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摘要：针对港区面积广、建港年代久远、管线种类繁多、数据来源多样化等原因，提出利用信息技术管理港区管线实时监测数据，解决港区地下管线监管困难、数据不全和共享困难的问题，提高港区地下管线精细化、智能化管理的水平。选取天津港南疆港区示范区域，从数据组织、漏损控制、软硬件监测终端建设等方面进行研究和应用，提高了港区地下管线的运行效率。应用表明，将信息化手段应用到港区地下管线管理工作中，可提高地下管线管理水平，改善港区给水管线“跑冒滴漏”现象，缓解水资源浪费的问题。
一、引言
给水管网在使用一定年限后管道、管件及其附属设施都有发生漏水的可能，引起管网漏损因素较多，原因复杂，往往是一种或多种因素共同作用的结果，可归纳为给水管网内部原因及外部因素影响。内在因素包括管材质量、管道接口等因素，外在因素包括压力过大、埋深、施工及环境等因素，同时管网维护不到位、日常巡检不及时等因素也会造成渗漏、暗漏，可能因发现延迟而演变为大型爆、折管漏水事故。针对以上给水管网漏损的现象，目前主要的检漏方式分为被动检漏法和主动检漏法。被动检漏法是地下管道漏水冒出地面后发现漏水的方法，此法优点是设备资金少、管理费用低，缺点是需要人力大，同时暗漏和漏水点不是冒水点的明漏无法及时发现。主动检漏法则是采用各种检漏方法及相应仪器，主要采用的方法包括音听检漏法、相关仪检测法、区域装表法、全面声音检测法、不间断流量检测法、干管流量分析法等，现行的漏损检测技术有简单的视觉观察和具有复杂的仪器、装备和理论的听音器、传感器管、示踪器等复杂技术和模型检测技术，但每种方法都有其局限性[1]。GIS和SCADA软件的应用都比较成熟[2]，但在很多实际给水系统管理应用中，GIS和SCADA软件都是作为单独的软件平台参与给水管理，无法发挥两者功能互补的优势。随着给水管理对信息化水平要求的提高，结合GIS静态数据和SCADA动态数据的管理平台成为给水管理平台发展的趋势，如何有效地将两种数据相融合，通过GIS技术和SCADA技术的功能互补，提高给水管理系统信息化水平是关键。本文研究基于智能水表采集数据的基础上，综合使用区域装表法作为基本检测方法，通过GIS和SCADA系统技术的集成实现对给水管网的在线监测，创建给水管网实时监测系统，实现漏损检测的自动化与实时化。
二、研究方案
1．区域范围
示范区域的数据分析至关重要，充分考虑管线分布适合管网分区，管点特征点和相关附属物类型完备和长期的运营数据表明该区域存在明显漏损情况等因素，选取天津港南疆港区石化小区为示范区域，面积约870m2．
2．数据组织
参照管线基础数据的分类、采集、整理、编码等数据标准，对港区管线信息资源进行管理并实现数据资源的共享与交换。以给水管线为例，管线类型包括管线、水表井、阀门井、消防等信息，实时监测数据包括传感器信息、监测设备状态、流量、压力等数据。根据地下管线数据标准属性和使用要求设计三类数据库，（1）基础信息数据，用于描述港区自然地理要素和人工结构物、设施空间及属性特征，包括地形要素数据及各类相关数据；（2）管线管点数据，包括示范区域段的给水管线、管点及相关附属设施，按照空间点、线、面数据结构进行管理；（3）动态监测数据，将采集的压力、流量及传感器状态信息数据进行统一管理，包括传感器位置、流量、压力和状态信息等，实现对管线数据的统一管理组织。
3．漏损控制方案研究
要通过区域装表法进行漏损检测就要在区域内组建分区计量区域（DistrictMeteredArea），DMA分区计量系统的组成是由流量计、数据存储、数据传输、接收设备及系统软件组成，通过对管道内流体的流量和压力实时监测数据并远传到控制中心的计算机，根据所测数据对区域内漏损情况做出漏损评估。主要步骤如下：（1）DMA分区，DMA分区对每个区域进行流量测量，根据流量的变化情况来判定是否存在漏水。本文对于选取示范的封闭区域，根据主干管网和水表位置划分DMA分区，按照进水管段和出水管段的流量误差来判定是否存在漏水，采用DMA分区计量数据记录，监测该区域的流量和压力数据，判断漏水区域。（2）传感器选点，对DMA内的漏损情况进行分析，就需要对验段内的主干管道、支管道进行流量监控，在必要点位进行压力数据采集。在明确管径、材质、埋深、供电、信号等情况下，结合现场的环境情况构建管网的分流、入户管段管点的拓扑关系。（3）数据采集传输，传感器设备安装后进行数据的采集与传输，不同的点位的传感器情况不同。有的点位只有流量采集设备，有的点位只有压力采集设备，而还有一些点位同时有多种传感器设备。将传感器的信号数据进行分类收集，接入到中控机中，中控机对数据的采集间隔设置、离线存储、数据压缩、数据传输频率设置、数据传输方式等进行设置。（4）分析方法，通过建立的给水管网动态模型及拓扑关系模型，根据现场各传感器采集的实时数据，结合管网的拓扑关系模型，考虑数据传输的延时性，以及采集终端的测量误差等因素，设定动态预警参数，得出是否漏损及漏损量大小、漏损的区域定位。本文分析方法包括四种类型，1）DMA区域定位，当一个单入口的DMA区域内的流入流量与流出流量不匹配时，认为该区域处于漏损状态；2）流量突变，对于管网爆管出现时较容易判断，爆管位置在流量突增处；3）压力突变，根据压力监测点的变化及降低程度可判断管网有无漏损发生及漏损强度，当监测点压降值较小时，表明有渗漏发生，当监测点压降较大时，可判断为爆管出现；4）漏损比变化分析，根据对每段时间内DMA分区漏损比例进行监测，当发现漏损比发生突变，代表发生新的漏损情况。
三、建设内容
本文采用的实时数据监测方案分为硬件设备建设和软件平台建设两大部分，整体采用四层体系结构，设备层包括传感监测仪表、控制执行设备等，控制层负责控制设备指令的实施，运算层根据设备层与控制层的传输数据与控制指令，进行数据的分析与运算，及时发现和确定事故的大致方位，信息层提供信息服务与资源共享。
1．监测终端
充分利用港区给水管网中的智能水表，加装传感器改造升级，匹配相应的遥测终端，采集压力及流量数据上传服务器。非智能水表的监测点，依据现场施工条件，安装压力变送器及流量监测装置，匹配相应的遥测终端，采集压力及流量数据上传服务器，如图2所示。通过水表监测硬件的安装和提升，实现了港区给水管网实时流量、压力等信息数据的采集，为应用分析提供基础的信息支撑。
2．监测软件
结合终端采集和分析数据，构建给水管线实时监测、问题预警和应急处置的平台软件[5]，如图3所示，功能设计包括以下四个部分：（1）管网数据展示，对选定区域的管线展现并绘制流向；（2）集成给水管线压力遥测终端并将终端数据展示；（3）对有问题的管线数据进行预警分析并进行展现；（4）提供管线分析辅助功能如流向分析、爆管分析等。
四、应用总结
通过港区给水管线实时监测信息技术研究，在天津港南疆港区典型示范区成功开展应用，结合港区管线管理的实际，建立了完备的动态管理档案。利用传感器终端采集设备和软件分析平台，对给水管网进行实时的数据监测，初步解决了给水管线跑冒滴漏和维护困难等问题，实现智能感知、实时监控预警、应急处置等。研究成果为天津港地下管网的养护、维修等提供重要的数据信息，能够有效减少成本投入，也能为突发性管网事故提供应急信息。
参考文献
[1]耿为民.给水管网漏损控制及其关键技术研究[D].2004.
[2]苏志刚，周文，李进强.基于GIS和SCADA集成的智慧供水在线监测系统的设计[J].测绘通报，2013（S2）：74-79.
[3]李晓华，魏占锋.利用DMA分区技术降低管网漏损率[J].给水排水，2016，52（S1）：270-272.
[4]刘锁祥，赵顺萍，曹楠等.供水管网漏损控制研究和实践[J].中国给水排水，2015，31（10）：22-25.
[5]李鹏，付苑婷.供水管网综合信息服务平台的设计与实现[J].中国给水排水，2013，29（08）：21-25.
作者:李冉 毕金强 韩雪 单位:天津港(集团)有限公司 交通运输部天津水运工程科学研究所