廿一世紀供水漏損控制

2010-06-01台灣弓銓企業股份有限公司 黃佑仲董事長

廿一世紀供水漏損控制

作者:黃佑仲 台灣弓銓企業股份有限公司  董事長

     摘要 國際水協會漏控策略，至今廣為世界各國所接受。其中標準水量平衡表不僅用以估算實質漏損水量，也是分析供水問題的有效工具。本文更以此說明產銷差率的迷思。分區計量在 建立區域用水模式，進而推估破管漏損水量。根據漏損水量分析結果，以經濟漏損量的觀 念，擬定漏控策略。最後，提出 8 個與漏控相關之績效指標，具體評估漏控成效。

關鍵字：標準水量平衡表，產銷差率，分區計量，漏控策略，經濟漏損量，績效指標

 一、 前言
    「漏損控制」是本世紀供水行業的重要課題。漏損控制不僅在解決現有管網的漏損
問題；對於新設管網，更應將漏損控制列為重要的設計考量。尤其在經濟快速發展的中國， 如何兼顧新舊系統的有效供水，是確保水資源永續發展的先決條件。
     竊水、水表誤差、閥栓滲漏、管線漏水 … 等，供水漏損的原因很多，造成漏損的 程度也有很大的差異。到底那些是供水漏損的主要原因？漏損水量又是多少？這是不易回 答的問題。就算知道漏損情況，如何擬定經濟有效的漏控策略，也是需要審慎考量、長遠 規劃的難題。有時做好水壓管理（Pressure Management），就能達到相當程度的漏損改 善。有時必須投資大筆經費進行管線汰換（Asset Management），才能有效降低漏損情況。
     國際水協會（IWA；International Water Association）漏損專案小組（Water Loss Task Force）在 2003 年發表系列文章(1-8)，介紹廿世紀末至本世紀初，由英國主導的漏控策略。 該策略不僅在許多國家獲得具體成效，就連美國自來水協會（AWWA；American Water Works Association）所屬的研究基金會（AwwaRF），也說：「IWA 漏損專案小組所提出的 方法，為現今漏控領域最佳實施方案。」
     漏損控制是全球性議題。身為中國供水行業的一份子，更不能自絕於國際舞台。欣 聞中國城鎮供水排水協會 設備材料工作委員會，計畫於今年六月舉辦「第三屆國際管網 漏損控制高層論壇」。會後並邀請國際漏控專家，主持為期三天的漏控培訓課程。這在中 國供水行業中，實屬難得。
 
     有感於設備材料委員會的用心，本文以 IWA 漏損專案小組所發表的系列文章為主
軸，摘要性整理一些重要的漏控觀念。除了藉此拋磚引玉，更期待有心提昇國內供水素質 的同業，以實際行動參與「第三屆國際管網漏損控制高層論壇」。讓我們共同為中國供水 行業的永續發展盡一份心力。

二、 標準水量平衡表
     IWA 標準水量平衡表（Standard Water Balance）不僅是一張表單，更是分析漏損問 題的工具（表一）。它看似品管特性要因圖（魚骨圖）與財務試算表的綜合體。藉由標準 水量平衡表，可以清楚掌握漏損因素及漏損水量，這是有效實施漏損控制的先決條件。 從標準水量平衡表，可以得到以下幾個重要觀念：
1.  將「用水」分成 9 個項目（表一 第四欄），並分別給予明確的定義。 在此同時也傳達一個信息，就是除了 9 個用水項目之外，再也沒有其它的用水方式。 換句話說，標準水量平衡表已將問題的框架定義清楚，我們只需依循此一框架，將每 個項目展開成各種可以測量或推估的細項即可。
2.  清楚定義「產銷差水量」。
如果產銷差水量等同於無收益水量（NRW；Non-Revenue Water），表一即可清楚定 義產銷差水量的組成項目。避免水司之間因為定義不同，造成誤解。
3.  標準水量平衡表是「質量不滅」計算公式。 所謂平衡，意指公式等號的兩邊必需相等。取表一的第一欄及第三欄進行水量平衡計 算，得到下列公式：

系統供給水量＝計費合法用水量＋不計費合法用水量＋表觀漏損＋實質漏損 … (1)

     如果 系統供給水量、計費合法用水量、不計費合法用水量、表觀漏損 為已知，即可 由公式(1)，求得實質漏損水量。因此藉由標準水量平衡表的計算，可以估算實務上難 以測量的實質漏損水量。
 
表一、(a) IWA 標準水量平衡表(2)（原文）

 
表一、(b) IWA 標準水量平衡表（中文翻譯）

三、 產銷差率的迷思 產銷差率是國內水司衡量漏控績效的主要指標。產銷差率看似簡單易懂，但就標準水量平衡表的觀點，可清楚看出其中隱含的迷思。根據產銷差率的定義，計算公式如下： 產銷差率 ＝ 無收益水量 ÷ 系統供給水量 … (2) 假設某供水系統因經濟不景氣，日供水量 20 萬 CMD，產銷差率 20 %。最近景氣復
甦，許多工廠相繼加班趕工，日供水量倍增為 40 萬 CMD。在供水壓力不變的情況下，不
計費合法用水量及實質漏損變化不大，至於表觀漏損也是增加有限。就公式(2)而言，在系
統供給水量倍增的情況下，無收益水量並未等同增加。結果就是產銷差率明顯下降。如果
不計費合法用水量、實質漏損、表觀漏損的變化量忽略不計，則產銷差率只剩 10%。亦 即，在供水系統完全不變的情況下，用水量增加一倍，產銷差率立即減半！
     以上，說明標準水量平衡表不只是計算漏損水量的方法，更是釐清供水問題的有效 工具。因為它是供水系統的「質量不滅定律」。

四、 分區計量
國內已有水司開始推廣分區計量（DMA；District Metered Area）。方法不外測量夜 間最小流量（MNF；Minimum Night Flow），再根據 DMA 用水型態及 MNF 大小，研判漏 損情況。最後，據此決定是否進行檢修漏措施。以上就是中國版的 DMA。
     依據 IWA 的觀念，MNF 包括：用戶夜間用水量及淨夜間流量（NNF；Net Night Flow）。 而 NNF 又可分為背景漏水（Background Leakage）及破管漏水（Burst Leakage）兩種。 背景漏水是指：供水管網中給水配件所產生，難以偵測的微量滲漏。而破管漏水則是：供 水管網中因為管件破損所造成的可偵測漏水。過去直觀上將漏水分成明漏與暗漏，如今改 以背景漏水及破管漏水來分析漏損問題，這是漏控觀念的一大突破。
     圖一為某 DMA 的 24 小時用水量曲線，圖中可清楚看出用水量曲線是由用戶用水量、 破管漏水量、背景漏水量，三部分組成。以 24 小時的觀察時距，可假設破管漏水量及背 景漏水量為定值。如果經由實地測量或統計推估，取得用戶夜間用水量。可進一步依據 N1 Step Test 的標準程序，求得 N1、背景漏水、破管漏水、設施條件因子（ICF；
Infrastructure Condition Factor）等重要參數。

                                     Time ( hour )
圖一、24 小時 DMA 用水量曲線(5)
 
     求得每日 用戶夜間用水量、背景漏水、破管漏水 參數後，緊接著描繪夜間最小流
量變化曲線（圖二）。此時破管漏水將是造成曲線高低起伏的唯一因素。藉此，就能精準 掌握 DMA 的破管漏水量（可偵測並修復之漏損）。
     至於 N1，根據 FAVAD（Fixed and Variable Area Discharges）理論，N1 是水壓管 理的重要指標（圖三）。簡言之，N1 值越大，DMA 實質漏損隨著水壓變化的程度就越大。
另外，ICF 是瞭解 DMA 管線狀況的重要指標。當 ICF 等於 1，表示 DMA 設施條件 正處於最低背景漏水的狀態（例如 新建置的供水管網）。換句話說，ICF 越大，DMA 的
設施條件越糟糕。

                                    Time ( day )
圖二、DMA 夜間最小流量曲線圖(5)

                     Ratio of Pressures ( P1 / P0 )
圖三、供水壓力與漏水量關係圖(3)
 
五、 漏控策略與經濟漏損量
     藉由 標準水量平衡表、因子分析（Component Analysis）、DMA 等技術，可以清楚 掌握供水系統的漏損情況。接著 IWA 針對實質漏損及表觀漏損分別提出不同的漏控策略。
圖四及圖五，分別為實質漏損與表觀漏損的四個漏控策略。首先我們要瞭解，不論 是標準水量平衡表或是漏控策略，IWA 都採年度水量結算。這就是圖四及圖五的漏控策略 圖中，特別標明 Annual（年度）的原因。其次，兩圖中央的矩形方塊各由三部分所構成。 最核心的部分，不可避免年度實質漏損（UARL；Unavoidable Annual Real Losses）代 表以現今技術所能達到的供水系統最佳操作維護狀態時，依然存在的最低漏損水量。而不 可避免年度表觀漏損（UAAL；Unavoidable Annual Apparent Losses）則是一個抽象概念， 它代表用盡各種漏控策略，所能達到的最低限度表觀漏損水量。於是 UARL 與 UAAL，共 同築起一道無法穿越的藩籬（圖六）。
      由 UARL 或 UAAL 往外延伸，就是經濟實質漏損量（ELRL；Economic Level of Real Losses）與經濟表觀漏損量（ELAL；Economic Level of Apparent Losses），兩者統稱經 濟漏損量（ELL；Economic Level of Leakage）。ELL 代表一個非常重要的觀念：任何漏 控行為都必須付出代價。如何在「成本（漏控）」與「效益（減漏）」之間，找到最有利的 平衡點，這就是 ELL（圖六）。

圖四、實質漏損控制的四個策略(6)

 
圖五、表觀漏損控制的四個策略(7)

圖六、漏損控制之成本效益圖

六、 績效指標
     沒有計量，就沒有管理。尤其供水行業漏損控制的實施績效，不僅關係著國家水資
源政策的落實，也間接影響水價調整的社會觀感。IWA 出版的 Performance Indicators for Water Supply Services (9)，將供水事業的績效指標（Performance Indicator）分成六個群 組：水資源（Water Resources），人力資源（Personnel），設備（Physical），操作（Operational），服務品質（Quality of Service），經濟與財務（Economic and Financial）。 表二是由 IWA 漏損專案小組推薦，與漏損控制相關的績效指標。其中設施漏損指標（ILI； Infrastructure Leakage Indicator）是檢視供水系統實質漏損狀況的代表性指標。它不但比 NRW（或產銷差水量）客觀，同時也是世界各國所公認，作為不同供水系統間相互比較 的漏控指標（圖七）。
 
表二、漏控相關之績效指標(8)

圖七、美國及加拿大地區 20 個供水系統的 ILI 值(8)

七、 結論
1.  漏損控制絕不僅是派遣檢漏人員，隨處聽音檢漏。
2. 漏損控制涉及流體力學、管網建模、自動控制、通訊技術、量測技術、聲納、地理信 息系統、材料科學、統計技術、計算機科學、經濟學、管理學 等，它是一門涵蓋層面 相當廣泛的系統科學。
3.  藉由 標準水量平衡表、因子分析、DMA 等技術，釐清漏損原因及漏損水量，才能對 症下藥，擬定有效漏控策略。
4.  擬定漏控策略，應先估算所需付出的成本，及預期獲得的效益。並以經濟漏損量為目
標。除非政治考量，否則不應盲目追求毫無經濟效益的漏控目標。
5.  IWA 只探討漏控策略（Strategy），對於具體執行的戰術（Tactic）層面，必須根據實 際狀況，擬定作業細節。
6. 有感於國內漏損控制的專業術語尚無統一翻譯標準，在此保留原始圖表的全貌，並註 明出處。一則在欠缺詳細說明的情況下，讀者較能掌握原意。二來希望藉此觸發讀者 閱讀原始漏控文件的興趣，擴展國際視野。畢竟漏控的先進技術幾乎都是英文資料。
7.  本文主要介紹 IWA 在漏損控制的重要觀念。至於文中提及 DMA、N1 Step Test、 FAVAD、ICF、Component Analysis、ELL、ILI 等內容，礙於篇幅無法詳細解說。建 議有心人士以參考文獻為出發點，延伸閱讀。更期待能在六月舉辦的漏控培訓課程中， 分享心得。

八、 參考文獻

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)