通过恢复供水管网减少水的损失外文翻译资料

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通过恢复供水管网减少水的损失

摘要

物理损失或实际损失可表示为配水管网（WDN）中发生的水损失的最重要组成部分。本研究的目的是探讨管道材料管理和管网修复对配水管网物理水损失和水损失管理的影响。为此，选择了代尼兹利配水管网作为研究区域，该区域由已经耗尽其经济寿命的非常旧的管道组成。由于现有管网陈旧，压力强度降低，破坏强度增大，水资源利用效率低下，导致改造方案的应用。在代尼兹利，自2009年以来，根据重建方案开展了管网更新工程。确定已完成管网更新建设区域的故障率降至零水平。管道材料的更新可使泄漏损失和故障率降至最低。另一方面，如果将管网更新的初始投资成本与新旧系统的运行成本以及水损失成本一起考虑，那么系统修复有可能在很短的时间内自行摊销。因此，可以说，更新配水系统中的管道材料，提高系统的物理性能，为提高水和能源效率以及更有效地利用资源作出了重大贡献。

关键词： 无收益水量；水损失管理；配水系统；管网修复；。

1.引言

由于各种原因导致配水管网（WDNs）发生故障，导致漏水形式的水损失。水损失或无收益水（NRW）可以从最一般的意义上定义为给予系统无法收取任何费用的水（Xin et al，2008)。无收益水量可以计算为进入系统的水量总量与注册客户已开具发票的合法消耗的水量之差。无收益水的体积的主要部分是由于物理损伤导致的管网泄漏，表现为物理损失（Farleyand Trow，2003）。无收益水量的另一个组成部分称为“表观或商业损失”，其中包括所有类型的水表错误和非法使用等部分组成。（Thornton et al，2008；Frauendorfer and Liemberger，2010；Kanakoudis andTsitsifli，2010a；Kanakoudidis et al，2013;Mutikanga et al，2013；Kanakoudis and Tsitsifli，2014 ；Kanakoudisand Muhammetoglu，2014 ; Kanakoudis and Gonelas，2014 ; Kanakoudis et al，2014 ；Kanakoudis et al，2015a； Kanakoudis et al . 2015b； Kanakoudis and Gonelas 2016a ; Kanakoudis et al . 2016 ) 。为了减少管网泄漏和损失，需要对物理损失的原因进行充分的研究和分析。影响因素例如管道长度可以用一般术语表示材料、管道直径、长度和使用年限、管网工艺质量、管网现状、压力变化、交通荷载和振动、地下水位和土壤性质。（Kanakoudis 2004a ; Wang et al . 2009)。为了防止物理损失，实施压力管理、主动控制泄漏、维修速度和质量以及管道材料的管理选择和更换等四个非常重要组成部分。这些组成部分中的一个应用不足可能会导致系统中物理损失的增加（Farley and Trow，2003；Mutikanga et al，2013。Gonelasand and Kanakoudis，2015 ；Kanakoudis and Gonelas ，2015；Gonelas and Kanakoudis ，2016；Kanakoudis and Gonelas ，2016b）。文献中有各种方法和工具可用于防止水流失，减少和渗漏（Lambert and Hirer，2000；Wang et al ，2001；Colombo et al，2009；Tabesh et al，2009 ；Kanakoudis and Tsitsifii，2010b ；Wu et al ，2010；Nicolini et al ，2011 ) 。Nazif et al，（2010）建议采用基因藻类优性方法对配水系统进行调节，以最大限度地减少水的损失和故障率。Korkana et al，（2016a）应用遗传算法方法将水分配系统划分为DMA系统。Korkana et al，（2016b）利用遗传算法将配水系统划分为多个决策单元。 Karadirek et al（2012）致力于通过使用减压阀将物理损失降到最低，物理损失是水损失的最重要组成部分之一。为此，安塔利亚供水网络在土耳其被划分为区域计量区域，并通过监控与数据采集系统监测流量和压力值。Kanakoudis and Gonelas ( 2016c )和Gonelas and Kanakoudis ( 2016 )应用压力管理方法来减少配水管网中的漏水和无收益水量。Islam et al ，( 2012 )提出了基于模糊规则的管理方法，用于估计配水管网中的泄漏可能性。为此，考虑了可能对泄漏产生直接或间接影响的因素。Alkasseh et al ，( 2013 )将供水系统的统计分析和最小夜间流量模型用于水损失分析。为此，在饮用水分配系统中大量使用旧管道的地区，对诸如主动泄漏控制，压力管理和维修质量等区域计量组件进行了24小时流量和速率测量和监测。泄漏随着故障率的增加而增加特别是在使用管道已实现其使用寿命并降低压力强度的地区。（Kanakoudis and Tolikas ，2001 ; Kanakoudi，2004b；Kanakoudis and Tolikas，2004；Eliades and Polycarpou，2012 ；Francisque et al ，2014 ) 。与管道材料管理有关的决策（例如，更换故障管道或更换管网）应给定以下变量，例如管网中的失效强度，运营成本以及管网中管道的性能（Giustolisi et al，2006）。Christodoulou（2012）强调，只有在发生故障时才更换管道和更换已达到其经济寿命的管网的备选方案应进行分析和详细讨论，以应对物理损失。Mutikanga et al ，( 2011）强调在与水损失的斗争中应考虑所有组成部分，因此，战略规划非常重要。多标准决策方法是研究压力管理、主管道连接，以减少水损失，同时兼顾经济、环境、技术和社会影响。另一方面，报告还指出，管网故障的数量以及系统中发生的泄漏可能通过更新管网和创建压力计量区域来最小化或防止。（Thornton et al ，2008 Frauendorfer and Liemberger ，2010 ) 。管网更新需要大量的投资，尽管它具有许多优点，例如，从长远来看降低管网的故障强度，减少泄漏和运营成本，以及及时向用户供水（Wang et al）。但是，管网的更新将具有重要的贡献，例如水管理部门可以生产较少量的水，向客户提供足够数量的优质的水，最大程度地减少客户的抱怨并降低管网的运营成本。这项研究的目的是检验管道材料管理和管网修复，配水管网中的物理损失和水损失管理的效果。为此，已经选择了代尼兹利配水管网作为应用领域。以评估并比较了代尼兹利配水管网更新之前和之后的故障强度，失水率和运行条件。

无收益水量

实际损失构成了配水管网中无收益水量比率的重要组成部分（Farley and Throw ，2003）。 高水平的实际损失导致出现许多意想不到的情况，如需要新的水源，而生活水资源不足，增加了系统的运行成本和由于水中断的客户投诉，等等。当前系统的状态、环境因素和系统压力等变量在确保检测和减少泄漏的方法和工具获得成功方面发挥着重要作用(Mutikanga et al，2013)。配水管网中发生的大部分泄漏未到达地面，被称为未报告泄漏。这些泄漏可通过应用现场执行的主动泄漏控制方法进行检测。对上述实际损失成分进行适当的分析，确定的应用方法对于检测和防止在供水系统中发生的泄漏的成功率是有效的。图一显示了分析物理损失时建议使用的四个基本内容（Farley and Trow 2003；Mutikanga et al，2013）。压力管理和主动泄漏控制的应用在管道材料陈旧，压力强度降低以及强度与其他环境因素相比下降的情况下，给水管理带来了巨大的成本和劳动力负担（Farley and Liemberger ，2005）。另一方面，在管道系统发生故障的地方更换管道，并继续使用旧管道向街道的其他部分提供维修服务。这是故障干预中常用的方法，当劳动或材料成本高时，它对于防止管网其他部分的泄漏是不够的。因此，系统中使用的管道材料的质量直接影响其他方法的应用和成功以及所获得的结果。根据上述评估，应用所有组件以确保在配水系统中防止管网渗漏并提供良好的失水管理系统非常重要（Farley and Trow，2003；Farley et al，2008; Mutikanga et al，2013）。

研究区域

代尼兹利市位于爱琴海地区的土耳其西部，拥有55万人口。代尼兹利市中心供水的最大水资源可以列为戈皮纳泉、德林德泉，巴斯克伊斯拉菲尔泉。除了这些资源外，许多水资源或流量较低的泉水也可以给供水系统供水。戈皮纳泉的平均流量为665L/s，距市中心约14公里。德林德泉的平均流量为195L/s，距离市中心约15公里。过去几年没有巴斯克伊斯拉菲尔泉的测量值，只有2010和2011年的测量值。根据这些测量值，平均流量为40L/s。其他泉水则由山脉收集的水组成，因此它们的季节性流量有所不同。这些泉水在管网的设计和运行过程中，通过与管网的存储和管网连接，被纳入了代尼兹利市政供水系统。在2012年3月由代尼兹利市进行的测量中确定，除了戈皮纳泉、德林德泉，巴斯克伊斯拉菲尔泉之外，所有泉水的总瞬时流量约为352.6L/s,约占总泉流量的22%。代尼兹利市位于地下水位高的地区。在城市的边界内，有许多井是由省银行、DSL和代尼兹利市政府挖出来的。这些井通过许多不同的连接方式为城市管网和蓄水池供水。其中一些井全年都在使用，而大多数则是在夏季的几个月里用于饮用，此时水需求增加，泉水流量减少。根据这些假设，代尼兹利活跃井的总流量为1271 L/s。在代尼兹利的市政边界内有许多蓄水池。目前的蓄水池之间的连接非常复杂，因为它们是在不同的城市不同的时期建造的，而且大多数都没有项目。总共有92个蓄水池，其中64个正在积极使用。总共有78230msup3;容积，使用容积为71650msup3;。即使目前使用的蓄水池可以满足城市的需求。但是它们将无法满足计划在城市西部的开发区的需求。这一不足是在进行压力区域研究时确定的，并建议在城市的这些区域建造11个蓄水池。研究区域的总体外观如图2所示。

图1实际损失管理的成分分析

代尼兹利配水管网的当前状态

IWA/AWWA建议采用标准水平衡表，以确定配水管网中出现的漏损率，并监测系统性能。在该水平衡表中，将系统中发生的平均损失和实际损失划分为子成分，并相应地确定无收益水量比率。由于在代尼兹利市改造项目实施前的2010年之前，代尼兹利配水系统的入口没有流量计，并且无法进行现场测量。进入系统的水量无法精确知道。因此IWA水预算表无法完全填写。然而，由于系统的物理条件较差，故障数量众多，导致无收益水量相当高。

如果考虑到代尼兹利配水系统由不同的抽水泵和重力供水，则水耗损失率的降低对于能源成本和无收益水量都非常重要。人们认为，通过改造代尼兹利市的供水网络，通过重力将水分配到可能用于需要抽水的地区。对蓄水池间的输水线路进行了动态建模，并对蓄水池间的输水进行了控制。对于本研究，计划的蓄水池主要用于容纳现有的体积和高程，而预计的蓄水池则以确定的体积和高程进行建模。现有蓄水池之间的传输线是根据过去项目获得的运营计划转移到模型中的。德尼兹利目前的供水系统最严重的问题之一是蓄水池之间的流量没有得到控制。因此，即使城市的资源位于足够的高度，它们也不能供给高海拔的蓄水池，而水总是流向低海拔的蓄水池。举例说明，虽然可以通过重力给巴哈切利勒水库供水，但由于上述原因，水是通过201泵站输送到这个蓄水池的，图2)。为了解决这一问题，并确保蓄水池之间的水以安全的方式提供，提出并设计了使用流量控制阀(FCV)来控制蓄水池的入口。这样，两个蓄水池都在一定范围内波动，并定期提供水源水的存储。经检测，当系统按上述原理运行时，可以控制水流。因此，巴塞利夫勒水库的输水系统已经由泵站供水，改变为直径700毫米的水源连接线，并通过重力将其输送至巴塞利夫勒水库。

根据一定的变量进行评价，以了解旧系统的现状和运行状况，然后重点研究管网更新对水漏损的影响。旧系统的总长度为181.200米，其中83%是石棉水泥管(ACP10% PVC，其余7%是PIK材质的管)。对该地区铺设该系统管道的年份进行了检查，确定Plk管道在1955-1960年铺设，ACP管道在1975-1980年铺设，PVC管道在1990 -2000年铺设。当考虑这些数据时，可以观察到系统中的管道相当老旧，它们的强度由于压力和其他环境因素而下降。故障数量的增多，直接影响着系统的运行成本。对系统中的故障记录进行分析，以评估应用区域旧管网的运行状况。为了进行故障分析，仅考虑自发的主线故障。为此，首先将在系统内部发生的故障标记为具有坐标的地图，如图3所示。

图3 研究区域

图3中蓝色填充区域所示的区域表示应用管网恢复图的区域。从图中可以看出，由于管网的物理条件，配水管网的故障强度相当高，并且可以观察到在用蓝色填充表示的缓冲区处的故障强度更大。因此，代尼兹利配水管网的再利用项目从该地区开始建设。图3中给出的故障包括发生在网络和服务连接上的故障可以看出，目前的配水系统中，服务连接的数量通常比其他干线的故障数量要多。这可以解释为主网管和建筑物之间的服务连接是由用户自己和故障造成的。通常发生在这些地区，是因为低质量的材料和劳动力的使用。代尼兹利配水管网改造前，该地区多年来管网干线故障密度的变化如图4所示。

当确定区域边界时，在管网长度和客户密度较大的区域，区域长度较短；在这些值较低的区域，

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