TW201832032A - 配水管網預警系統及其方法 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一種配水管網預警系統及其方法。前述系統透過分佈設於水管網路上的電子水表以取得複數筆水量或流量資訊，以判斷該水管網路之漏水率指標，又比對該電子水表之水量或流量資訊與該電子水表之流量規範值，以判斷該電子水表之建議口徑。藉由上述之操作，管理端可快速找出影響漏水率之區段管線及其漏水原因。

Description

配水管網預警系統及其方法

本發明係一種配水管網預警系統及其方法，尤指一種可判斷特定管線漏水率之配水管網預警系統及其方法。

根據審計部2014專案報告顯示，民國90至100年度全臺自來水平均漏水率約為22.90%，換言之，每年自來水漏水量約達9億餘立方公尺，可填滿4座石門水庫，且漏水率與部分先進國家，如美國、日本、新加坡等國之漏水率介於6.40~15.00%相比，亦明顯偏高。

為解決前述之技術問題，習知技術「監視水事體網路之資源的系統及方法」(台灣專利號：TW I391803B1)提出之方案為透過統計分析安裝於管線上各個計量器回傳之流量值來估計水事體網路之洩漏程度。然而此方案並未考量到計量器本身因量測誤差對漏水評估所造成的影響，而無法讓管理單位有效的得知實際漏水量。

綜上所述，如何提供一種可解決前述問題之方案乃本領域亟需解決之技術問題。

為解決前揭之問題，本發明之目的係提供一種配水管網預警技術方案。

為達上述目的，本發明提出一種配水管網預警系統。水管網 預警系統包含複數個電子水表、一個或複數個數據集中裝置、以及管理裝置。前述複數個電子水表分佈設於水管網路以提供水管網路之複數筆水量或流量資訊。前述數據集中裝置通訊連線電子水表以收集水量或流量資訊。前述管理裝置連線數據集中裝置，其中管理裝置取得該電子水表之累積水量或流量資訊，以判斷水管網路之漏水率指標，管理裝置又比對電子水表之累積水量或流量資訊與電子水表之流量規範值，以判斷設置電子水表的建議口徑。

為達上述目的，本發明提出一種配水管網預警方法。前述方法運行於配水管網預警系統，並包含下列步驟：首先，取得分佈設於水管網路之複數個電子水表所提供的複數筆水量或流量資訊。接著，取得電子水表之累積水量或流量資訊，以判斷水管網路之漏水率指標。再者，比對電子水表之累積水量或流量資訊與電子水表之流量規範值，以判斷設置電子水表的建議口徑。

綜上所述，本發明透過解析電子水表之水量或流量資訊以及比對電子水表之水量或流量資訊與電子水表之流量規範值來判斷目標管路水管網路之漏水率指標及水表之建議口徑，得以有效地找出實際漏水之成因。

1‧‧‧配水管網預警系統

11‧‧‧電子水表

111‧‧‧水表錶盤模組

112‧‧‧錶盤數值轉換模組

113‧‧‧處理模組

114‧‧‧通訊模組

12‧‧‧數據集中裝置

13‧‧‧管理裝置

圖1為本發明第一實施例配水管網預警系統之系統方塊圖。

圖2為本發明第二實施例配水管網預警方法之方法流程圖。

圖3為本案電子水表之內部方塊圖。

圖4為本案目標管路供水流量百分比日週期逐時變化圖。

圖5為本案目標管路總售水率、總漏水率、真實漏水率及表觀漏水率四項資訊之橫條圖。

圖6為本案目標管水表讀值隨時間變化量測圖。

圖7為本案目標管水表操作流量隨時間變化量測圖。

以下將描述具體之實施例以說明本發明之實施態樣，惟其並非用以限制本發明所欲保護之範疇。

請參閱圖1，其為本發明第一實施例配水管網預警系統1之系統方塊圖。配水管網預警系統1包含複數個電子水表11、一個或複數個數據集中裝置12、以及管理裝置13。前述複數個電子水表11分佈設於水管網路之系統邊界之輸出及輸入端點以提供水管網路之各端點之複數筆水量或流量資訊。前述數據集中裝置12通訊連線電子水表11以收集水量或流量資訊。前述管理裝置13連線數據集中裝置12以取得電子水表之水量或流量資訊，據以判斷水管網路之漏水率指標。

前述之數據集中裝置12可選擇路由器或其他可提供路由服務之電子裝置實現之。前述之管理裝置13可選用電腦裝置，或其他具備運算能力之電路裝置實現之。前述之電子水表11可選用有線介面或無線介面與數據集中裝置12進行通訊。

於另一實施例中，前述管理裝置13比對水量或流量資訊與電子水表之流量規範值，以判斷設置電子水表之建議口徑。於另一實施例中，前述流量規範值進一步包含啟動流量、最小流量、分界流量、常設流量、 超載流量其中至少一個。於另一實施例中，前述管理裝置13依據複數個時間點之水量或流量資訊，以判斷水管網路之流量效能，並依據流量效能判斷漏水率指標。於另一實施例中，前述水管網路係為封閉管路，亦即水管網路之系統邊界之輸出及輸入端點皆有設置水表或制水閥。

請接著參閱圖2，其為本發明第二實施例配水管網預警方法之方法流程圖。前述方法運行於配水管網預警系統，並包含下列步驟：

S101：取得分佈設於水管網路之複數個電子水表所提供的複數筆水量資訊。

S102：取得位於水管網路內電子水表任一時段之水量資訊以得知電子水表之流量資訊。

S103：解析流量資訊與電子水表之流量規範值，以判斷水管網路之漏水率指標，並比對電子水表之水量或流量資訊與電子水表之流量規範值，以判斷設置電子水表的建議口徑。

於另一實施例中，前述方法之漏水率指標進一步包含總售水率、總漏水率、真實漏水率、表觀漏水率其中至少一個。於另一實施例中，前述方法更比對流量資訊與電子水表之流量規範值，以判斷設置電子水表的建議口徑。於另一實施例中，前述方法之流量規範值進一步包含啟動流量、最小流量、分界流量、常設流量、超載流量其中至少一個。於另一實施例中，前述方法更依據水管網路複數個時間點之流量資訊，以判斷水管網路之流量效能，並依據流量效能判斷漏水率指標。於另一實施例中，前述方法之目標管路係為封閉管路，亦即水管網路之系統邊界之輸出及輸入端點皆有設置水表或制水閥。

以下本發明茲以第一實施例配水管網預警系統1進行說明， 惟第二實施例配水管網預警方法亦可達到相同或相似之技術功效。為明確說明本案配水管網預警系統1之技術功效，本案係在水管網路邊界的進出水點位置處設置管理端電子水表11及用戶端電子水表11，來進行即時連續之水量監測以及管網水平衡分析，並將分析結果作為管網漏水診斷評估之依據。

本案分析模式係參考國際水協會(IWA)之漏水管理水平衡表(表1)所設計，其執行步驟說明如下：

步驟1：確定系統供水量(A)。系統供水量(A)可由計量水管網路邊界上之所有進出點供水流量計水量加總而得，其中進水點水量標示為正值，出水點水量則標示為負值。

步驟2：確定收益水量(E1)。收益水量(E1)亦即收費合法用水量(C1)，也就是代表所有收費的水量，其中包含：

(1)計費計量用水量(D1)。

(2)計費未計量用水量(D2)。

步驟3：計算無收益水量(E2)。

無收益水量(E2)=系統供水量(A)-收益水量(E1)

步驟4：確定未收費合法用水量(C2)。未收費的用水量包含：

(1)未收費已計量用水量(D3)。

(2)未收費未計量用水量(D4)。

步驟5：計算合法用水量(B1)。將收費合法用水量(C1)和未收費合法用水量(C2)相加，其值即合法用水量(B1)。

步驟6：計算漏損水量(B2)。

漏損水量(B2)=系統供水量(A)-合法用水量(B1)。

步驟7：計算真實漏損(C4)。真實漏損(C4)可利用淨夜間流量(NNF)計算結果進行推估：C4=NNF所謂淨夜間流量(NNF)亦即夜間漏損水量，可利用最小夜間流量(MNF)扣除合法夜間流量(LNF)計算如下：NNF=MNF-LNF其中：最小夜間流量(MNF)=夜間系統供水流量計加總

合法夜間流量(LNF)=夜間用戶用水表加總

步驟8：計算表觀漏損(C3)。

表觀漏損(C3)=漏損水量(B2)-真實漏損(C4)。

為了達成即時分析之要求，本案之電子水表11可連續同步監測待測計量水管網路內所有監測點位之水量，以及可將抄表資訊透過網路通訊傳送或儲存於記憶卡內。電子水表11所紀錄之數據應至少包含時間及水量或流量，並讓管理裝置13可於同一時間點取得所有電子水表11之水量數據，避免監測時間誤差。

考量部分的水管網路安裝場合難以取得固定電源，因此電子水表11可選擇的具有獨立供電能力，例如：電池，而且電力應足以支應至少一整天的連續即時監測工作。此外，基於數據之完整性，監測頻率可選擇的為每15分鐘紀錄一筆水量數據，以供判讀真實漏損水量，惟前述時間間距不在此限。另，電子水表11之準確度應與現行使用之B級水表相同或更佳，以準確判定可靠之水量數據。

請參閱圖3，其為本案電子水表11之內部方塊圖，其包含水表錶盤模組111、錶盤數值轉換模組112、處理模組113、以及通訊模組114。處理模組113係連接通訊模組114，並透過錶盤數值轉換模組112連結水表錶盤模組111。水表錶盤模組111可採用習知的水表結構，錶盤數值轉換模組112 係讀取水表錶盤模組111之數值(例如讀取錶盤之轉動量、指針位置等方式)，並將轉換數值提供給處理模組113，而處理模組113可再透過通訊模組114將量測到之資訊傳送至終端。

本案所設定之評估標的水管網路之進水入口端設有噾井及管理用表，出水出口端則設有制水閥，可於測試期間將末端制水閥關閉，藉由連續監測所有管理用表及用戶總表與獨立表(電子水表11)，進行該區段之計量管網水平衡即時診斷評估。

以表2之用戶水表資料說明之，目標管路之用戶表總數為16只用戶表，其中包含8只總表及8只用戶表。在水表口徑方面，包含2只40mm口徑用戶表及14只20mm口徑用戶表。

流量計量之基本指標為總售水率及總漏水率，本案透過量測封閉管路之管理端電子水表11及各個用戶端電子水表11連續水量紀錄結 果，來推估總售水率及總漏水率。

接著由管理端電子水表11及所有用戶端電子水表11加總取得之連續水量逐時紀錄，並依最初及最後時間點之水量紀錄前後差值，可分別推估供水及用水總量分別為176.1及155.5度。將用水總量除以供水總量即可推估總售水率為88.3%。由於總售水率與總漏水量加總理應達成水平衡，因此以100%水平衡扣除總售水率，可推估總漏水率為11.7%。

為避免表觀漏水率影響漏水率推估之準確性，除了分析總售水率及總漏水率二基本指標之外，更可進一步分析真實漏水率及表觀漏水率。此二進階指標可以明確指出漏水率之貢獻來源，作為漏水率管理決策之依據。

本案透過量測管理端電子水表11連續水量紀錄結果，來推估真實漏水率。進一步說明之，首先管理裝置13將管理端電子水表11之逐時每刻供水流量紀錄，除以平均供水流量，換算成供水流量百分比，並將所有數據點正規化轉換為0~24小時區間的日週期變化(如圖4所示)。

由圖4中進一步標示圖最小供水流量百分比的數據點，由圖上可見目標管路之最小供水流量百分比為0%，代表目標管路並無明顯可觀測到之真實漏水量。由圖上亦可看出最低供水流量百分比出現於凌晨0~5點區間，符合一般用水習慣，於凌晨達最小用水量。

掌握目標管路的真實漏水率之後，則再採用總漏水率扣除真實漏水率，以計算表觀漏水率。由於目標管路之總漏水率及真實漏水率分別為11.7%及0%，因此可計算其表觀漏水率為11.7%。

本案彙整目標管路總售水率、總漏水率、真實漏水率及表觀 漏水率四項指標如圖5所示，依序分別為：88.3%、11.7%、0%及11.7%。由圖5可知，目標管路之總漏水率100%是由表觀漏水率所貢獻，顯示目標管路並無明顯可觀測之真實漏水量。

接著，本案管理裝置13再對目標管路內所有的管理端電子水表11及用戶端電子水表11，進行操作流量效能配表分析。以下茲以戶號30006(簡稱用戶06)之電子水表11為例，說明水表操作流量效能配表分析模式。

首先，彙整用戶06水表(ID 30006)抄表讀數隨時間之變化(圖6)。接著再依據用戶06水表(ID 30006)口徑(20mm)，彙整如如表3所示之流量規範值。表3同時列出各流量規範值所代表之水表流量誤差範圍：

考量用戶06水表口徑(20mm)之啟動流量為0.005CMH，若本案電子水表11設定紀錄之最小刻度為0.1度，因此設定流量移動平均計算間隔為20.25hr，以達0.0049CMH之流量精度，而能偵測電子水表11操作流 量是否小於啟動流量。所推估之用戶06水表(ID30006)流量隨時間之變化，如圖7所示。

接著，針對用戶06水表(ID30006)各時間點之流量，與其流量規範值比對，進行操作流量範圍分布統計，即可提供如表4之水表操作流量效能配表分析結果：

由表3可知用戶06水表(ID 30006)之q=0(流量零)、不感流(流量<啟動流量)、ER>5%(流量<最小流量)、ER<5%(流量<分界流量)、ER<2%(流量<超載流量)及ER>2%(流量>超載流量)，分別占49%、6%、23%、2%、21%及0%，顯示其操作流量範圍最大誤差>5%，明顯因管線口徑過大而導致電子水表11之量測誤差，此時管理裝置13可產生建議調降管線口徑之預警資訊給管理人員，以減少表觀漏水率所造成的流量誤差。

上列詳細說明係針對本發明之一可行實施例之具體說明，惟該實施例並非用以限制本發明之專利範圍，凡未脫離本發明技藝精神所為 之等效實施或變更，均應包含於本案之專利範圍中。

Claims (10)

1. 一種配水管網預警系統，包含：複數個電子水表，分佈設於一個水管網路之系統邊界之輸出及輸入端點，以提供該水管網路之各端點之複數筆水量或流量資訊；一個或複數個數據集中裝置，通訊連線電子水表，以收集該等水量或該流量資訊；以及管理裝置，連線該數據集中裝置，其中該管理裝置取得該電子水表之該等水量或該流量資訊，以判斷該水管網路之漏水率指標，該管理裝置又比對該電子水表之該等水量或該流量資訊與該電子水表之流量規範值，以判斷該目標管路中設置該電子水表之建議口徑。
2. 如請求項1所述之配水管網預警系統，其中該漏水率指標進一步包含總售水率、總漏水率、真實漏水率、表觀漏水率其中至少一個。
3. 如請求項1所述之配水管網預警系統，其中該流量規範值進一步包含啟動流量、最小流量、分界流量、常設流量、超載流量其中至少一。
4. 如請求項1所述之配水管網預警系統，其中該管理裝置依據複數個時間點之該流量資訊，以判斷該水管網路之流量效能，並依據該流量效能判斷該漏水率指標。
5. 如請求項1所述之配水管網預警系統，其中該水管網路係為封閉管路，亦即該水管網路之系統邊界之輸出及輸入端點皆有設置水表或制水閥。
6. 一種配水管網預警方法，運行於配水管網預警系統，包含下列步驟：取得分佈設於一個水管網路之系統邊界之複數個輸出及輸入端點之電子水表所提供的複數筆水量或流量資訊； 取得該電子水表之該等水量或該流量資訊，以判斷該水管網路之漏水率指標；以及比對該電子水表之該等水量或該流量資訊與該電子水表之流量規範值，以判斷設置該電子水表的建議口徑。
7. 如請求項6所述之配水管網預警方法，其中該漏水率指標進一步包含總售水率、總漏水率、真實漏水率、表觀漏水率其中至少一個。
8. 如請求項6所述之配水管網預警方法，其中該流量規範值進一步包含啟動流量、最小流量、分界流量、常設流量、超載流量其中至少一個。
9. 如請求項6或8所述之配水管網預警方法，更依據複數個時間點之該流量資訊，以判斷該水管網路之流量效能，並依據該流量效能判斷該漏水率指標。
10. 如請求項6所述之配水管網預警方法，其中該水管網路係為封閉管路，亦即該水管網路之系統邊界之輸出及輸入端點皆有設置水表或制水閥。