【情报汇编】国内外漏损管理策略——下篇
管网漏损是城市供水系统中存在的一个不容忽视的问题，近年来在国内得到了高度重视。本期栏目通过检索和提炼大量国内外最新文献，就目前国际上最新的漏损检测技术进行了梳理，列举了多级支持向量机识别法、瞬变时间-频率分析法和基于累计求和和多尺度小波分析的组合方法三种新方法；同时介绍了国外管网漏损目标控制的评估方法和漏损控制管理策略的制定方法，为国内同行的漏损控制工作提供借鉴。
由于漏损控制需要投入大量的人力和物力成本，如管网的日常维护和修复、设备的改进和更替等，这必然导致更高的漏损控制目标将需要更高的运维成本，造成高昂的代价和与之不匹配的漏损控制收益之间的矛盾。因此，通过科学的经济学研究，寻找到最为适宜的漏损控制目标非常关键。最新的文献报道国外研究机构正在探索影子价格法和生命周期评估法在这方面的应用。
从经济学的角度来说，管网漏损控制策略的建立，最重要的环节是设定经济的漏损水平（ELL，Economic Level of Leakage）目标。ELL指的是减小漏损率所投入的边际成本和采取漏损减小措施所产生的效益相当时的漏损水平。然而在ELL的估算中往往忽视了漏损所造成的环境、资源和社会成本。因此英格兰和威尔士的水司专家提出了可持续的经济漏损水平（SELL，Sustainable Economic Level of Leakage）的概念以涵盖这些漏损造成的外延成本。SELL是指当控制漏损所投入的单位成本与自来水的单位成本（包括供水单位的内部成本和环境、资源等外部成本）相当时的漏损率水平，被用作判断现有条件下可有效改善城市水循环的可持续性和效率的最经济漏损控制目标。与国内存在差异的关键点在于，该概念在评价自来水单位成本时除了考虑其服务成本（即水的售价）外，还考虑了环境和资源成本。虽然欧洲的许多水资源管理政策和规定提出了在制定漏损控制策略时需考虑环境和资源成本的要求，但由于其并非由市场决定，在成本计算上存在一定难度，因此SELL的概念在决定最适漏损水平时仍较少被考虑。
智利的一项研究采用影子价格（shadow price，指非期望产出商品的价格）法来开展管网漏损经济评价方法的建立。根据2010~2014年智利22家水务公司的运行成本（如商业成本、能源成本、资源成本以及水处理成本等）、工人总数、总输水量以及漏损量等数据，通过计算管网漏损的影子价格来推算其消耗的环境和资源成本，并从水务公司、政府和社会三方面来分别计算分析方法的敏感性。结果表明，2014年漏损的平均影子价格约为0.23欧元/m3，即供水系统每损失1 m3的水，消耗的环境和资源成本约为0.23欧元，约占输水价格的31.7%。然而，不同的水务公司受地理位置、运营成本、经营状况等原因影响，算得的漏损影子价格差异较大；敏感性分析显示从水务公司角度、政府和社会角度计算得到的影子价格也不尽相同。
这项研究的核心价值在于提出了更为科学和经济的漏损控制目标的确定方法，有利于帮助政府制定配套的奖励机制来促使水务公司更有效地减小漏损率，放缓水资源的投资开发，同时也拓宽了水价制定的考量范畴，使其更为科学合理，值得国内供水行业借鉴。
降低管网漏损率对于水资源的可持续管理固然具有重要的意义和价值。而对于“是否有必要采取措施使其越小越好”的质疑，法国专家Pillot等根据环境保护的广义目标，提出了一个课题：为减少漏损率所采取的措施，如工程建设、设备运行等，同样会对环境造成一定影响；那对于法国这样一个大部分地区水资源充沛的国家来说，相比节省了水资源所带来的收益，减少漏损率的投入是否值得呢？或者说，将漏损率减少到何种程度时，两者加和的环境效益是最佳的呢？
研究采用生命周期评估（LCA，Life Cycle Assessment）法，对两方面的环境影响进行了比较：生产和供应当中未能最终到达用户而损失的水，以及为降低漏损率而采取的措施。LCA法根据四个步骤来评估环境影响：目的与范围确定、清单分析、影响评估和解释说明。研究根据法国一个自来水公司的实际案例，假设了一个含4个漏损控制阶段的场景，每个阶段的持续时间为五年，期间分别采取一定的常见漏损控制措施来使得供水效率（供水效率=1-年漏损量/年供水量）达到一定的标准；每一阶段的供水效率逐级提高，上一阶段所最终达到的标准为下一阶段的初始值。该场景的设置具体如图2所示。研究通过考量每一阶段所节约的漏损总水量、所用措施的生命周期、不确定度等，采用LCA法得到最终的评价结果比较。
结果表明，当管网的供水效率较低（如阶段一）时，实施控制漏损的措施对于生态系统、人体健康和资源保护，都有明显收益明显；而当供水效率超过一定值（约为65%）时，因系统不确定性的存在，很难对各方面的环境效益进行评估。
与影子价格法相似的是，该研究方法同样需要结合经济学和城市的特异性进行考量，对特定城市的评价结果于其他城市借鉴意义有限。然而其采用的研究和计算方法对于不同城市水系统管理的决策制定具有重要的参考意义。
管网漏损的控制受到经济、环境、技术、社会等诸多条件的限制，在具体漏损控制方案的制订和各种操作方案实施的优先级选择上，还需要考虑其成本、操作难度、有效性、结果不确定性、潜在冲突以及不同决策层的侧重等各方面的因素，是一项复杂工程。即便明确了最经济的控制目标，如果控制措施选择不当，或优先级排序不科学，都可能造成额外的成本投入，甚至给工程实施带来难度。最新文献显示，目前存在一种采用模糊层次分析法（Fuzzy AHP，Fussy Analytic Hierarchy Process）和逼近理想解的模糊排序法（Fuzzy TOPSIS，Fussy Technique for Order of Preference bySimilarity to Ideal Solution）所建立的漏损管理策略框架，对于我国及其他发展中国家在漏损控制策略的制订上具有可借鉴性。
巴勒斯坦一项研究采用“多目标决策分析”（MCDA，multi criteria decision analysis）的方法来建立漏损率管理的战略框架，并对水司不同部门的相关专业人员进行问询调查，对管网漏损控制所涉及的众多评判标准和操作方案进行重要性权衡，筛选出其中优先级较高的选项并进行排序，以供决策层制定相关控制策略时考虑。
首先，建立一个漏损管理的层级模型，将漏损率问题拆解成若干层面的子元素。第一层级为总体要达到的目标，即制定出合理的管网漏损管理策略。第二层级为为四个主要的评估标准，即经济标准、环境标准、技术标准和社会环境标准。第三层级为第二层级的延伸，是用来评估应对措施所达效果的具体标准，根据四个主要评估标准可分为：1）经济标准：产生的营收是否高（E1）、设备安装的成本是否小（E2）、运行维护的成本是否小（E3）、方案的有效周期是否长（E4）；2）环境标准：水资源的节约量和废物的减少量是否大（E5）、能源的节约量和温室气体的减排量是否大（E6）；3）技术标准：供水的稳定性是否高（E7）、方案的灵活度是否好（E8）；4）社会环境标准：方案对水价的提高是否大（E9）、方案对水质的改善程度是否大（E10）。第四层级为具体的措施方案：对未被用户报告的管网泄漏的识别和修复（A1）、对已报告泄露的修复（A2）、对管网运行压力的控制和管理（A3）、分区计量区域的建立（A4）、有选择性的管道定期更换（A5）、水表的安装和替换（A6）、管道修复质量的提高（A7）、违规用水行为的消除（A8）、先进技术的引进（A9）、公众管网漏损概念的普及和漏损反馈意识的提高（A10）。具体的层级结构如图3所示。
图3 漏损管理框架的层级结构示意图
其次，选择三组来自水司不同部门（水价制定部门、水资源可持续利用监察部门以及供排水部门）的专家，对第二层级和第三层级的标准对于上一层级标准的重要性分别进行两两比较（从两方等同重要，至其中一方相比另一方更为重要，共分为五个重要等级），并对第四层级所提措施方案的实现对于达成第三层级具体标准的有效程度进行判断（从无效至非常有效，共分为五个有效等级）。随后将五个评判等级的定性语言表达转化为具有确定值的定量三角模糊数（TFNs，triangular fuzzy numbers）。最后采用Fuzzy AHP和Fuzzy TOPSIS，套用三种不同的权重集结（WA，weight aggregation）模型（WA1~3）来计算得出不同标准和措施的优先级权重。
该项研究结果表明，第二层级的四个主要评判标准，将三个部门专家评估的重要性采用不同的权重集结模型进行排序，结果一致，按重要性由高到低为、依次为经济标准>技术标准>社会环境标准>环境标准；对第三层级具体评判标准的重要性进行排序，采用不同的权重集结模型得到的结果不尽相同，但部分结论一致，即方案的灵活性是否好（E8）排位第一，而环境标准下的两个具体标准（E5和E6）排位都很靠后。这可能和研究所调查的水司部门缺乏环境专业背景的专家有关。对不同措施方案的有效性进行综合计算后排序，供水系统水压的管理（A3）排在首位，其次是先进技术的引入（A9）和分区计量区域的建立（A4），而公众管网漏损概念和反馈意识的普及（A10）排在末位，这一结果和当地的部分实情一致。
MCDA方法在漏损率管理中的应用很好地为当地政府颁布和实施相关应对措施提供了依据，尤其是在缺乏充足的相关数据资料的发展中国家。
管网漏损控制工作，包含了漏损点的检测、漏损控制目标的确定以及漏损控制方案的制订等方面。针对这些环节调研了2016年以来国内外最新的研究成果或探索，汇总提炼了对我国水务行业有借鉴价值的若干技术和案例。据此分析认为，我国水务部门在正式实施管网漏损控制方案之前，加强对漏损控制最佳目标的论证，并用多层级的优先级评估方法来选择最合适的控制策略，或将对我国管网漏损控制工作带来更好的成效。
编
辑
札
记
针对我国城镇供水管网漏损情况普遍且严重的实情，《净水技术》杂志社从2016年四季度起开始着手调研了大量国内外最新的文献，结合对国内专家的访谈和拜访，筛选了一些已有一定研究成果和应用基础，也适用于我国国情的技术和案例。通过类似的最新技术信息汇编，以飨读者，减少一线技术人员检索文献、翻译文献的工作量。