供水水量平衡模型和服务性能指标系统

（上海市同济大学环境科学与工程学院  200092）

摘要：随着地球水资源日益不足、供水生产成本的日渐高涨以及不断加剧的能源紧缺，供水系统漏损控制问题受到国内外广泛关注。为了科学合理地衡量供水系统的漏损水平，结合国际水协建立的供水平衡模型和供水服务性能指标系统进行了分析。其中利用供水平衡模型对供水系统的水量组成进行了分类，利用供水服务性能指标系统从水资源、技术和经济方面表达了供水企业的漏损情况。最后结合我国某城市供水系统，进行了漏损量分析和计算，分析和计算结果可作为进一步进行漏损控制的依据。

关键词：国际水协  供水平衡模型  供水服务性能指标系统  漏损控制

1 引言

供水管网作为城市公共设施的一部分，对于保障城市的经济稳定发展以及人民生活水平的提高有着举足轻重的地位。随着地球水资源日益不足、供水生产成本的日渐高涨以及不断加剧的能源紧缺，用户对供水企业服务水平提高的迫切需求等，供水系统漏损控制问题受到国内外广泛关注。但由于各种因素的影响，供水管网水量的漏失造成了水资源的巨大浪费、加大了消费者负担，对环境也将产生负面影响。从图1可以看出，我国城市供水系统的漏损率在过去几年总体呈上升趋势，因漏损而流失的水量越来越大。

图1部分年份我国城市供水管道平均漏损率统计

    根据《城市供水统计年鉴》，2005年中国城市供水总量为308.15亿m³，漏损总量为55.53亿m³，漏损率为18.02%^[1]。该漏损总量比任何一个省区的城市总用水量都大（2005年供水量最大省份广东省，总用水量为54.35亿m³），同时也大于上海、广州、武汉和北京4座最大供水城市年用水量之和54.32亿m³（2005年这四座城市的供水量分别为26.71亿m³、13.44亿m³、7.13亿m³和7.07亿m³）。若将漏失率降至《城市供水管网漏损控制及评定标准（CJJ92-2002）》中规定的漏失率（即不应大于12%），并假设城市供水平均成本为1.00元/m³，则在2005年我国城市供水行业因漏损而造成的经济损失高达18.55亿元。可以看出合理分析漏损情况并采取必要漏损控制措施，已成为国内供水企业的迫切需求。

目前国内衡量供水管网漏损水平的方法主要采用漏损率和单位管长漏水量两个指标。在行业标准CJJ92-2002中漏损率定义为（年供水量 – 年有效供水量）/年供水量，而历年《城市供水统计年鉴》中采用的是（年供水量 – 年售水量）/年供水量，显然这两个定义是不同的；同时该指标仅仅体现了水资源利用情况，难以反映供水系统漏损技术情况，也难以用来评价配水系统的管理效率^[2]。单位管长漏水量定义为漏水量/(管道长度·时间)，通常认为这是一种衡量管网漏损水平较为合理的方法，但是该指标没有充分考虑接户管、供水压力对漏损量的影响。

为了科学合理地衡量供水系统漏损水平，将结合国际水协的供水平衡模型和供水服务性能指标系统进行分析。其中利用供水平衡模型对供水系统的漏损进行分类，利用供水服务性能指标系统，从水资源、技术和经济方面表达供水企业的漏损情况。最后以我国某城市的供水情况作为算例，说明了该分析方法的计算方式。

2 供水平衡模型

1996年国际水协成立了一个由英国、德国、日本、法国、西班牙和美国的供水专家组成的工作小组，经过三年时间考察，从不同用户的使用情况、漏损的组成等方面，建立了较为完整实用的供水平衡模型（见表1）^[3]。供水平衡模型的水量输入输出要素见图2。在该模型中，表观漏损是指由于用户水表计量误差，数据收集和分析中产生的误差，以及非法用水（未安装水表、安装水表并不使用、从消火栓取水等情况），给供水公司带来经济上损失的部分水量；其取值根据实际情况，可能是正值，也可能是负值。

表1 国际水协供水平衡模型（数据为算例计算结果，单位：万m³/年）

    供水平衡模型建立在供水统计数据基础之上，一般以一年为周期进行分析。分析步骤如下：

    步骤1：确定系统供水总量：包括本地取水量和外地引水量（栏A），其和为系统供水总量（栏B）；

    步骤2：确定向外售出水量、计量售水量和未计量售水量（栏F）；三者之和为收费水量（栏E），或称作售水量（栏G）；

    步骤3：系统供水总量减去售水量，得到未计费水量（栏G）；

    步骤4：确定计量免费水量和未计量免费水量（栏F）；总和为免费供水量（栏E）；

    步骤5：收费水量和免费供水量之和为有效供水量（栏D）；

    步骤6：系统供水总量与有效供水量之差为系统漏损水量（栏D）；

    步骤7：通过现场测试，可估计非法用水和计量（或数据处理）不准确性（栏F），其和为表观漏损（栏E）；

    步骤8：系统漏损量减去表观漏损，得到真实漏损（栏E）；

    步骤9：通过夜间流量分析、爆管频率/流量/历时计算、模拟等方式校验真实漏水量。

图2 供水平衡模型水量输入输出示意图（译自文献[3]）

3 供水服务性能指标系统

国际水协于1997年设置了一个工作小组，启动了供水系统服务性能指标系统的研究。该小组在工作进展中得到来自5大洲50多个国家有经验管理人员、运行人员和研究人员的协助^[4]。2000年7月工作小组正式完成了《供水服务的性能指标》一书，现在已成为供水企业的重要参考文献。国际水协的供水服务性能指标包含了水资源、人力资源、设施结构性能、运行状况、服务质量和财务状况等方面的指标。针对这些指标，在组织管理层次上又将其分为三个级别：

    1级指标（L1）：表达供水效率和效益的总体管理状况；

    2级指标（L2）：表达较为深入的管理信息；

    3级指标（L3）：表达管理水平上最为详细的管理信息。

在国际水协供水服务性能指标系统中，与漏损和未计费水量相关的指标包括无效供水率、系统漏损率、表观漏损率、真实漏损率、供水设施漏水指数、未计费用水率和未计费用水成本比等。它们所属的指标类型、级别、计量单位、定义见表2。

表2中的供水设施漏损指数考虑了系统不可避免真实漏损量。不可避免真实漏损指在当前技术水平及条件，无论采取什么技术手段很难避免的漏失水量^[5]。它主要来自管网附属机械设施的滴漏、不易发现的少量漏水和维修过程中的漏水等。因为在分析供水系统漏损情况时，从经济角度来看并非漏损值越低越好。漏损较大时，只需较少的检漏和维修费用就能降低较多的漏损水量；但当漏损值很低，尤其较大漏水点较少时，需要较多的人力和资金才能找到漏水点，经济效益较低，甚至出现得不偿失的情况，因此应允许有不可避免的漏水量。

表2 与漏水和未计费水量相关的供水服务性能指标

国际水协综合了世界上20多个国家的实测数据，得出了综合考虑供水系统干管长度、系统平均压力、进户管的总数以及进户管平均长度等因素的不可避免真实漏失量（UARL）计算方法：

UARL = (A × Lm/Nc + B + C × Lp/Nc) × P

式中A, B和C——由经验确定的参数，分别为18，0.80和25；

Lm——干管长度（km）；

Nc——接户头数；

Lp——进户管长度（km）；

P——平均压力（m）。

4 示例分析

以国内某中型城市在2005年的供水情况为例，说明国际水协供水平衡模型和供水服务性能指标在漏损分析中的应用。该市属亚热带季风气候，全年平均气温为16.8℃；供水系统服务人口26万；本地取水量为12.3万m³/d，外地引水量（原水）7.0万m³/d；向外地出售处理水量2.8万m³/d；2005年售水量数据包括居民生活用水963万m³，工业用水2418万m³，公共服务用水626万m³；供水干管（街道下的市政管道）长度为600 km，进户管（从市政管道接户头到用户水表）长度为380 km；市政管道接户头密度为80个/km干管，总接户头数为4.8万个；全年不间断供水，平均供水服务压力32 mH₂O；年运行成本计9452万元，免费水价和表观漏损水价按1.55元/m³计，真实漏损水价按0.50元/m³计。以一年为计算时段，供水平衡和供水服务性能指标计算如下。

（1）供水平衡计算

步骤1：确定系统供水总量

a.             本地取水量：12.3×365 = 4489.5万m³（栏A）

b.             外地引入未处理水量：7.0×365 = 2555万m³（栏A）

c.             外地引入处理水量：0 m³

d.             系统供水总量：4489.5 + 2555 = 7044.5万m³

步骤2：确定向外地售出水量、计量售水量和未计量售水量

  a. 确定向外地售出水量：2.8×365 = 1022万m³ (栏C和栏F)

  b. 确定计量售水量

    1）生活用水：963万m³

    2）工业用水：2418万m³

    3）公共服务用水：626万m³

    4）计量售水量：963 + 2418 + 626 = 4007万m³ (栏F)

c．      确定未计量售水量（按10%人口，人均用水220 L/cap·d计）：

        26×10%×220 L/cap·d×365/1000 = 209万m³（栏F）

d．     收费水量或售水量：1022 + 4007 + 209 = 5238万m³（栏E和栏G）

步骤3：确定未计费水量：7044.5 – 5238 = 1806.5万m³（栏G）

步骤4：确定免费水量

a. 确定计量免费水量

  1）供水企业自用水量：10万m³

  2）公共设施用水量：18万m³

  3）计量免费水量：10 + 18 = 28万m³（栏F）

b. 确定未计量免费水量

  1）冲洗、维修管道所用水量：3.2万m³

  2）新增管道储水：0.8万m³

  3）消防用水，2005年全市发生火灾119起，按每起火灾延时2 h，用水15 L/s计算：119×2×3600×15/(10000×1000) = 1.3万m³

  4）绿化和浇洒道路用水：32.7万m³

  5）未计量免费水量：3.2 + 0.8 + 1.3 + 32.7 = 38万m³（栏F）

c. 免费水量：28 + 38 = 66万m³（栏E）

步骤5：确定有效供水量：5238 + 66 = 5304万m³（栏D）

    步骤6：确定系统漏损水量：7044.5 – 5304 = 1740.5万m³（栏D）

步骤7：估算表观漏损量

      a. 估算非法用水量：改制需要根据长期统计数据分析获得，暂估为200万m³（栏F）

b. 用水计量和数据处理不准确性统计

        1）水表读数和记录误差（10%）：10%×（4007 + 28）= 403.5万m³

2）未计量有效用水误差（20%）：20%×（209 + 38）= 49.4万m³

3）用水计量和数据不准确性：403.5 + 49.4 = 452.9万m³（栏F）

      c. 计算表观漏损量：200 + 452.9 = 652.9万m³（栏E）

    步骤8. 确定真实漏损量：1740.5 – 652.9 = 1087.6万m³（栏E）

步骤9. 利用夜间流量分析、爆管频率/流量/历时计算，模拟等计算各项真实漏损量，并校验以上计算结果（见表1中的数据）的合理性。

    （2）供水服务性能指标的计算

      1）无效供水率：  = 15.4%

      2）漏损率：  = 362.6 m³/接户头/年

      3）表观漏损率：  = 136.9 m³/接户头/年

      4）真实漏损率：  = 620.8 L/接户头/日

      5）供水设施漏损指标：  = 15.9

      6）未计费用水率：  = 25.6%

      7）未计费用水成本比：  = 17.5%

由以上数据分析可以看出，水资源利用上有15.4%的水被消耗；运行情况中漏损率为362.6 m³/接户头/年，表观漏损率为136.0 m³/接户头/年，真实漏损率为620.8 L/接户头/日，供水设施漏损指标为15.9（远大于1，需要加强供水管网的漏损控制）；财务指标上有25.6%的水量未得到计费，总未计费用水成本占总年运行成本的17.5%。

5 结束语

通过将国际水协供水平衡模型和供水服务性能指标相结合，可以从水资源利用、运行管理和财务方面更好地表达供水系统的漏损问题。计算结果便于在各供水企业之间，以及本企业历年供水情况之间进行比较。

通过对水量构成的合理分类，便于寻找供水系统漏损控制的原因。例如表观漏损的进一步分析，可以判断其主要原因是来自非法用水，还是来自水表计量误差、数据传输或者数据分析误差；对真实漏损的进一步分析，可以判断在漏损控制中需要采用压力优化技术、加大检漏频率，还是需要采用改善系统的修复和替换技术。

    对于不可避免漏损量计算公式中的参数，供水水量构成分类、指标的计算方公式以及数据的统计分析等，仍需要在实践应用中进一步探索，以寻找更加适合中国国情的供水系统漏损量分析方法。

参考文献

[1] 中国城镇供水协会. 城市供水统计年鉴. 2006.

[2] 中华人民共和国行业标准. 城市供水管网漏损控制及评定标准（CJJ92-2002）.

[3] Lambert, A. O., and Hirner, W.H. (2000). Losses from water supply system: standard terminology and performance measure. IWA the Blue Pages.

[4] Alegre, H. (2002). Performance indicators as a management support tool. Urban water supply handbook (Mays, L.W. edit). McGraw-Hill, 9.1-9.73.

[5] 杨丰华. 产销差供水（NRW）控制30问. 中国水网：http://www.h2o-china.com/Report/

guanwang/index.asp（2006年4月8日）.

作者简介：李树平，同济大学环境科学与工程学院副教授，电话021-65982697，Email: lishuping@tongji.edu.cn，上海市四平路1239号，200092.