[资格考试]从供水资源的流失分析供水管网漏水状况及对策081125投中国人口资源与环境 5页

'从供水资源的流失分析供水管网漏水原因及对策曹邦卿（南阳师范学院土木建筑工程学院，河南　南阳　473061）摘　要：通过分析供水产销差率，可以看出南阳市的供水资源流失现象非常严重、管网漏损率有逐年增高的趋势，其原因有管外、管内以及管道自身等因素。因此，必需采取合理选用管材、加快旧管网更新改造、提高施工质量、建立管网动态模拟系统、合理分区供水、定期捡漏等措施，把主动查漏和积极防漏相结合，才能使管网漏损率降到最低。关键词：城市供水；资源流失；管网漏失；降漏对策中图分类号：TU991.01　　　　　文献标识码：CFromWaterSupplyResourcesOutflowAnalysisWaterSupplyPipelineLeakageReasonandCountermeasureCAOBang-qing(NanyangNormalUniversityCivilEngineeringCollege，Nanyang473061，China)Abstract：Throughtheanalysiswatersupplyproductionandmarketingerrorrate，mayseeNayang"swatersupplyresourcesoutflowphenomenontobeseriousthetendencywhich，thepipenetworkleakratehasadvancesyearbyyear，itsreasonhasoutsideinthetube，thetubeaswellasthepipelineownandsoonfactors.Therefore，essentialadoptsselectsthetubing，tospeeduptheoldpipenetworkreasonablytorenewthetransformation，theenhancementconstructionquality，toestablishthepipenetworkkineticsimulatorsystematic，thereasonabledistrictwatersupply，toinitiativesearchwaterleakagespotandsoonmeasures，unifiesthedrivingleakfindingandthepositiveantidrip，cancausethepipenetworkleakratetofalllowly.Keywords：Urbanwatersupply；Watersupplyresourcesoutflow；Pipelineleakage；Fallsleaksthecountermeasure城市供水产销差率是指供水总量和售水总量之差与供水总量之比，主要包括：①管网漏损(即在供水管网中漏掉的水量)；②计量误差（含出厂水计量和用户用水计量）；③非法用水；④管网自用水(冲刷管网用水)；⑤市政绿化和消防用水(这些水目前基本上没有计量)；⑥水费因用户原因无法回收的水等。几年来，南阳市的供水总量逐年增加、售水总量却逐年降低，造成城市供水产销差率连续多年呈上升趋势，且已超过50%（见表1）。这不仅掩盖了宝贵的水资源未被充分利用的事实，说明日益紧张的水资源流失现象越来越严重；同时，也说明供水管网漏损率一直居高不下，已远远超过了国家规定的12%指标要求[1]，且有逐年增高之势。表1　南阳市供水产销差率对比表Tah1Nayangwatersupplyproductionandmarketingerrorratereferencetable年　度20002001200220032004200520062007产销差率（％）34.041.043.045.050.054.052.255.7供水量5222.5127.85018.75295.35526.15554.65645.95733.9售水量3441.82987.52853.32925.92761.42565.62642.62442.11　供水管网漏损原因分析5 1.1　管网材质选择不合理受历史上管材供应、资金和技术的限制，南阳市现状旧城区的供水管大多为已被淘汰的管材，主要有：灰口铸铁管、钢筋混凝土管，个别地段甚至还有陶瓷管等。统计表明，南阳市目前使用的供水管材中，灰口铸铁管、钢筋混凝土管、硬聚氯乙烯管等占全市管道用量的84.5％。铸铁管受拉应力影响，环向、纵向均易出现断裂，发生漏水事故；钢筋混凝土管主要表现在接口胶圈老化，水压过高被冲出与钢筋抗拉强度受损管身易出现环向裂缝引发漏水；另外，镀锌钢管主要是受腐蚀、老化严重，接口管箍断裂及管身锈蚀剥落，管壁变薄，出现漏水。管材因生产工艺本身的缺陷，存在脆性大，强度低，残余应力大等问题，成为管道爆管和暗漏的主要隐患。图1　南阳市供水管网管材配置图Fig1Nayangwatersupplypipenetworktubingdispositionchart　　在城市发展进程的不同阶段，所采用的管道材料有所不同，当时的管道制造技术和安装技术水平都对爆管率有较大的影响。资料表明，灰口铸铁管与镀锌钢管的破损比例最大，约占过程中管材总数的70％；球墨铸铁管是灰口铸铁管较为理想的替代品[2]。1.2　管网施工质量为其长期运行带来隐患在管网建设中，大、中口径管道施工一般采用机械化挖土、回填，由于下管前没有对沟底填土进行平整夯实，或没有进行双边回填和分层捣实，有可能引起管道不均匀沉降；加之在城市发展建设过程中管道地基附近会被不同的施工单位多次开挖，管道的基础极易遭到破坏，导致管道发生不均匀沉降，出现裂缝。也容易使管道产生横向位移，致使管道产生侧向弯矩和剪力，造成脆弱管道轴向断裂。如果管道通过软土层，如穿越流沙层、旧河道等，沟底土层不进行加固处理，往往也会使管道产生不均匀沉降而发生断裂[3]。同时，钢管焊接面不光滑[4]、坡口方式不对、焊条质量差、内外焊次数不足、焊缝未熔合等，使金属内部产生大量的错位和空位，造成很大的应力集中，当材料达到屈服极限后，应力不能得到松弛，形成初裂纹。随着时间的推移，裂纹不断扩展，加速了材质的腐蚀和管壁减薄[5]。由于种种在供水管道安装及维修上的工程管理体制、管理方法、模式和施工人员质量意识不强等因素，使部分新敷设供水管线因未严格按照施工规范操作而或多或少存在安全隐患。这样，在老管网漏损问题亟待解决的同时，新安管线的漏水已有发生，从而形成恶性循环。从近几年南阳市供水管网漏点的开挖情况看，钢管、镀锌钢管漏损占73.2%，铸铁管占21.7%（其中75％以上的铸铁管漏水多发生在承插口），其他占5.1%。1.3　管网使用年限久远爆管频率增加南阳市城区管网目前已达318Km，其中66％都是1999年以前敷设的，由于使用年限久远而未及时更换，城区内各种类型漏点明显增多，检漏中心自2006年成立以来已前后查出大小漏点共计474处，折合水量500万m3。研究表明埋地管道在使用过程中的寿命周期可分为3个阶段，其寿命周期曲线被称为“浴缸曲线”[6]。第一个阶段是安装后的“童年时期”，爆管的原因主要是管道施工质量低和管材质量问题。这时爆管事故可能会不断出现，然后被修复，爆管频率会逐渐下降。第二阶段是管道的“成熟时期”，此时管道的运行相对稳定，爆管频率较低。第三个阶段是管道的“衰老时期”，因为管道老化造成爆管的频率大增。不是每一个管段都会经历这3个阶段，每个阶段的长短也会不同，这与管段不同的工作条件有关。5 图2　埋地管道寿命周期的“浴缸曲线”Fig2Buriedpipelinelifecycle“bathtubcurve”管道爆管事故有聚集现象[7]。有足够的证据可以证明一次管道维修结束以后很有可能在不久以后会在其附近不断发生更多的爆管事故。新安装的管道爆管的可能性较小，但以后每次发生爆管都会减少后继爆管发生的时间间隔。管道在经过2~3次事故之后就会进入管道事故多发阶段。1.4　水锤破坏是管网漏水的又一重要原因在供水系统中，由于机泵突然停止、闸门关闭过速等原因，使管中水流突然变化，管道水压发生剧烈波动而引起的水击现象称为水锤，其产生压强的计算公式为:　　　（1）式中:—水锤压强，Pa；—水的密度，N/m3；—水锤波的传播速度，m/s；—水锤前的水流速度，m/s；—水锤时的水流速度，m/s。上式表明，水锤压强与水锤波的传播速度成正比，而水锤波的传播速度与管材、管径和管壁厚度有关。对于同一种管材来说，管径越小，管壁越厚，则水锤波的传播速度越快，水锤压强也越强；反之则水锤压强越小[8]。管道越长，关闭阀门越快，水锤引发的压强越大，而且由于管道摩阻或气蚀的影响，实际发生的水锤压强值可能要比计算的高出许多，这种巨大的压强可使管道难以承受而发生很大的变形甚至破裂[9]。管网中一般不是一个水厂供水，当不同水厂输送的水在管道某处交汇并产生水锤时，则会发生多水源水锤波共振水锤，水锤压强将比单波源水锤数倍增加，其后果更加严重[10]。此外，在管道维修或泄空后重新开启时，工况改变剧烈也会产生水锤。南阳供水水源全部为地下水，为解决管网压力不足问题，在市区建设了25眼补压井，而这些补压井又无专用供电线路，突然停电事情时有发生，故不可避免会产生管网水锤现象。1.5　温度变化对管网漏失有不可忽视的影响管道是在一定的温度下敷设、在温度不断变化的条件下工作的。管道随温度的变化会发生伸长或收缩，从而在管壁上产生轴向应力，这种应力为温差应力或温变应力[11]。一根5m长的铸铁管在敷设时温度为26℃，冬季最低温度为1℃时，经计算变形为1.50mm，变形应力为3.6kg/mm。根据线膨胀定律和虎克定律可知温差应力计算公式:　　　　（2）式中:—管材的线膨胀系数；E—管材的弹性模量；—温度变化的差值，升温时取正值，降温时取负值。显然，当天气变暖，温度上升时，>0，则<0，管道受轴向压应力；天气变冷，温度下降时，<0，则>0，管道受轴向拉应力。温度随着一年四季的不同而作周期性的变化，管道所受的温差应力也随着温度的变化而作周期性的改变，管道所受的温变应力是交变应力，即使管道所受的温变应力小于其许用应力，但是经历了长期的运行之后，由于疲劳破坏也会发生断裂。铸铁管的抗压能力较抗拉能力大5~6倍，因此在同样条件下，其受拉破坏要比受压破坏的可能性大得多。当管段由不同管径的管道组成时，其中较小管径的管道承受较大的温差应力，造成管径较小的灰铸铁管在寒冷冬季更易断裂，管径与爆管率呈负相关。5 南阳市属北亚热带季风型大陆性气候，年平均气温14.0～15.2℃，最冷月平均气温0.9℃，最热月平均气温27.4℃，年极端最高气温45.1℃，年极端最低气温－21.2℃。因此，南阳四季温差较大，温度是造成供水管道频繁发生破损的原因之一。2　降低管网漏损率的对策2.1　建立供水管网运行动态模拟系统，逐步消除管网爆管事故隐患充分利用计算机信息化管理手段，建立供水管网运行动态模拟系统，对管网进行数据监测、收集和分析，掌握管网运行状态、压力分布和压力变化、漏水情况、管道外围因素变化、地下水文及地质条件变化等实时状态和变化趋势，对管网中易发事故管道进行实时重点监测，降低爆管率；建立事故快速反应及处置机制，及时修复管道漏水部位，有效降低漏水率；建立管龄、管道环境条件、季节气候、管道运行压力和实际操作等为影响因素的爆管事故预测模型，完善管网维修和更新计划，适时改变管网运行操作，优化管网调度。2.2　合理选用管材，及时更新管道，提高管网施工质量对于使用年限长、管网漏水严重的管道要及时更新。新建和更新改造管道，要选择新型管材，淘汰容易锈蚀和损坏几率高的管材。从综合技术指标上看，DN75～DN200的小口径管可用PVC管或PE管；DN300～DN1000管道应首选球墨铸铁管，DN1000以上的大口径管宜采用安全可靠的预应力钢筋混凝土管；其次，要保证管道施工质量，减少因工程质量导致的管道破损；再次，应当根据实际情况确定合理的管道埋深，降低管道受外部荷载造成损坏的机率和经常维护管理费(包括损失费)。2.3　合理进行分区供水，做好管网最佳进水量和压力控制针对我市管网复杂且规模巨大、人口众多的特点，采用计量分区、压力分区和管理分区三种方式结合的分区方法。先按区域计量分区，将管网分为若干计量区域，然后依据管理分区，从简化管理的角度把这些区域进行合并，形成有明显边界的大区域，最后用压力分区原则进行审核，将高压区和低压区隔离，使区域内水压均衡、断水区域缩小等。并采取测流、测压工作来判断流量和压力情况，在保证管网最不利点用水要求的条件下，通过减小压力或流量富余地区的阀门开启度或关闭一些配水、回水阀门，找出管网最佳进水量。对于管网中存在大量无法检测到的小漏水点（背景渗漏），最有效的办法是利用管网中的调节阀门，降低管网压力来控制。同时，在供水管网中应因地制宜地设置有效的排气阀、水锤消除器。加强日常的运行调度、养护管理和检修操作，注意管道排气通畅，泵和阀门启用严格按照操作规程执行，适当延长关闭闸门的时间等，防止产生水锤而破坏管网。2.4　定期进行管网查漏，发现漏点及时修复供水管网的漏失分为明漏和暗漏，而暗漏又因其不易被发现是造成管网水量漏失的主要原因。查找暗漏必须采用适宜的方法，目前国内通常采用的检漏方法有区域环境调查法、音听检测法和相关检测法，有些水司还采用了区域泄漏噪声自动监测法、区域装表法（每个小区大约2000～5000用户[12]）；同时，还应建设一支综合素质高、业务能力强、愿为检漏工作奉献的检测队伍，科学合理的安排捡漏时间，在对管网普查、排查、熟悉管网信息的基础上，定期进行查漏，发现漏点及时修复。实践证明，主动开展漏水检测，可缩短抢修时间、降低管网漏耗，是快速降低管网漏损的有效途径。3　结束语管网漏水的原因有多方面因素。供水管网漏损控制是一项系统工程，需供水企业内部各部门相互协调，加快陈旧管网的更新改造、合理选用管材、提高施工质量、建立管网动态模拟系统、合理进行分区供水、定期进行管网查漏等“多管齐下”，把主动查漏和积极防漏相结合、治理和预防相统一，才可将供水管网的漏损降到最低。参考文献[1]中华人民共和国建设部.CJJ92-2002城市供水管网漏损控制及评定标准[M].北京：中国建筑工业出版社，2002.5 [2]周新梅，吴仕荣.城镇供水系统漏损原因分析及对策[J].中国农村水利水电，2003，（1）：37－38.[3]上海市政工程设计研究院.给水排水设计手册(第3册)[M].北京:中国建筑工业出版社，2004.[4]中华人民共和国建设部.GB50268—97给水排水管道工程施工及验收规范[M].北京:中国计划出版社，1997.[5]中华人民共和国建设部.GB50236—98现场设备、工业管道焊接工程施工及验收规范[M].北京:中国计划出版社，1998.[6]PELLETIERG，MAILHOTA，VILLENEUVEJP.ModelingWaterPipeBreaks-ThreeCaseStudies，WaterResourcesPlanningandManagement，2003(3/4)：115－123.[7]何芳，刘遂庆.供水管网爆管事故分析与对策探讨[J].管道技术与设备，2004，（5）：20－23.[8]金锥，姜乃昌，汪兴华.停泵水锤及其防护[M].北京：中国建筑工业出版社，1993：47－51.[9]J.R.Kroon，M.A.Stoner，W.A.Hunt，WaterHammer:CausesandEffects，JournalAWWA，1984，76(10)：39一45.[10]赵乱成，管道中气－水锤探讨，给水排水，1993,19(3):5－8.[11]赵乱成.给水管道损坏的主要原因和对策[J].给水排水，1997(12):55-58.[12]俞锋.区域供水管网漏失水平评价方法[J].中国给水排水，2004，20(1):31－33.作者简介：曹邦卿（1967－），男，河南省柘城县人，高级工程师，主要从事给水排水工程研究与教学工作。地址：南阳市卧龙路1638号南阳师范学院土木建筑工程学院。邮编：473061；Tel：0377－63525178，13503876412；E-mail：nysycbq0377@163.com。5'