村供水管网几乎全是枝状布置这一特点，在检测区的各级水管上安装流量计，用进水总量和用水总量差，判断区域内管网漏水情况，即利用水流的连续性方程Q入-Q出=Q漏损。

2.2 水平衡测试操作方法

2.2.1 确定检测区域，了解区内供水管网布置

2.2.2 安装水表

在检测区的各级水管上安装相应的水表，直至用户，这些水表依次为一级表、二级表、三级表……，在供水网络上形成阶梯式分级计量。为了方便漏点定位，各级水表尽量安装在该级管道的起端，同时为了防止水表的损坏，应根据管网敷设的实际情况最终确定水表的安装位置。

2.2.3 管网检漏

水平衡测试的检漏主要采用差值法：在同一时段内对所有水表进行抄计，当上一级水表的水量等于下一级水表水量之和时，此段管路水量平衡，管路正常(由于在计量时小口径水表精确度较高，可能出现下一级水表水量之和往往大于上一级水表的水量的情况)。当上一级水表的水量大于下一级水表水量之和时，说明水量失衡，若漏损量未超过允许值，则表示该管路基本无漏损或漏损很少，不再检测；若漏损量超过允许值，则需结合其它方法检查具体漏水位置，及时抢修(当然也要排出计量不准造成的误判)。

2.2.4 漏点定位

通过管网检漏，可证明漏损的存在，锁定漏水发生的大致范围，但仍需结合其它方法进行漏点的定位。除常规使用的各种方法外，在管线较长又难以查找漏点时，二分法亦可用于农村树状管网的漏点定位。二分法就是在漏水管路的上下级水表中间安装阀门或水表，一步步缩小可疑漏损范围，最终找出漏点的方法。

2.2.5 管网检修

漏水点查明以后，就要进行管网的检修工作。对漏水量较小的管道，可采用局部补漏的方式，对漏水严重的管道，应进行管道的更新。

2.2.6 确定各级水表用水基数

一般地，农村用户的用水量较为规律且比较稳定。在管网检修以后，通过一段时间(通常只需几天)的定时抄表统计，可以确定各级表大概用水量，称为用水基数Q基，此水量可与以后的抄表数据进行对比，作为管网检漏时的一个辅助标准[3]。

2.2.7 水量日常监测

供水管网的水量日常监测是水平衡测试中不可或缺的环节，也是供水管网管理中重要的一部分。包括以下内容。

第一，对各级水表定期定时进行抄计，利用差值法将抄表数据进行分析，及时地发现管网的漏损。抄表的周期应根据管网材质、管龄、运行压力、地质条件等一系列影响管网漏损的因素以及管理人员的配置数量综合决定。抄表周期越短，发现漏损所需时间也就越短，例如，若抄表周期为一天，则可将漏损控制在24h内。对于一级表和二级表，原则上要每天定时抄表核对，以便随时掌握管网的运行动态。

第二，在确定各级水表用水基数的情况下，可将各级水表的抄表数据Q计与用水基数Q基进行比较，若Q基≈Q计，则初步认为该水表之后的管路基本无漏损；若Q基

第三，在管网用水的静止期即“最小流量时”(一般是夜间两点)，从管网最末端一级水表起观察水表工作情况，如果水表读数增加，则表明该水表之后的管路有漏损；反之，此水表之后的管路正常。同时，当末端一级分表读数不变时，上游水表计量数值增量均应考虑为管网漏水造成，应及时组织检修。

第四，在水量的日常监测中，供水企业常采用一种俗称为“收费回头看”的方式。即在对用户水表进行抄计后(用户水表的抄表周期通常长于各级检漏表的抄表周期)，将最末一级分表的水量与此表后所有用户的收费水量情况相比较，当此分表水量小于或等于用户水表水量之和时，可认为配水管网正常；当此分表的水量大于用户水表水量之和时，首先应查明此段配水管是否检修过，检修时耗损水量是多少。若扣除了耗损水量，水量仍然失衡，则应考虑此区域的表外用水情况(非法用水等)。

3 水平衡测试应用实例

水平衡测试在农村供水管网中的应用起始于LY水厂某村。在应用水平衡测试之前，该供水区域内的村级管网漏失率高达48.5%。通过水平衡测试的实践，该村级管网的漏失率控制在15%。下图为LY水厂某村供水管网水平衡测试管网拓扑及装表示意图。

图 LY水厂某村水平衡测试管网拓扑及装表示意图Fig. The installation of water meter for water balance testing in a village of waterplant LY

水平衡测试在供水管网管理中的成效在LY水厂供水区域得到验证。该水厂供水区域含15个村和社区，15个村均已完成各级表的安装。在水平衡测试的第一阶段，即查出暗漏34处。通过对管网进行补漏等修复措施，修复后与装表时相比平均每天减少水量1 818m3(见下表)。

表 LY水厂水平衡测试检漏统计Tab. Statistics on leakage of water balance testing in LY waterworks

续表

序号单位名称一级表数量(只)装表后24小时水量(m3)检漏修复后平均日用水量(m3)暗漏(处)每日节约水量(m3)节约水量(%)9凤形村4 548 143 4405 74.0 10怀西村1 74 27 147 63.6 11新华村1 240 128 2113 46.9 12官塘村1 109 87 122 20.0 13白毛村4 65 46 120 29.9 14祥源村2 125 93 132 25.3 15巡山村1 92 68 224 26.2 合计38 3527 1709 341818 51.5

4 经济效益评价

针对水平衡测试经济效益有较大影响的几个因素，对LY水厂的水平衡测试经济效益进行简单经济评价如下。

4.1 投入成本包括材料费(水表费用、闸阀费用、管网检修材料费)和人工费(装表人工费、管网检修人工费、日常管理费用)。

4.2 回收利润只考虑直接经济效益，即为制水单位变动成本×水量，此处制水单位变动成本为原水原动力、净水原动力、原材料之和。

经计算得，LY水厂水平衡测试投入成本为45 950元，回收利润409 530元。该实例表明水平衡测试具有突出的经济效益，可在农村地区推广应用。

5 存在的问题

尽管XY县自来水公司的检漏工作取得了明显成效，但是，在水平衡测试法的操作和管理当中尚存在着如下的问题。

5.1 需建立完善的水表校验制度，按国家有关规定对普通水表每2年维修校验一次，6年强制更换，同时结合水表的使用情况，不定时对水表进行清洗。

5.2 受经济条件的限制，水量计量均采用普通的旋翼式水表，没有配备现代化的远传表，因此水量数据的采集、分析仍采用传统的人工手段，造成了对管网运行情况判断的滞后。

这些问题有待于在水平衡测试推广应用的过程中得到进一步的解决和完善。