前言

全文約一萬三千字，預(yù)計閱讀時長70min，推薦轉(zhuǎn)發(fā)收藏，好文章值得慢慢閱讀。

Leakage 2005 - Conference Proceedings

如何計算供水管網(wǎng)的經(jīng)濟(jì)合理漏失量？

Calculating Economic Levels of Leakage

D Pearson*, S W Trow**

* David Pearson Consultancy Ltd, Cliff Road, Acton Bridge, Cheshire, UK (david.dpc@btinternet.com)

** Trow Consulting Ltd, The Vineries, Chester-le-Street, Durham, UK (stuarttrow@aol.com)

關(guān)鍵詞 ：漏失控制、經(jīng)濟(jì)漏失水平、減壓

摘要

文章概述了由國際水協(xié)會漏損工作組（IWLTF）英國小組開發(fā)的一種計算供水管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)漏失水平的方法。

? 將每種主要的漏失控制方法標(biāo)簽為短期或長期因素，并提出了一種通過比較每項活動的邊際成本和邊際價值來確定最優(yōu)方案的方法。在實踐中，這些活動被整合到一個被稱為“擠壓盒子（squeezing the box）”的流程中。

? 分析各項漏失控制活動之間的相互作用，同時將漏失管理與其他以提高供水長期可靠性的需求管理方案進(jìn)行比較。

? 介紹英國的漏失管理的歷史與經(jīng)驗，并將其與世界其他地區(qū)通常遇到的情況進(jìn)行比較。

? 總結(jié)推薦的經(jīng)濟(jì)漏失水平（ELL）計算方法論。

Part. 01

引言

供水系統(tǒng)的水損失常常被行業(yè)外的人士視為是不可接受的。環(huán)保人士和監(jiān)管機(jī)構(gòu)對這一損失水平表示擔(dān)憂，并認(rèn)為應(yīng)當(dāng)能夠?qū)崿F(xiàn)更低的漏失水平。然而，任何一家水務(wù)公司都必須在現(xiàn)有的運(yùn)營預(yù)算內(nèi)運(yùn)作。如果預(yù)算不足，就需要獲得額外的資金補(bǔ)充，漏失控制的成本可能相當(dāng)高。因此，水務(wù)公司會在漏失控制的成本與其帶來的收益之間追求一種經(jīng)濟(jì)上的平衡。在許多領(lǐng)域，這種在成本與收益之間取得平衡的理念都非常普遍，且“經(jīng)濟(jì)運(yùn)行水平”這一概念在很多行業(yè)中也早已司空見慣。

經(jīng)濟(jì)漏失水平（ELL）這一概念可以追溯到幾十年前，一直以來，都有同行在嘗試的給出一個實用的定義和計算方法論。然而，此前的一些方法往往混淆了可用的各種漏失管理手段所產(chǎn)生的影響。在過去15年間，通過英國在這方面的大量投資及取得的成果，我們才對所有相關(guān)問題有了更加深入的認(rèn)識。

當(dāng)前，關(guān)于經(jīng)濟(jì)漏失水平（ELL）的思考基于這樣一種認(rèn)知：每一項旨在降低漏失的舉措都遵循收益遞減規(guī)律；投入的資源越多，所獲得的額外邊際價值就越低。正是基于這一認(rèn)識，形成了一種新的方法論，在該方法論中，每項活動都采用相似的方式進(jìn)行分析，以將其邊際成本與其他相關(guān)活動的邊際成本以及該供水區(qū)域內(nèi)的水的邊際成本進(jìn)行比較。

Part. 02

ELL 的時間框架

現(xiàn)在普遍認(rèn)為，在考慮經(jīng)濟(jì)漏失水平時有兩個時間維度，即短期和長期。經(jīng)濟(jì)學(xué)家對這兩個概念的定義（Parkin, 2005）如下：
◆ 短期：是指在這一時期中，至少有一種投入要素的數(shù)量是固定的，而其他投入要素的數(shù)量則可以變化。

◆ 長期：是指在這一時期中，所有投入要素的數(shù)量都可以變化，并且可以引入新的投入要素。

通常引用的例子（以制造業(yè)為例）會將勞動力、材料和動力視為可以在短期內(nèi)加以變動的因素，而工廠產(chǎn)能只能在長期才能改變。這實際上是一個投資決策的問題，而非日常經(jīng)營開支的問題，這決定了長期與短期的區(qū)別。因此，一個更恰當(dāng)?shù)拈L期定義是：

特定資產(chǎn)收回其投資所需的時間，或特定比例投資回收所需的時間。經(jīng)濟(jì)短期指任何短于經(jīng)濟(jì)長期的時期。

這種方法可應(yīng)用于影響漏失控制的四大主要活動，如圖1所示：即壓力管理、主動漏失控制（ALC）、高效快速的修復(fù)，以及基礎(chǔ)設(shè)施更新。為進(jìn)一步與制造業(yè)中的示例進(jìn)行比較，主動漏失控制和維修活動可能會受到勞動力變化的影響，因此在短期內(nèi)予以考慮；而壓力管理和基礎(chǔ)設(shè)施更新則需要投資決策，因此在長期內(nèi)予以考慮。此外，還有其他可能影響漏失的活動，如分區(qū)、客戶抄表政策、客戶側(cè)維修政策，以及客戶計量覆蓋程度等。

Part. 03

短期經(jīng)濟(jì)漏失水平（SRELL）

3.1

主動漏失控制

主動漏失控制的目的是找出那些既不會冒到地面上，也沒有通過客戶反饋（例如供水不足、漏水等）而被水務(wù)公司注意到的漏點。（通過這類方式被發(fā)現(xiàn)的漏點稱為‘報告性漏點’）。主動漏失控制的過程包括由漏失檢測人員組成的團(tuán)隊對某一區(qū)域進(jìn)行排查，一般使用聽音技術(shù)或類似方法來發(fā)現(xiàn)漏點。如果該區(qū)域已經(jīng)實行分區(qū)，那么可能是由于夜間流量上升而觸發(fā)排查，也可能是因為水處理廠或水庫/水箱的出水量上升，或者僅僅是根據(jù)約定的時間間隔進(jìn)行的常規(guī)測聽方案。

主動漏失控制（ALC）活動將定位未報告的漏點，這些漏點隨后會被修復(fù)，從而維持漏失水平。如果以更加頻繁的間隔內(nèi)進(jìn)行檢測，那么漏失水平會維持在較低水平。因此，平均漏失水平與調(diào)查頻率存在某種關(guān)系。如圖2中“曲線A-B”所示，被稱作‘主動漏失控制曲線’。縱軸通常用成本來表示，即漏失檢測資源的成本；橫軸是同一時期（通常為一年）內(nèi)的平均漏失水平。基于這樣一個假設(shè)：如果有些漏點在未冒出地面時永遠(yuǎn)不會被水務(wù)公司發(fā)現(xiàn)（例如它們滲入下水道），那么該曲線將向水平軸漸近。此外，該曲線也會漸近于一條與縱軸平行的線。這條線對應(yīng)的漏失水平，就等同于在漏失控制活動中投入無限資源時所能得到的結(jié)果。這個最小漏失水平等同于背景漏失加上報告的漏失，以及在從發(fā)現(xiàn)到維修之間這段時間里尚未報告的漏失——這些取決于漏失控制的策略。

關(guān)于這些漸近線之間的曲線形狀，一直有很多爭論。在最簡單的常規(guī)探測模型中，這條曲線會呈現(xiàn)雙曲線的形狀。這是基于這樣一個事實：這條曲線是由‘未報告的漏點從開始出現(xiàn)泄露到被檢測出這段時間內(nèi)所產(chǎn)生的漏水量’所界定的。這與泄露在被發(fā)現(xiàn)前持續(xù)的時間長短直接相關(guān)，因此也涉及干預(yù)間隔時間。由于干預(yù)間隔時間與資源投入量成反比例關(guān)系（資源翻倍將使干預(yù)間隔減半），因此泄漏量與資源投入水平以及相應(yīng)的主動漏失控制（ALC）成本同樣呈現(xiàn)反比例關(guān)系（即雙曲線形態(tài)）。如果采用區(qū)域劃分管理，或通過其他流量監(jiān)測手段實現(xiàn)比常規(guī)簡單探測更高效的資源調(diào)配，這種情況下曲線斜率將比純粹的雙曲線更為平緩。

如果將不同漏失水平下的水損失成本也繪制在同一張圖上，則會用曲線 C-D表示。根據(jù)短期的定義，這種成本僅指在生產(chǎn)多一單位或少一單位水時，與動力、化學(xué)品以及可能的人力等方面相關(guān)的成本差異。這條線的斜率被稱為水的邊際成本。如果水的邊際成本是固定的，那么 C-D 線會是一條直線；如果水的生產(chǎn)邊際成本并不固定，那么 C-D 線就由若干條直線段構(gòu)成；隨著漏失水平升高，即使用更昂貴的水源，斜率通常會變得更大。曲線 E-F則代表了運(yùn)營的總成本，即漏失控制成本加上產(chǎn)水成本?？梢钥闯?，曲線最初會比較高，因為要達(dá)到非常低的漏失水平，需要投入較高的漏水檢測成本。隨后，總成本開始降低，隨著漏失水平的增加，水損失的成本再次增加，總成本隨之增加。因此，總成本最低的點就是短期經(jīng)濟(jì)漏失水平。在這個點上，漏水檢測活動的邊際成本與水的邊際成本相等。該點也決定了經(jīng)濟(jì)上應(yīng)當(dāng)在漏水檢測方面投入的資源水平。

為了在實際中應(yīng)用這種方法，需要對主動漏失控制曲線（ALC 曲線）進(jìn)行定性和定量的定義?？梢酝ㄟ^多種方式來完成，通常可以分為經(jīng)驗法或理論法。經(jīng)驗法依賴于通過分析實際 ALC 活動的結(jié)果，在曲線上建立若干個點，然后對這些點進(jìn)行擬合，并可能假定曲線呈某種給定形狀（DEFRA et al, 2003）。該方法的難點在于：曲線當(dāng)前所處的位置代表了一種靜態(tài)平衡狀態(tài)——即在恒定資源水平下，多年平均泄漏量之間形成的穩(wěn)態(tài)關(guān)系。當(dāng)檢測資源配置發(fā)生變動時，可能需要數(shù)年時間才能重新達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)。因此，要確定曲線上的多個數(shù)據(jù)點，需要經(jīng)歷一個長期的過程。

另一種方法更具理論性，通過組分漏失模型（Component Loss Modelling）來推導(dǎo)出曲線（Lambert et al, 1996）。利用常規(guī)檢測法計算短期經(jīng)濟(jì)漏失水平的解法相對直接（Lambert et al, 1998），并且已在后續(xù)研究中（Lambert et al, 2005a）發(fā)展出了可直接應(yīng)用于配水系統(tǒng)的方法論。

已經(jīng)為獨立計量區(qū)（District Metered Areas，簡稱 DMA）開發(fā)了一種方法，但目前尚未發(fā)表。

一種折衷做法是：通過分析主動漏失控制（ALC）操作的結(jié)果，來確定當(dāng)前在 ALC 曲線上的位置；隨后，再使用基于組分的方式對 ALC 活動強(qiáng)度增減時的曲線形狀進(jìn)行估計。

可以使用現(xiàn)有的方法（DEFRA 等，2003）來評估背景漏失水平。然而，背景漏失水平取決于所采用的漏水檢測方式及其覆蓋程度，而這些檢測方式本身在不同的漏失水平下會具有不同的運(yùn)營成本。因此，可以構(gòu)建一張“漏水檢測成本與背景漏失水平”的對照矩陣，從而判斷何種檢測方法在經(jīng)濟(jì)上更合適，以及相應(yīng)的背景漏損水平會是多少。

3.2

積壓漏點的清除與過渡成本

一旦確定了經(jīng)濟(jì)漏失水平，水務(wù)公司就應(yīng)該朝這個目標(biāo)邁進(jìn)。然而，由于這個目標(biāo)往往比當(dāng)前的漏失水平更低，因此在達(dá)到該水平的過程中會產(chǎn)生一次性費用。這些費用主要來自對兩類漏點的修復(fù)成本：

? 積壓漏點

這些漏點是在系統(tǒng)中逐年累積而成，并基本上隱藏在歷史上的最低漏損水平中，也就是人們常以為的“背景漏失”。積壓漏點數(shù)量可能相當(dāng)多，因此相應(yīng)的維修費用也可能非?？捎^，但這是一次性的投入，而且其成本效益也便于評估。不過，也可以考慮采取其他措施，例如減壓（后文會提到），以減少系統(tǒng)破損的頻率，從而利用當(dāng)前的維修預(yù)算在一段時間內(nèi)逐步消化這些積壓漏點。或者，也可以將這些漏點的修復(fù)視為一次性的資本支出。

?過渡性漏點

由于防漏控制(ALC)曲線上的每個點位都代表一種靜態(tài)平衡狀態(tài)，在較低的漏失水平下，同一時段內(nèi)持續(xù)存在的泄漏點數(shù)量更少。因此，當(dāng)從曲線上某一點位向更低泄漏水平移動時，意味著在系統(tǒng)重新達(dá)到平衡之前，需要修復(fù)新發(fā)現(xiàn)的額外泄漏點。一般來說，這部分過渡成本會相對較低，可以將其視作一次性投資（參見長期經(jīng)濟(jì)學(xué)）進(jìn)行適當(dāng)貼現(xiàn)后計入經(jīng)濟(jì)漏失水平的計算，從而得到稍作調(diào)整的經(jīng)濟(jì)漏失水平。

? 漏點修復(fù)活動

與主動漏失控制（ALC）相似的方法也可用于確定經(jīng)濟(jì)上的最優(yōu)維修速度?？梢栽诙虝r間內(nèi)完成修復(fù)，但這可能會帶來額外成本，例如周末和夜晚維修隊伍的加班工資，這種做法是否符合經(jīng)濟(jì)性要視情況而定。費用與維修時間之間的關(guān)系如圖3所示。漏失水平將與平均維修時間相關(guān)，因此可以得到一條與 ALC 曲線類似的曲線。由此，就能如同上文對 ALC 所做的分析一樣來確定“經(jīng)濟(jì)維修時間”。在該點上，維修所需的額外邊際成本（相對于若不設(shè)維修時限的基準(zhǔn)成本而言）將等于水的邊際生產(chǎn)成本。

Part. 04

長期經(jīng)濟(jì)漏失水平（LRELL）

某些漏失控制活動會涉及投資決策，因此其投資回收期會長于短期。這通常適用于諸如壓力管理和基礎(chǔ)設(shè)施更新等方案。在這些情況下，只要在投資周期內(nèi)因漏失減少所節(jié)省的水成本能夠覆蓋實施工程的費用，那么進(jìn)行壓力管理或基礎(chǔ)設(shè)施更新就具有經(jīng)濟(jì)可行性。一旦這項投資完成后，便會產(chǎn)生一個新的（更低的）短期經(jīng)濟(jì)漏失水平，需要運(yùn)用前面介紹的方法對其進(jìn)行重新計算。

4.1

壓力管理

在壓力管理的場景下，投資成本包括：建造閥室（chambers）的一次性費用、采購閥門及其更換費用，以及后續(xù)的維護(hù)成本。隨著壓力管理措施在某一地區(qū)逐步實施，系統(tǒng)的平均壓力會相應(yīng)降低。通常會按照“優(yōu)先實施收益最高的項目”的原則來部署各項方案，因此，當(dāng)安裝的項目越來越多時，每個后續(xù)項目對平均區(qū)域夜間壓力（AZNP）的影響與收益都會逐漸降低。

圖4顯示了一個典型的曲線，反映了項目部署對平均區(qū)域夜間壓力的收益關(guān)系。由于漏失與壓力成正比，當(dāng)進(jìn)一步部署這項目的額外成本與水的邊際生產(chǎn)成本相等時，就達(dá)到盈虧平衡點。

計算這一臨界點（breakpoint）通常涉及以下過程：

? 通過水力建模和/或區(qū)域數(shù)據(jù)記錄，估算安裝壓力管理閥門及其他方案在降低壓力方面帶來的效益；

? 估算建設(shè)成本，并使用財務(wù)會計方法（通常與水務(wù)公司的財務(wù)部門協(xié)商確定，如凈現(xiàn)值 NPV）將該成本折現(xiàn)為等效年成本；

? 將閥門及其更換成本（由供應(yīng)商建議的更換周期）以類似方式進(jìn)行折現(xiàn)；

? 估算年度維護(hù)成本（根據(jù)供應(yīng)商建議）；

? 估算因漏失減少而帶來的效益；

? 通過將總成本除以效益，計算邊際成本。

所有成本/效益比大于水價的方案都會被采納實施。這樣可以確定在經(jīng)濟(jì)上合理的壓力控制水平，以及相應(yīng)的漏失水平。

通過降低水壓，漏失量會減少，其原因有兩個：

? 背景漏失和爆管流量都會降低，因為泄漏流量與壓力直接相關(guān)，這種關(guān)系被稱為 N1 關(guān)系（Lambert 等人，2005b）；

? 爆管發(fā)生的頻率也會降低，因為水壓減小使管網(wǎng)承受的應(yīng)力減小，這種關(guān)系被稱為 N2 關(guān)系（Pearson 等人，2005）。

由于壓力變化可能會減少爆管的發(fā)生率，水司在維修方面的預(yù)算也將相應(yīng)減少。除了直接的維修成本外，爆管頻率的下降還可能帶來以下額外的節(jié)?。?/p>

? 用戶報告漏水所產(chǎn)生的客服溝通成本

? 用戶報告漏水后的現(xiàn)場巡檢或檢查成本

? 對未報告漏水進(jìn)行主動檢測和控制的成本（即主動漏失控制成本）

因此，應(yīng)對這些節(jié)省進(jìn)行估算，并在計算成本/效益比之前，從總成本中扣除。此外，還有一些不那么容易量化的收益，例如：

? 降低水質(zhì)變色事件的風(fēng)險

? 降低供水中斷的頻率

這些收益將提升服務(wù)水平和客戶滿意度，同時也能降低受到監(jiān)管處罰的風(fēng)險。為了在計算中考慮這些“無形收益”，可以為它們賦予一個名義上的貨幣價值，使它們也能納入整體效益評估中。

4.2

管網(wǎng)修復(fù)

對管網(wǎng)進(jìn)行修復(fù)（包括主干管道和用戶連接管）可以降低漏水發(fā)生的頻率。這不僅能夠減少漏失，還可以降低前面提到的檢查和主動漏失控制相關(guān)的成本。圖5展示了一個典型的爆管頻率分布曲線，說明在整個管網(wǎng)上，不同管段的爆管頻率是不同的。有一小部分管段的爆管頻率很高，而其他大多數(shù)管段的爆管頻率則較低。為了在減少漏失方面產(chǎn)生最大的效果（也就是用最少的錢達(dá)到最大的效果！），應(yīng)優(yōu)先識別出那些爆管頻率高的管段并優(yōu)先更換。隨著更多管段被更換，帶來的邊際收益就會逐漸降低。最終會達(dá)到一個點，繼續(xù)更換就不再具備經(jīng)濟(jì)性了。這就是典型的邊際效益遞減規(guī)律。用戶連接管（即服務(wù)管）的爆管頻率分布也會呈現(xiàn)出類似的曲線。

有研究表明，背景漏失也存在一個分布規(guī)律，但它與爆管頻率的分布并不相同。某些爆管頻率高的主管道，可能背景漏損水平卻很低；反之亦然。因此，在進(jìn)行管網(wǎng)更新時，應(yīng)分別針對爆管頻率和背景漏失進(jìn)行評估和決策，不能混為一談。

為了找到經(jīng)濟(jì)上最合理的更換點（也就是“什么時候該換，換哪些才劃算”），通常需要進(jìn)行以下計算：

? 評估效益：評估在同一地區(qū)更換具有相似特性的管道后，爆管頻率和/或背景漏失的減少的數(shù)據(jù)；

? 估算成本：估算更換這部分管道的施工和材料等成本；

? 估算漏失減少量：通過組分漏失模型估算更換后能減少的漏水量；

? 估算節(jié)省的間接成本：評估更換后在巡檢、維修、主動漏失控制等方面節(jié)省的費用；

? 計算邊際成本：用“更換成本減去節(jié)省下來的費用”后，再除以“減少的漏失量”，得出邊際成本。

所有成本/效益比低于水價的方案都會被采納實施。通過這種方法，可以確定一個經(jīng)濟(jì)上合理的管網(wǎng)修復(fù)水平，以及與之對應(yīng)的可接受的漏失水平。

4.3

分區(qū)管理

在一些國家/地區(qū)，常見的做法是將供水管網(wǎng)劃分為若干個區(qū)域，并在夜間監(jiān)測每個區(qū)域的進(jìn)出水流量。通過對區(qū)域流量的監(jiān)控，可以更快地定位漏點，從而提高漏點檢測的效率。然而，實施分區(qū)管理會帶來一系列成本，包括：

? 建設(shè)流量計井室的一次性成本；

? 流量儀表的費用，以及后期更換或檢測的成本；

? 安裝數(shù)據(jù)采集設(shè)備的費用；

? 持續(xù)的數(shù)據(jù)采集成本（可能是人工讀取，也可能是遠(yuǎn)程遙測系統(tǒng)）。

在漏失方面引入分區(qū)管理所帶來的效益將取決于該區(qū)域內(nèi)自然漏失率的增長速度。并非所有分區(qū)的漏失率增長速度都相同，因此將再次出現(xiàn)遞減收益曲線。影響成本的其他因素包括環(huán)境、網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜程度以及分區(qū)管理的實施程度。計算方法與上文所述的壓力管理和修復(fù)方面的計算類似。通過計算以確定經(jīng)濟(jì)的臨界點，從而得出最佳分區(qū)程度和分區(qū)的最佳規(guī)模。

4.4

活動組合

上述方法均要求對所提議活動在漏失方面的收益進(jìn)行評估。每種情況都是獨立考慮的——即對對壓力管理或管網(wǎng)修復(fù)的經(jīng)濟(jì)水平進(jìn)行評估。然而，一種方案實施會影響其他方案的經(jīng)濟(jì)性，例如：如果通過壓力管理已經(jīng)降低了平均壓力，那么管網(wǎng)修復(fù)所帶來的漏水收益就會相應(yīng)減少。實際上，水務(wù)公司通常希望制定一項戰(zhàn)略，建立所有活動之間的經(jīng)濟(jì)平衡，即包括主動漏失控制、漏水修復(fù)、管道更新改造、分區(qū)和壓力管理等措施。

解決這一問題的常規(guī)做法是：在每個領(lǐng)域選擇一小部分活動增量，并計算其成本與收益。然后對這些活動按照成本效益進(jìn)行排序，優(yōu)先“實施”收益最好的方案。然后，再根據(jù)該方案引起的變化，重新評估其他各項方案的漏水收益，并再次進(jìn)行比較。接著，再選擇下一個方案，再次評估漏水收益……這一過程持續(xù)進(jìn)行，直到某一活動的邊際成本等于或超過了水的邊際成本為止。此時，就確定了經(jīng)濟(jì)上可接受的漏失水平，以及為實現(xiàn)這一水平而需實施的各項方案及其相關(guān)成本。

按照“擠壓箱子”的程序（即利用圖1中顯示的漏失水平的“箱子”），不斷針對成熟的漏水管理方案中每一項主要活動，根據(jù)最佳價值進(jìn)行操作，最終將達(dá)到一個階段：任何進(jìn)一步的活動都是不經(jīng)濟(jì)的，即其邊際成本會高于節(jié)約水所帶來的邊際價值。此時，各項漏水控制活動的邊際成本將趨于一致（Lasdon, 1970）。這就是所謂的無約束長期經(jīng)濟(jì)漏失水平。

Part. 05

供水可靠性不足

上述計算將經(jīng)濟(jì)漏失水平與水生產(chǎn)的邊際成本進(jìn)行比較。實際上，這可以稱為無約束的經(jīng)濟(jì)漏失水平（ELL）。但在實際操作中，這一漏失水平加上用戶用水量，可能不足以為水務(wù)公司提供必需的供水可靠性。供水量超過需求的部分通常稱為余量。一些國家已有確定適當(dāng)余量水平的標(biāo)準(zhǔn)（UKWIR 等，1998）。如果計算出無約束經(jīng)濟(jì)漏失水平后，余量仍不足，那么水務(wù)公司需要決定是進(jìn)一步實施漏損控制更經(jīng)濟(jì)，還是開發(fā)新的水源，或采取措施來減少用戶需求。

為做出決策，應(yīng)將上述漏失控制活動的成本與選擇開發(fā)水資源的邊際成本進(jìn)行比較。該邊際成本計算如下：

? 估算一次性建設(shè)資本成本，并使用協(xié)定的折現(xiàn)率進(jìn)行折現(xiàn)

? 估算資源建成后的持續(xù)維護(hù)成本

? 對該方案的“合理”收益進(jìn)行評估

? 估算水生產(chǎn)成本

? 將折現(xiàn)成本與維護(hù)成本之和除以收益，再加上生產(chǎn)成本，即得到邊際成本

? 可以對與資源開發(fā)相關(guān)的環(huán)境及社會成本進(jìn)行評估，并將其加入該選項的成本中

如果這些方案的成本低于該邊際成本，則將實施漏失控制方案。這可以稱為水的邊際價值。由于新方案的邊際成本會顯著高于現(xiàn)有水源的生產(chǎn)成本（因為它包括工程建設(shè)的折現(xiàn)成本），因此進(jìn)一步的漏失控制措施（可能包括更多的控壓、更高水平的主動漏失控制以及可能更多的管網(wǎng)更新改造和分區(qū)管理）將更具經(jīng)濟(jì)性。方案將持續(xù)實施，直至達(dá)到所需的余量水平。這一余量水平可能低于通過建設(shè)新資源而能實現(xiàn)的水平。這個漏失水平可以稱為受約束的長期經(jīng)濟(jì)漏失水平。

Part. 06

不穩(wěn)定的長期情況

在許多情況下，由于人口結(jié)構(gòu)變化，用水量并非恒定。需求增漲的速度可能會影響對經(jīng)濟(jì)漏失水平（ELL）的評估。如果需求增漲迅速，以至于無論漏失水平如何，都將不可避免地需要開發(fā)新資源，那么資源開發(fā)完成后，水的邊際成本將降低，從而導(dǎo)致較低的經(jīng)濟(jì)漏失水平。

為了評估最具經(jīng)濟(jì)性的解決方案，需要制定一項最低成本計劃。這是通過使用優(yōu)化程序來實現(xiàn)的，該程序?qū)嵸|(zhì)上會考慮上述所有可能的漏失控制、需求管理和水資源選項，并計算出每年滿足預(yù)留量要求所需的最低成本方案。這是通過考慮所有可行的方案以及這些方案實施的先后順序，并將總成本折現(xiàn)為凈現(xiàn)值后得出的結(jié)果。凈現(xiàn)值最低的方案即是成本最優(yōu)方案。這將提供實現(xiàn)預(yù)期可靠性所需各項活動和方案的執(zhí)行計劃及預(yù)計建設(shè)與實施時間表。圖6展示了一個典型方案。實際時間可能會因需求增速快于或慢于預(yù)期而有所不同。該方案會輸出每一年的經(jīng)濟(jì)漏失水平，這個數(shù)據(jù)隨著時間變化，即形成一個曲線圖。理論上，一旦實施了水資源開發(fā)方案，經(jīng)濟(jì)漏失水平可能會更高，也就是說可以減少主動漏失控制的程度，但在一些國家，這可能會被監(jiān)管機(jī)構(gòu)或環(huán)保人士視為不可接受。

判斷經(jīng)濟(jì)水平是無約束、穩(wěn)定約束還是非穩(wěn)定約束的決策過程，可以通過流程圖總結(jié)——詳見圖7

Part. 07

歷史與經(jīng)驗

— 英國

英國擁有發(fā)達(dá)的供水網(wǎng)絡(luò)，超過99%的房產(chǎn)接入公共供水系統(tǒng)。實現(xiàn)全天24小時連續(xù)供水，全年低水壓（通常指低于15米）的場所不足0.05%（Ofwat, 2004）。僅有25%的房產(chǎn)安裝了水表，其余房產(chǎn)則根據(jù)房屋價值支付水費。然而，供水系統(tǒng)的歷史年代參差不齊，部分區(qū)域的供水系統(tǒng)已經(jīng)使用超過100年。運(yùn)營公司數(shù)量較少（少于25家，覆蓋超過2000萬房產(chǎn)），這些公司于1989年被私有化，并且受到嚴(yán)格的環(huán)境和經(jīng)濟(jì)監(jiān)管制度約束。每年，關(guān)于漏失的數(shù)據(jù)都會上報給監(jiān)管機(jī)構(gòu)，并由獨立評估機(jī)構(gòu)進(jìn)行審核。每五年，各公司必須為未來20年制定商業(yè)計劃，這其中包括對其資產(chǎn)的全面工程評估以及預(yù)測收入和支出的財務(wù)模型。這一過程用于確定未來五年的價格上限。工程提交的部分內(nèi)容涉及對經(jīng)濟(jì)漏失水平（ELL）的評估，以及是否受到余量的制約。在1995/96年的嚴(yán)重干旱之后，漏失水平已經(jīng)降低了三分之一以上，監(jiān)管機(jī)構(gòu)每年根據(jù)各公司的ELL評估設(shè)定漏失目標(biāo)。大多數(shù)公司均運(yùn)行在其評估的ELL水平或接近該水平，而有幾家公司的運(yùn)營水平受到上限限制。

英國對經(jīng)濟(jì)漏失水平的評估歷史悠久。盡管關(guān)于ELL的文獻(xiàn)眾多，第一份關(guān)于該主題的全國性研究報告是在1980年發(fā)布的（NWC, 1980）。該報告確立了一種評估ELL的方法論，并確定了壓力控制和分區(qū)在管理漏失方面的效益。這推動了英國大多數(shù)公司實施獨立分區(qū)管理（DMAs）。此報告的研究成果于1994年在一項重大國家級研究項目中得到了更新（UKWIR, 1994）。

這份報告及后續(xù)報告深入的解釋了壓力與漏失之間的關(guān)系，以及其他相關(guān)因素，為構(gòu)建漏失預(yù)測模型提供了依據(jù)。在英國，有非常高的監(jiān)測水平，因此數(shù)據(jù)可用性很高，例如，每個區(qū)域都有15分鐘一次的流量和壓力數(shù)據(jù)。大多數(shù)公司已經(jīng)全面校準(zhǔn)了其主管道水力模型。受1995/96年干旱的影響，一些公司啟動了基于本文所述經(jīng)濟(jì)評估方法的大規(guī)模的漏失管理項目。其中一項計劃包括在三年內(nèi)建設(shè)和實施超過2000個壓力管理方案。一家為超過320萬房產(chǎn)服務(wù)的供水公司將其夜間平均壓力從超過50米降低到不足40米（Lambert et al, 1998）。

Part. 08

國際經(jīng)驗

世界其他地區(qū)的情況與英國大不相同。供水通常仍由地方市政公司管理，每個市政公司服務(wù)的房產(chǎn)數(shù)量相對較少。大多數(shù)供水連接都被計量，但由于資源短缺，通常采用間歇性供水模式。分區(qū)十分罕見，主動漏失控制也較為有限。對壓力管理效益的認(rèn)識并不廣泛，而且通常沒有對經(jīng)濟(jì)漏失水平（ELL）進(jìn)行評估。可用的數(shù)據(jù)有限，且水力模型數(shù)量也非常少。因此，在數(shù)據(jù)有限的情況下，關(guān)于如何應(yīng)用經(jīng)濟(jì)漏失水平分析的建議顯得尤為必要。

Part. 09

實際應(yīng)用

在許多情況下，ELL分析表明壓力管理是迄今為止成本效益最高的措施。其在降低爆管頻率方面的效益（Pearson et al, 2005）表明，降低壓力的方案通常能在不到12個月的回收期內(nèi)收回成本。事實上，初始的方案可以如此迅速且直接地影響維修預(yù)算，以至于能夠釋放出足夠的資金來支付進(jìn)一步的壓力管理方案，并提供部分漏失檢測資源，以啟動主動漏失檢測。如果這些資源能夠有效地用于識別積壓漏點，就會發(fā)現(xiàn)能夠在現(xiàn)有預(yù)算內(nèi)顯著降低漏失。

在確定壓力管理方案時，應(yīng)優(yōu)先考慮：

? 使用非常短時間間隔的記錄方式，識別網(wǎng)絡(luò)中任何壓力激增或不穩(wěn)定的現(xiàn)象，并確定解決方案

? 識別并在可能的情況下，將固定速泵轉(zhuǎn)換為變速泵

? 尋找可以通過壓力管理控制的高壓區(qū)域（大于30米）

? 尋找晝夜流量和壓力變化較大的區(qū)域，并采用流量調(diào)控式壓力控制閥進(jìn)行控制

隨著壓力管理效益逐步顯現(xiàn)，可以計算出定期探測的經(jīng)濟(jì)水平（Lambert et al, 2005a），并實施適當(dāng)?shù)哪繕?biāo)。如果區(qū)域已被劃區(qū)，則可在分區(qū)層面實際應(yīng)用經(jīng)濟(jì)漏水檢測（Rizzo, 2002）。

在整個漏失控制計劃中，應(yīng)采用 IWA ILI 方法（Lambert et al, 1999）對評估供水系統(tǒng)性能，并建立信息系統(tǒng)以收集地形、壓力狀況、爆管頻率等數(shù)據(jù)，開展更詳細(xì)的ELL分析，從而減少漏水。

雖然最初對ELL的評估是依賴于默認(rèn)值和假設(shè)，但隨著具體操作的實際數(shù)據(jù)積累，計算可進(jìn)一步細(xì)化。

這種方法可通過流程圖（圖8）進(jìn)行描述。

注：

EARL 當(dāng)前年經(jīng)濟(jì)的真實漏失水量

CARL 當(dāng)前年真實漏失水量

UARL 不可避免年真實漏失

Part. 10

總結(jié)

對于任何系統(tǒng)來說，ELL是由一系列漏失管理措施綜合作用的結(jié)果，其優(yōu)先順序如下：

■ 優(yōu)化的整體壓力管理策略，其中：

? 識別出壓力突增現(xiàn)象，并采取措施盡量減少其不利影響；

? 采取簡單的方式，調(diào)低壓力；

? 按照成本/效益的順序?qū)嵤┻M(jìn)一步的項目

■ 針對所有爆裂事件的最優(yōu)修復(fù)時間策略

■ 針對未報告（隱蔽）爆管的感知、定位和修復(fù)采取經(jīng)濟(jì)的干預(yù)政策，包括：

? 受投資于漏失管理基礎(chǔ)設(shè)施的水平影響，即遠(yuǎn)程監(jiān)測/SCADA系統(tǒng)、獨立計量區(qū)（DMAs）、高級壓力管理；

? 受出口壓力水平影響（干預(yù)后殘留的背景漏失及其他漏失量）

■ 對主干管道和服務(wù)管道更新的投資達(dá)到經(jīng)濟(jì)水平，同時考慮所有監(jiān)管因素

若從成本與效益角度對這些活動逐一進(jìn)行邏輯推演，則可將ELL定義為：

最優(yōu)的漏失水平，即實施的漏失策略實現(xiàn)邊際成本均與供水區(qū)域內(nèi)的水資源邊際價值相等。

致謝

感謝國際水協(xié)會漏損控制專委會成員對撰寫本文的鼓勵，特別要感謝Allan Lambert 和 John Morrison多年來在該工作領(lǐng)域提出的努力與貢獻(xiàn)，推動了方法論的形成和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

1.DEFRA, Environment Agency and Ofwat. (2003) Future approaches to leakage target setting for water companies in England. Ofwat

2. Farley, M. and Trow, S. (2003) Losses in water distribution networks. IWA, ISBN 1 900222 11 6

3. Lambert, A. and Morrison, J. (1996) Recent Developments in Application of ‘Bursts and Background Estimates’ Concepts of Leakage Management.. J.CIWEM, 1996, 10, April, 100-104

4. Lambert, A., Myers, S. and Trow, S. (1998) Managing Water Leakage: Economic and technical issues. Financial Times Energy ISBN 1 84083 011 5

5. Lambert A., Brown T.G., Takizawa M. and Weimer D. (1999) A Review of Performance Indicators for Real Losses from Water Supply Systems. AQUA, Vol. 48 No 6. ISSN 0003-7214

6. Lambert, A. And Lalonde, A. (2005a) Using practical predictions of Economic Intervention Frequency to calculate Short-run Economic Leakage Level, with or without Pressure Management. IWA Leakage2005

Conference, Halifax, Canada

7.Lambert, A. and Thornton, J. (2005b) Progress in practical prediction of pressure: leakage, pressure: burst frequency and pressure: consumption relationships. IWA Leakage2005 Conference, Halifax, Canada

8.Lasdon (1970, 2002) Optimisation theory for large systems. Dover, ISBN: 0486419991

9.NWC (1980, 1985) Leakage control policy and practice. NWC Standing Technical Report 26, ISBN 0 904561 95 X

10.Ofwat (2004) Levels of service for the water industry in England and Wales 2003-04. Ofwat

11.Parkin , M. (2005) Economics. 5th edition, Addison Wesley, ISBN 0201537621

12.Pearson, D. Fantozzi, M., Soares, D. and Waldron, T. (2005) Searching for N2: How does pressure reduction reduce burst frequency? IWA Leakage2005 Conference, Halifax, Canada

13.Rizzo, A. (2002) Tactical planning for effective leakage control. IWA Leakage Management – A practical approach conference – Lemesos, Cyprus

14.UKWIR (1994) Managing leakage, UKWIR, ISBN 1 898920 0 87

15.UKWIR and EA (1998) A practical method for converting uncertainty into headroom. UKWIR, Report 98/WR/13/1

版權(quán)聲明：

本文的翻譯及在公眾號的推送已經(jīng)獲得David Pearson先生的授權(quán)。我們對David Pearson先生在此過程中通過郵件對文章部分內(nèi)容點進(jìn)行詳細(xì)解釋、給予我們的支持再次表示感謝！

文章翻譯，僅代表譯者的個人觀點，歡迎交流討論。

https://www.researchgate.net/publication/237713600_Calculating_Economic_Levels_of_Leakage

來源：鮑月全的讀書筆記，僅供分享交流不作商業(yè)用途，版權(quán)歸作者和原作者出處。若有侵權(quán)，請聯(lián)系刪除。

排版：《凈水技術(shù)》編輯 李濱妤

審核：《凈水技術(shù)》社長/執(zhí)行主編 阮辰旼

推薦閱讀（點擊標(biāo)題跳轉(zhuǎn)）

《凈水技術(shù)》2025年活動計劃

《凈水技術(shù)》刊務(wù)理事會歡迎廣大水務(wù)企業(yè)加盟合作

詳情可咨詢市場部 ：孫編輯 15900878214