廿一世纪供水漏损控制

2010-06-01台灣弓銓企業股份有限公司 黃佑仲董事長

廿一世纪供水漏损控制

作者:黄佑仲 台湾弓铨企业股份有限公司  董事长

     摘要 国际水协会漏控策略，至今广为世界各国所接受。其中标准水量平衡表不仅用以估算实质漏损水量，也是分析供水问题的有效工具。本文更以此說明产销差率的迷思。分区计量在 建立区域用水模式，进而推估破管漏损水量。根据漏损水量分析结果，以经济漏损量的观 念，拟定漏控策略。最后，提出 8 个与漏控相关之绩效指标，具体评估漏控成效。

关键词：标准水量平衡表，产销差率，分区计量，漏控策略，经济漏损量，绩效指标

 一、 前言
    「漏损控制」是本世纪供水行业的重要课题。漏损控制不仅在解决现有管网的漏损
问题；对于新设管网，更应将漏损控制列为重要的设计考量。尤其在经济快速发展的中国， 如何兼顾新旧系统的有效供水，是确保水资源永续发展的先决条件。
     窃水、水表误差、阀栓渗漏、管线漏水 … 等，供水漏损的原因很多，造成漏损的 程度也有很大的差異。到底那些是供水漏损的主要原因？漏损水量又是多少？这是不易回 答的问题。就算知道漏损情况，如何拟定经济有效的漏控策略，也是需要审慎考量、长远 规划的难题。有时做好水压管理（Pressure Management），就能达到相当程度的漏损改 善。有时必须投资大笔经费进行管线汰换（Asset Management），才能有效降低漏损情况。
     国际水协会（IWA；International Water Association）漏损项目小组（Water Loss Task Force）在 2003 年发表系列文章(1-8)，介绍廿世纪末至本世纪初，由英国主导的漏控策略。 该策略不仅在许多国家获得具体成效，就連美国自來水协会（AWWA；American Water Works Association）所属的研究基金会（AwwaRF），也說：「IWA 漏损项目小组所提出的 方法，为现今漏控領域最佳实施方案。」
     漏损控制是全球性议题。身为中国供水行业的一份子，更不能自绝于国际舞台。欣 闻中国城镇供水排水协会 设备材料工作委员会，计划于今年六月举办「第三届国际管网 漏损控制高层論坛」。会后并邀请国际漏控专家，主持为期三天的漏控培训课程。这在中 国供水行业中，实属难得。
 
     有感于设备材料委员会的用心，本文以 IWA 漏损项目小组所发表的系列文章为主
轴，摘要性整理一些重要的漏控观念。除了藉此抛砖引玉，更期待有心提升国内供水素质 的同业，以实际行动參与「第三届国际管网漏损控制高层論坛」。让我们共同为中国供水 行业的永续发展尽一份心力。

二、 标准水量平衡表
     IWA 标准水量平衡表（Standard Water Balance）不仅是一张窗体，更是分析漏损问 题的工具（表一）。它看似品管特性要因图（鱼骨图）与财务电子表格的综合体。藉由标准 水量平衡表，可以清楚掌握漏损因素及漏损水量，这是有效实施漏损控制的先决条件。 从标准水量平衡表，可以得到以下几个重要观念：
1.  将「用水」分成 9 个项目（表一 第四欄），并分别给予明确的定义。 在此同时也传达一个信息，就是除了 9 个用水项目之外，再也没有其它的用水方式。 换句话說，标准水量平衡表已将问题的框架定义清楚，我们只需依循此一框架，将每 个项目展开成各种可以测量或推估的细项即可。
2.  清楚定义「产销差水量」。
如果产销差水量等同于无收益水量（NRW；Non-Revenue Water），表一即可清楚定 义产销差水量的组成项目。避免水司之间因为定义不同，造成误解。
3.  标准水量平衡表是「质量不灭」计算公式。 所谓平衡，意指公式等号的兩边必需相等。取表一的第一欄及第三欄进行水量平衡计 算，得到下列公式：

系统供给水量＝计费合法用水量＋不计费合法用水量＋表观漏损＋实质漏损 … (1)

     如果 系统供给水量、计费合法用水量、不计费合法用水量、表观漏损 为已知，即可 由公式(1)，求得实质漏损水量。因此藉由标准水量平衡表的计算，可以估算实务上难 以测量的实质漏损水量。
 
表一、(a) IWA 标准水量平衡表(2)（原文）

 
表一、(b) IWA 标准水量平衡表（中文翻译）

三、 产销差率的迷思 产销差率是国内水司衡量漏控绩效的主要指标。产销差率看似简单易懂，但就标准水量平衡表的观点，可清楚看出其中隐含的迷思。根据产销差率的定义，计算公式如下： 产销差率 ＝ 无收益水量 ÷ 系统供给水量 … (2) 假设某供水系统因经济不景气，日供水量 20 万 CMD，产销差率 20 %。最近景气復
苏，许多工厂相继加班赶工，日供水量倍增为 40 万 CMD。在供水压力不变的情况下，不
计费合法用水量及实质漏损变化不大，至于表观漏损也是增加有限。就公式(2)而言，在系
统供给水量倍增的情况下，无收益水量并未等同增加。结果就是产销差率明显下降。如果
不计费合法用水量、实质漏损、表观漏损的变化量忽略不计，则产销差率只剩 10%。亦 即，在供水系统完全不变的情况下，用水量增加一倍，产销差率立即减半！
     以上，說明标准水量平衡表不只是计算漏损水量的方法，更是厘清供水问题的有效 工具。因为它是供水系统的「质量不灭定律」。

四、 分区计量
国内已有水司开始推广分区计量（DMA；District Metered Area）。方法不外测量夜 间最小流量（MNF；Minimum Night Flow），再根据 DMA 用水型态及 MNF 大小，分析漏 损情况。最后，据此决定是否进行检修漏措施。以上就是中国版的 DMA。
     依据 IWA 的观念，MNF 包括：用户夜间用水量及净夜间流量（NNF；Net Night Flow）。 而 NNF 又可分为背景漏水（Background Leakage）及破管漏水（Burst Leakage）兩种。 背景漏水是指：供水管网中给水配件所产生，难以侦测的微量渗漏。而破管漏水则是：供 水管网中因为管件破损所造成的可侦测漏水。过去直观上将漏水分成明漏与暗漏，如今改 以背景漏水及破管漏水來分析漏损问题，这是漏控观念的一大突破。
     图一为某 DMA 的 24 小时用水量曲线，图中可清楚看出用水量曲线是由用户用水量、 破管漏水量、背景漏水量，三部分组成。以 24 小时的观察时距，可假设破管漏水量及背 景漏水量为定值。如果经由实地测量或统计推估，取得用户夜间用水量。可进一步依据 N1 Step Test 的标准程序，求得 N1、背景漏水、破管漏水、设施条件因子（ICF；
Infrastructure Condition Factor）等重要參數。

                                     Time ( hour )
图一、24 小时 DMA 用水量曲线(5)
 
     求得每日 用户夜间用水量、背景漏水、破管漏水 參數后，紧接着描绘夜间最小流
量变化曲线（图二）。此时破管漏水将是造成曲线高低起伏的唯一因素。藉此，就能精准 掌握 DMA 的破管漏水量（可侦测并修復之漏损）。
     至于 N1，根据 FAVAD（Fixed and Variable Area Discharges）理論，N1 是水压管 理的重要指标（图三）。简言之，N1 值越大，DMA 实质漏损随着水压变化的程度就越大。
另外，ICF 是了解 DMA 管线狀况的重要指标。当 ICF 等于 1，表示 DMA 设施条件 正处于最低背景漏水的狀态（例如 新建置的供水管网）。换句话說，ICF 越大，DMA 的
设施条件越糟糕。

                                    Time ( day )
图二、DMA 夜间最小流量曲线图(5)

                     Ratio of Pressures ( P1 / P0 )
图三、供水压力与漏水量关系图(3)
 
五、 漏控策略与经济漏损量
     藉由 标准水量平衡表、因子分析（Component Analysis）、DMA 等技术，可以清楚 掌握供水系统的漏损情况。接着 IWA 针对实质漏损及表观漏损分别提出不同的漏控策略。
图四及图五，分别为实质漏损与表观漏损的四个漏控策略。首先我们要了解，不論 是标准水量平衡表或是漏控策略，IWA 都采年度水量结算。这就是图四及图五的漏控策略 图中，特别标明 Annual（年度）的原因。其次，兩图中央的矩形方块各由三部分所构成。 最核心的部分，不可避免年度实质漏损（UARL；Unavoidable Annual Real Losses）代 表以现今技术所能达到的供水系统最佳操作维护狀态时，依然存在的最低漏损水量。而不 可避免年度表观漏损（UAAL；Unavoidable Annual Apparent Losses）则是一个抽象概念， 它代表用尽各种漏控策略，所能达到的最低限度表观漏损水量。于是 UARL 与 UAAL，共 同筑起一道无法穿越的藩篱（图六）。
      由 UARL 或 UAAL 往外延伸，就是经济实质漏损量（ELRL；Economic Level of Real Losses）与经济表观漏损量（ELAL；Economic Level of Apparent Losses），兩者统称经 济漏损量（ELL；Economic Level of Leakage）。ELL 代表一个非常重要的观念：任何漏 控行为都必须付出代价。如何在「成本（漏控）」与「效益（减漏）」之间，找到最有利的 平衡点，这就是 ELL（图六）。

图四、实质漏损控制的四个策略(6)

 
图五、表观漏损控制的四个策略(7)

图六、漏损控制之成本效益图

六、 绩效指标
     没有计量，就没有管理。尤其供水行业漏损控制的实施绩效，不仅关系着国家水资
源政策的落实，也间接影响水价调整的社会观感。IWA 出版的 Performance Indicators for Water Supply Services (9)，将供水事业的绩效指标（Performance Indicator）分成六个群 组：水资源（Water Resources），人力资源（Personnel），设备（Physical），操作（Operational），服务质量（Quality of Service），经济与财务（Economic and Financial）。 表二是由 IWA 漏损项目小组推荐，与漏损控制相关的绩效指标。其中设施漏损指标（ILI； Infrastructure Leakage Indicator）是检视供水系统实质漏损狀况的代表性指标。它不但比 NRW（或产销差水量）客观，同时也是世界各国所公认，作为不同供水系统间相互比较 的漏控指标（图七）。
 
表二、漏控相关之绩效指标(8)

图七、美国及加拿大地区 20 个供水系统的 ILI 值(8)

七、 结論
1.  漏损控制绝不仅是派遣检漏人员，随处听音检漏。
2. 漏损控制涉及流体力学、管网建模、自动控制、通讯技术、量测技术、声纳、地理信 息系统、材料科学、统计技术、计算器科学、经济学、管理学 等，它是一门涵盖层面 相当广泛的系统科学。
3.  藉由 标准水量平衡表、因子分析、DMA 等技术，厘清漏损原因及漏损水量，才能对 症下药，拟定有效漏控策略。
4.  拟定漏控策略，应先估算所需付出的成本，及预期获得的效益。并以经济漏损量为目
标。除非政治考量，否则不应盲目追求毫无经济效益的漏控目标。
5.  IWA 只探讨漏控策略（Strategy），对于具体执行的战术（Tactic）层面，必须根据实 际狀况，拟定作业细节。
6. 有感于国内漏损控制的专业术语尚无统一翻译标准，在此保留原始图表的全貌，并注 明出处。一则在欠缺详细說明的情况下，讀者较能掌握原意。二來希望藉此触发讀者 阅讀原始漏控文件的兴趣，扩展国际视野。毕竟漏控的先进技术几乎都是英文资料。
7.  本文主要介绍 IWA 在漏损控制的重要观念。至于文中提及 DMA、N1 Step Test、 FAVAD、ICF、Component Analysis、ELL、ILI 等内容，碍于篇幅无法详细解說。建 议有心人士以參考文献为出发点，延伸阅讀。更期待能在六月举办的漏控培训课程中， 分享心得。

八、 參考文献

1.  IWA Water Loss Task Force, Practical Approach Initiatives to Water Loss Reduction, Water 21 (2003)
2.  IWA Water Loss Task Force, Assessing Non-Revenue Water and its Components：A Practical Approach, Water 21 (2003)
3.  IWA Water Loss Task Force, Managing Leakage by Managing Pressure – A Practical Approach, Water 21 (2003)
4.  IWA Water Loss Task Force, Leakage Detection Practices & Techniques – A Practical Approach, Water 21 (2003)
5.  IWA Water Loss Task Force, Managing Leakage by District Metered Areas, Water 21 (2003)
6.  IWA Water Loss Task Force, Assessing Real Losses, including Component Analysis and Economic Considerations：A Practical Approach, Water 21 (2003)
7.  IWA Water Loss Task Force, Apparent Water Loss Control, Water 21 (2003)
8.  IWA Water Loss Task Force, Best Practice Performance Indicators for Non-Revenue Water and Water Loss Component：A Practical Approach, Water 21 (2003)
9.  Alegre, H., Baptista, J. M., et al., Performance Indicators for Water Supply Services, IWA Publishing (2006)