供水漏损控制系列之五：认识计量分区（DMA）
建立DMA的准则包括：大小（或者支管的数量）、需要关闭阀门的数量、需要安装水表的数量、地面高程情况，以及可作为DMA边界的清楚可见的地形特征等
供水企业管理人员可利用最小夜间流量（MNF）和合法夜间流量（LNF）来计算净夜间流量（NNF），连同表观漏损，来确定DMA的无收益水量
一般来说，对一个开放系统的无收益水量（NRW）的管理方式是被动的，因为只有当漏损变得显而易见或者被公众报告后才能进行相关的漏控工作。一个更有效的方法是进行积极的无收益水量管理策略，成立专责小组主动去寻找管网漏失点，如泄漏、蓄水池溢流及非法接管等。
唯有采取分区的概念，积极的无收益水量管理才可行。亦即将整体的系统划分成若干较小的子系统，单独计算出每个子系统（即每个区）的无收益水量。这些小的子系统即是计量分区（District Metering Area, DMA），各分区应该是水力独立的，这样供水企业管理人员才能计算出每个计量分区的漏损水量。
DMA的设计是非常主观的，同一个管网由不同的工程师所做出的设计方案并不见得相同。工程师通常使用一套准则来建立一个初步的DMA设计方案，当然该方案必须经过现场实测或利用管网建模进行验证。
这套准则包括：
➤ DMA的大小（例如：支管的数量——通常在1000条到2500条之间）；
➤ 为隔离DMA而必须关闭的阀门数量；
➤ 用来计量DMA流入和流出水量的水表数量（水表需求数量越少，DMA建立的成本就越低）；
➤ DMA内陆面高程及压力的变化情况（区域地面越平坦，压力越稳定，压力控制越容易）；
➤ 利用清楚可见的地形特征作为DMA的边界，如河流、排水渠、铁路、公路等。
将一个开放的系统划分成一系列DMA，必须采取关阀措施或者加装水表来隔离某一区域。这个过程可能会影响DMA本身及其周边地区系统的压力。因此供水企业必须确保所有用户的供水压力和用水时间不受到损害。
利用一个经过校验的供水管网水力模型模拟可能的DMA设计，可以在不影响用户用水的情况下，对系统压力和流量进行分析。然而，许多供水企业并没有现成的经过校验的供水管网水力模型。与其花费一年甚至更久的时间来等待水力模型的构建，还不如现在就开始把管网中一些易于隔离的区域（如独立的供水区域）建成DMA。
在建立DMA时，供水企业应该限制进水口的数量，这样有助于减少水表的安装费用。要做到这一点，就必须永久关闭一个或多个边界阀门，才能确保水表的数据准确反映DMA的总进水量。
如果预算受限，供水企业应该首先建立5000条以上支管的面积较大的计量分区。随后再将这些区中无收益水量较大或管道工程较长的分区细分成1000条或更少支管的DMA，如图下图所示。
对于每个DMA，供水企业管理人员都应该制定一个详细的操作手册，用来指导将来DMA管理团队的供水管理。该操作手册包含：DMA管网图；水表、压力控制阀及边界阀门的定位图；DMA计费数据库的副本。该手册是一个工作文件，操作数据要不断更新，包括如下信息：
➤ 流量和压力曲线图
➤ 漏失逐级测试数据
➤ 漏失位置
➤ 非法接管位置
➤ 合法夜间流量的测试数据
➤ 压力约束因子测试数据
DMA一旦建立，就成为了监测和管理无收益水量的两大组成部分（真实漏损和表观漏损）的工具。DMA的无收益水量计算方式如下：
DMA无收益水量 = DMA的总进水量 - DMA总收费水量
多数DMA不包含任何水库或主干管，因此在分析DMA的真实漏损水量时，这些组件通常不考虑在内。DMA的真实漏损水量实际上是指该区内干管和用户支管的管道漏损水量。漏失如果发生在干管或管道接头的小孔或裂缝处，则会全天24小时持续漏水。相反，若漏失发生在用户支管，则漏失水量随着用户全天需水量的变化而变化。在早晚供水高峰时漏失水量最多，在夜间大多用户都在睡觉没有用水的时候漏失则最少。因为夜间是用户用水量最小的时候，而干管的漏失是连续的，供水作业人员应该在夜间时段监测漏失水量。下图显示的是一个典型的以居民生活用水为主的DMA的流量变化曲线图。
为了估算DMA的漏失水平，经营者应该计算出系统的净夜间流量（NNF），其值是用最小夜间流量（MNF）减去合法夜间流量（LNF）得到的。最小夜间流量是指一个周期（以24小时为一个周期）内的最小流量，通常发生在大多用户都不用水的夜间。最小夜间流量可通过数据记录装置或用流量曲线图直接测得。尽管在夜间用户需水量是最小的，但是供水作业人员仍然需要考虑到少量的合法夜间流量，也就是夜间用户需水量，如冲厕、洗衣机用水等。
如果一个系统有100%的水表安装率，则合法夜间流量的计算是通过测量DMA内每小时所有非住宅的夜间流量和一小部分（如10%）住宅水表记录水量得到的。然后按照升/小时或升/秒的单位来估算总合法夜间流量。如果系统没有实现100%的用户水表安装率，供水作业人员可依据人均夜间用水量估算合法夜间流量。供水企业管理人员应该对DMA内的所有住宅和非住宅用户进行调查，然后确定每个用户类型（住宅、工业、商业及其它类型用水）连接的支管总数量。根据其它有100%用户水表安装率区域的数据，估算出每个用户类型的夜间流量系数，然后乘以每个类型的支管数量，得到总的合法夜间流量。
为了确定净夜间流量水平，也就是计算夜间流量中直接归结于漏失的部分，需要用记录的最小夜间流量减去合法夜间流量。即：
净夜间流量（NNF）=最小夜间流量（MNF）- 合法的夜间流量（LNF）
系统中的漏失水量与压力成正比。在24小时内，DMA的平均压力与进入DMA的流量一样，随时在改变。由于系统中沿程水头损失的存在，使压力与流量成直接的比例关系，因此当DMA内流进流量最低时，系统内压力最高（如下图）。这是因为沿程水头损失与流速成正比，因此当流量较低时，管道内的流速也较低，产生的水头损失也较小。
因此，在最小夜间流量期间计算出来的净夜间流量或漏失水量不能代表24小时周期内的真正漏失水量。供水企业管理人员还必须确定一个压力因子，也叫T因子，然后运用净夜间流量建立一个真实的24小时平均漏失水量。T因子的计算方法是利用数据记录仪记录一个周期（24小时）的压力值，然后利用这些测量数据计算出24小时的平均压力值，将这个平均压力值与最小夜间流量时段内的系统压力值相比，就得到T因子的值。
DMA的无收益水量可以用进水量减去记录的用水量来得到。以无收益水量减去漏失量来计算表观漏损水量，计算式如下：
表观漏损水量 = 无收益水量（NRW）- 净夜间流量（NNF）
一旦确定DMA具有显著的表观漏损，供水企业管理人员应该调查水表是否出现故障或被破坏，以及是否存在非法接管。管理人员也可以对DMA的每个用户进行一系列的调查以确定所有用户都包含在计费数据库内，拜访所有用户并逐一检查每户的水表。
DMA初步建成后，供水企业管理人员应该对无收益水量、净夜间流量以及表观漏损水量进行初步的计算，并确认主要影响项目。一旦无收益水量减低到可接受的水平，运营人员就应该建立DMA进水量的监控体制。最简单的形式是每月抄收一次水表的累积流量值。然而，安装数据记录仪来记录流量数据可以反映出更详细的数据，包括每天的净夜间流量，从而能对系统进行更精确的修正。最后，当表观漏损水量达到最低水平时，净夜间流量实际上已相当于无收益水量。每天的净夜间流量可绘制成对时间的变化曲线图，来监控DMA的无收益水量（如下图）
上图显示出DMA的无收益水量持续增长，其增长速率的主要取决因素包括管网年份和状况、系统压力以及非法接水和被破坏水表的数量。对多数供水企业而言，对DMA不断进行漏失检测和用户调查工作的团队工作效率不佳。因此，监测团队应该设置一个“干预界限”，即无收益水量达到什么水平是不可接受的。一旦达到干预界限，就应该出动团队执行检测和解决漏损。通常来说，一旦供水企业管理人员调派工作团队进入DMA，就能在2-4周内降低无收益水量水平。然后，管理人员应该确保对无收益水量水平进行监测，直到再次达到干预水平。这种程序是对现有DMA的最佳管理模式。
本文节选自国际水协管网漏损控制专家组（IWA Water Loss Specialist Group）专家Malcom Farley先生等编著的《The Manager's Non-Revenue Water Handbook - A Guide to Understand Water Losses》一书。该书由候煜堃博士等人翻译整理为《无收益水量管理手册-供水管网漏损控制指南》，由同济大学出版社出版。