Введение: Зонный учет DMA трансформирует управление утечками от эмпирического подхода к точным расчетам
С марта 2023 года по июнь 2025 года водоснабжающая компания одного из городов центрального региона Китая совместно с компанией Yicai Technology реализовала проект по зонному учету DMA и контролю утечек в водопроводной сети старого города. Проект охватил площадь 12,8 кв. км, постоянное население 236 тыс. человек, 49 тыс. абонентов с приборами учета, и затронул 1862 км муниципальных водопроводных сетей. До начала реализации, в 2022 году общий объем водоснабжения в этом районе составил 98,5 млн куб. м, объем реализованной воды — 80,1 млн куб. м, объем утечек в сети — около 18,4 млн куб. м, уровень утечек — 18,7%, разница между выработкой и отпуском — 21,4%.
После завершения проекта в районе было сформировано 186 зон DMA третьего уровня и 42 зоны контроля второго уровня, установлено 268 точек онлайн-учета расхода и 312 точек мониторинга давления. К июню 2025 года уровень утечек снизился до 10,9%, ежегодная экономия воды составила около 6,42 млн куб. м, количество прорывов труб сократилось на 43%, среднее время локализации утечек уменьшилось с 72 до 18 часов. Данный пример показывает, что контроль утечек в сети требует комплексного и скоординированного подхода, включающего зонирование, учет, анализ данных и замкнутый цикл ремонтных работ.
Контекст проекта: структурные проблемы, лежащие в основе высоких утечек в старом городе
Старый город является старейшим жилым и коммерческим смешанным районом города со сложной сетью подземных коммуникаций. В водопроводной сети доля трубопроводов, эксплуатируемых более 30 лет, достигает 61%, при этом сохраняется высокая доля серого чугуна, оцинкованной стали и раннего предварительно напряженного железобетона. Статистика 2022 года показывает, что на трубопроводах диаметром DN100 и выше в среднем происходит 2,7 явных или скрытых утечек на километр в год, при этом утечки особенно сконцентрированы в ответвлениях некоторых старых жилых районов.
Операционные данные показывают, что утечки не являются единичными инцидентами. В 2022 году среднесуточное водоснабжение в районе составляло 269,9 тыс. куб. м, а средний расход в ночное время с 0 до 4 часов утра все еще достигал 31,2 тыс. куб. м, что значительно выше, чем в новых городских районах аналогичного масштаба. Водоснабжающие предприятия ранее проводили акустический поиск утечек вручную и осуществляли аварийно-восстановительные работы по факту, однако из-за отсутствия данных зонного учета было сложно определить, поступают ли утечки из магистральных труб, внутриквартальных ответвлений, либо являются результатом незаконного потребления, пожарного или полива зеленых насаждений.
Утечки также создают прямое давление на затраты. Комплексная стоимость производства воды на данной станции составляет около 1,68 юаня/куб. м, стоимость закупки воды из внешних источников — 0,92 юаня/куб. м. При объеме утечек в 2022 году, составившем 18,4 млн куб. м, прямые потери водных ресурсов превысили 30 млн юаней. Местные власти требуют снизить уровень утечек в сетях общественного водоснабжения до примерно 10% к 2025 году, поэтому водоснабжающая компания сделала зонный учет DMA основным инструментом системного управления.
Технические трудности: отсутствие данных, сложные границы и недостаточная точность учета
Первой проблемой проекта стала неполнота базовых данных. Часть трубопроводов в старом городе была построена в 1980-х годах, исполнительная документация отсутствует или не соответствует фактическому состоянию, ранние данные ГИС охватывают только магистральные трубы, примерно по 34% ответвлений отсутствует информация о диаметре, материале и глубине залегания. Проверка выявила 217 участков с ошибочными атрибутами из 1862 км трубопроводов, а из 1327 задвижек 286 имеют затруднения с открытием/закрытием или перекрыты колодцами.
Второй проблемой стала сложность герметизации границ водоснабжения. Старый город имеет кольцевую систему водоснабжения от нескольких источников, 3 насосные станции повышения давления и 2 водонапорные башни осуществляют перекрестное водоснабжение, некоторые жилые кварталы питаются одновременно от двух муниципальных труб. Принудительное закрытие задвижек может повлиять на давление в концевых точках; если их не закрыть, учет DMA не будет отражать реальные утечки. Проект потребовал пересмотра границ и настройки измеряемых точек входа и выхода при условии обеспечения безопасности водоснабжения.
Третьей проблемой стали точность учета и анализ минимального ночного расхода. Зонный учет DMA обычно использует минимальный ночной расход для оценки фоновых утечек, однако в старом городе присутствуют такие помехи, как ночное пополнение резервуаров, мойка дорог, полив зеленых насаждений и испытания пожарных гидрантов. В некоторых трубопроводах малого диаметра ночная скорость потока ниже 0,03 м/с, обычные механические счетчики воды подвержены погрешностям при низких скоростях потока, что снижает точность оценки утечек.
Четвертой проблемой стала разрозненность данных. Данные о расходе, давлении, аварийных работах, снятии показаний и выручке хранятся в разных системах без единых временных меток и пространственных кодов. На начальном этапе проекта ручная проверка месячного водного баланса для одного DMA занимала от 3 до 4 дней, что затрудняло отслеживание внезапных утечек. Без создания автоматизированного канала передачи данных зонный учет оставался бы лишь на уровне составления отчетов.
Решение: трехуровневое зонирование DMA, онлайн-учет и система анализа водного баланса
В проекте используется архитектура «первый уровень — учет на выходе с станции, второй уровень — контроль районов, третий уровень — диагностика DMA». Учет первого уровня использует магистральные трубы на выходе с водопроводной станции и входы/выходы насосных станций повышения давления для общего контроля объема; учет второго уровня охватывает 42 района для ежемесячного контроля; учет третьего уровня охватывает 186 DMA, каждый DMA в среднем обслуживает площадь 0,069 кв. км, около 1270 абонентов, максимум — не более 2500, минимум — не менее 300 абонентов.
Что касается средств учета, в проекте установлено 268 онлайн-электромагнитных расходомеров, из них 86 точек учета на магистральных трубопроводах от DN300 до DN800 и 182 точки учета на ответвлениях от DN100 до DN200. На магистральных точках учета используются электромагнитные расходомеры класса точности 0,5, на ключевых точках контроля — оборудование класса 0,2; на ответвлениях в зависимости от диаметра и скорости потока выбираются электромагнитные или ультразвуковые расходомеры, а для сценариев с низким ночным расходом проводится калибровка на малых потоках.
В части мониторинга давления установлено 312 датчиков давления, охватывающих благоприятные и неблагоприятные точки каждого DMA, частота дискретизации изменена с 15 до 5 минут. В части границ зон построено или модернизировано 412 колодцев с задвижками, заменено 286 неисправных задвижек, закрыто 97 необязательных соединительных участков, а на специальных трубопроводах для пожаротушения и полива установлены независимые средства учета или умные гидранты, чтобы обеспечить формирование единого или контролируемого входа и выхода для каждого DMA.
В части платформы данных создана платформа управления зонным учетом DMA, интегрирующая данные о расходе, давлении, снятии показаний, выручке, заявках на аварийные работы и ГИС сети. Согласно структуре водного баланса IWA, платформа разделяет общий объем водоснабжения на легально учитываемое потребление, легально неучитываемое потребление, кажущиеся потери и физические утечки. Ежедневно для каждого DMA формируются такие показатели, как минимальный ночной расход, объем утечек на единицу длины трубы, объем утечек на единицу обслуживаемой площади и коэффициент соответствия давлению.
Процесс реализации: от обследования сети до замкнутого цикла эксплуатации
Первый этап — обследование сети и управление данными, с марта по июль 2023 года. Техническая группа завершила проверку 1862 км трубопроводов, скорректировала 86 тыс. атрибутов участков, добавила информацию по 1264 ответвлениям, отремонтировала или перекалибровала 1327 задвижек. На этом этапе была сформирована базовая «единая карта», послужившая основой для проектирования границ зон.
Второй этап — пилотная проверка, с августа 2023 года по январь 2024 года. Для проекта был выбран район Чаоянцзе, где создано 8 DMA, установлено 46 расходомеров и 52 точки контроля давления. После двух месяцев пилотной эксплуатации минимальный ночной расход в районе Чаоянцзе снизился с 28,6 до 17,2 куб. м/ч. В частности, в DMA03 ночной расход стабилизировался на уровне 9,4 куб. м/ч, с помощью акустического коррелятора была локализована скрытая утечка под трубопроводом из серого чугуна DN300, после ремонта суточный объем утечек сократился примерно на 456 куб. м.
Третий этап — полномасштабное строительство, с февраля по декабрь 2024 года. Проект реализовывался по принципу «сначала границы, потом внутренняя сеть, сначала магистрали, потом ответвления», завершена установка средств учета и герметизация границ для 186 DMA. Из 268 учетных колодцев 194 были смонтированы в ночное время, время работ на одной точке контролировалось в пределах 6 часов. После установки каждого расходомера проводились 72-часовые тесты на дрейф нуля и сравнительная калибровка.
Четвертый этап — оптимизация эксплуатации и замкнутый цикл управления утечками, с января по июнь 2025 года. Платформа внедрила процесс «мониторинг — оповещение — проверка на месте — ремонт — верификация». В первой половине 2025 года было сгенерировано 217 оповещений об утечках, подтверждено 139 физических утечек, 31 случай кажущихся потерь, 9 случаев незаконного потребления и 38 случаев аномального потребления для пожарных нужд или полива. Точность раскопок при ремонте достигла 86%, среднее время локализации утечек сократилось до 18 часов.
В части управления давлением проект внедрил регулирование снижения давления для 12 DMA с высоким уровнем утечек, снизив ночное давление водоснабжения со среднего значения 0,34 МПа до 0,28 МПа, при этом гарантируя, что давление в наиболее неблагоприятной точке будет не ниже 0,16 МПа. После оптимизации давления минимальный ночной расход в этих DMA снизился в среднем на 12,4%. Также проект внедрил систему ежемесячного аудита водного баланса для проверки объемов по показаниям счетчиков, выручке и неучитываемому потреблению, чтобы избежать ошибочных выводов из-за погрешностей учета.
Верификация данных и конечные результаты: снижение уровня утечек с 18,7% до 10,9%
Эффективность проекта подтверждена данными непрерывной эксплуатации в течение 12 месяцев. До модернизации, в 2022 году, общий объем водоснабжения в районе составил 98,5 млн куб. м, объем реализованной воды — 80,1 млн куб. м, объем утечек — около 18,4 млн куб. м, уровень утечек — 18,7%, разница между выработкой и отпуском — 21,4%. К концу 2024 года общий объем водоснабжения составил 97,65 млн куб. м, реализованной воды — 84,12 млн куб. м, объем утечек — 12,51 млн куб. м, уровень утечек — 12,8%.
После пересчета данных эксплуатации за период с января по июнь 2025 года на годовой показатель, общий объем водоснабжения составил около 97,2 млн куб. м, реализованной воды — 83,6 млн куб. м, объем утечек — около 10,6 млн куб. м, уровень утечек — 10,9%. В структурном отношении объем физических утечек снизился с примерно 15,2 млн куб. м до примерно 8,3 млн куб. м, сократившись на 6,9 млн куб. м; кажущиеся потери снизились с примерно 3,2 млн куб. м до примерно 2,3 млн куб. м.
Из 186 DMA в 121 уровень утечек составил менее 10%, что составляет 65,1%; в 47 DMA уровень утечек находится в диапазоне от 10% до 15%; все еще в 18 DMA из-за плохого состояния материалов сети или ограниченных условий строительства уровень утечек превышает 15%, они включены в план обновления и реконструкции на следующий год. Количество прорывов труб в районе снизилось с 312 в 2022 году до 178 в первом полугодии 2025 года, что в пересчете на полугодие соответствует снижению примерно на 43%.
В части качества обслуживания коэффициент соответствия давлению в сети вырос с 96,2% до 99,1%, количество жалоб на низкое давление снизилось со средних 47 до 12 в месяц. Полнота данных онлайн-учета достигла 99,3%, доступность данных о расходе и давлении удовлетворяет требованиям повседневного диспетчерского управления. В части экономической эффективности, при комплексной стоимости производства воды 1,68 юаня/куб. м, ежегодная экономия воды в 6,42 млн куб. м соответствует экономии затрат на производство воды в размере примерно 10,78 млн юаней, инвестиции в проект составили около 68 млн юаней, статический срок окупаемости инвестиций — около 6,3 лет.
Выводы для отрасли и перспективы: зонный учет DMA требует долгосрочного механизма эксплуатации
Данный пример показывает, что ценность зонного учета DMA заключается не в установке отдельных устройств, а в формировании системы управления, которая «поддается зонированию, учету, диагностике и замыканию цикла». Ключевыми факторами успеха проекта стали: первоначальное завершение обследования сети и управления данными перед определением границ зон; обоснованный выбор средств учета в зависимости от диаметра трубы и скорости потока; совместный анализ минимального ночного расхода с данными о давлении, заявках и выручке; создание механизма проверки на месте и верификации ремонта после получения оповещений.
Глядя в будущее, контроль утечек в городских водопроводных сетях будет развиваться в направлении детализации, работы в реальном времени и управления активами. С развитием технологий акустического мониторинга, анализа переходных процессов давления, цифровых двойников и интеллектуального учета, зонный учет DMA сможет перейти от «диагностики на уровне суток» к «диагностике на уровне часов» и реализовать прогнозирование рисков утечек. Практика участия таких технологических компаний, как Yicai Technology, в данном проекте показывает, что только долгосрочная интеграция зонного учета с обновлением сетей, управлением давлением и механизмами эксплуатации позволит городским системам водоснабжения достичь баланса между безопасностью, энергоэффективностью и устойчивостью.
