城市供水管网漏损控制 96页

'中文摘要随着社会和生产的发展，以及水资源的减少，供水行业面临重大的挑战。如何在现有的条件下，进行管网漏失、漏损研究，控制管网漏失率，提高供水企业的经济效益和服务效益，具有深远的实际意义。本文从供水管道漏失预测、漏损经济损失和管道更新费用出发，以经济分析为基础，对管道漏损的控制方法进行了研究，为供水管理部门改变被动的管理现状提供切实可行的方法和实用的工具通过对现状供水部门管网漏损发生原因的综合论述，总结提出了漏失控制管理的预防性、管理性、控制性措施，从设计、施工、维护角度系统的并有针对性的提出了减少漏子频率，降低漏水量的技术措施。通过灰色序列预测方法对管网漏子数据进行拟和，建立了给水管道漏失预测模型，为漏损控制、管网维护等方面的经济分析提供了基础依据。建立了管道维护费用模型，并引用了实用的数据参数，为判定管道漏损的经济损失提供了方法;建立了管道建设费用模型，采用管道施工部门的实际费用数据，使模型贴近实际，具有很强的可用性。引入经济概念，在漏失预测模型的基础上，通过对管道维护费用与管道建设费用的经济分析与比较，确定了最佳更新管道时间，并提出了管道服役寿命的概念，依据管道更新的经济决策模型，确定管道所能服务的最经济年限，为管网管理部门对管道的合理使用和安全使用进行判定提供依据。建立了给定资金水平能力下管道更新的最佳资金分配模型和管道更新经济决策系统，为供水管理部门合理使用资金，科学的制定全年管道更新计划提供了技术支持和实用工具。本文中模型的建立和研究，旨在为供水管理者提供技术理论和实用工具上的支持，指导管理者制定科学的维护方案，达到合理使用资金，提高管网运行质量和节约能源的目的，具有重要的指导意义和使用价值。关键词:管网漏损经济分析管网维护管道更新资金分配灰色序列模型 AbstractWiththesocialandproductiondevelopmentandreductionofwaterresource,thewaterindustryisfacingseriouschallenges.Itispracticallysignificanttostudynetworkleakage,controlleakagerateandimproveeconomicbenefitandserviceefectofthewatersupplyenterpriseunderpresentconditions.Thecontrolmethodonpipeleakagewasstudiedandasuitablemethodandpracticaltoolsforchangingthepassivemanagementstatuswereprovidedbasedontheeconomicanalysis,andfromtheviewpointofpipeleakageforecast,economiclossfromleakageandpiperenewalcostInthispaperthereasonforthenetworkleakagewassummarized,prevention,management,andcontrolmeasureswereproposed,especiallythetechnicalmeasuresforreducingleakagefrequencyandloweringleakagequantitywerepresentedfromtheviewpointofdesign,constructionandmaintenance.Inordertoprovidebasicdataforeconomicanalysisonnetworkleakagecontrolandmaintenance,thewatersupplypipeleakageforecastmodelwasestablishedthroughfittingtheleakagedatausinggrayseriesforecastmethod;themodelofpipemaintenancecostwasestablished,whichquotedthepracticaldataparameters,providedamethodformakingdecisionontheleakageeconomicloss;thepipeconstructioncostmodelwasestablished,andithasstrongfeasibilityforquotingthepracticaldatafrompipeconstructiondepartment;theeconomicconceptwasintroduced，andthemosteconomicpiperenewaltimewasdecidedbasedontheleakageforecastmodelandthroughcomparisonbetweenpipemaintenancecostandpipeconstructioncost;andtheconceptofpipeservicelifewasproposed.Atthesametimeaccordingtotheeconomicdecisionmodelonpiperenewal,themosteconomicfixednumberofyearinservicewaspresented，soitcanprovidefoundationonreasonableandsafeuseofpipefornetworkadministrativeauthority;theoptimalcapitaldistributionmodelonpiperenewaleconomicdecisionsystemwasestablishedundergivencapitallevel,soitcanprovidetechnicalsupportandpracticaltoolsforrationaluseofcapitalbyadministrativeauthority,drawupscientificallythepiperenewalplanalltheyeararoundAllthemodelsstudiedandestablishedisforthepurposeofprovidingtechnicaltheoryandpracticaltoolsformanager,andgivingguidancetomanagerindrawupschemeplan,soastorealizetherationaluseofcapitalrationally,improveoperationqualityandsaveenergy.Itisofinstructivesignificanceandusevalue.Keywords:networkleakageandloss,economicanalysis,networkmaintenance,piperenewal，capitaldistribution,grayseries，model 独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得-人全色或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。*fly论文作者签“:睿涝vq"-Rm:一，年6}z，日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解j进选星匕有关保留、使用学位论文的规定。特授权达遴大生一可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。(保密的学位论文在解密后适用本授权说明)。少)J学位论文作者签名:名播导师签名，了扒-1511-)护签字日期:-)Vv}t年6月习日签字日W:}lp年;月衫日 第一章前言第一章前言1.1、城市供水管网漏损控制课题的提出水资源的宝贵己是尽人皆知，人们想尽办法的节水、省水，与之形成反差的却是每年大量经过处理的自来水白白流失，在保证供水安全可靠的前提下，解决管网漏耗严重的问题已是刻不容缓，成为长期困扰世界供水行业的一大难题。降低供水产销差、有效的控制漏失等给水管网维护管理工作已成为各国科技人员和学者致力研究的重要目标，也是二十一世纪供水行业的重点研究问题。尤其对于我国来说，我国数以千计的城市给水管网系统，按目前的经验方式运行能耗浪费很大，在水资源匾乏、水源污染严重、建设资金短缺、城市供水难以满足需求的情况下，减小管网漏失更具有非常的意义。探索适合中国国情的供水管网漏损控制理论和方法，研究更多实用控制技术和工具，最大程度地提高供水服务水平，是我国公用事业急待解决的问题之一。1.1.1城市供水系统存在的问题为适应我国经济发展迅速、城市化进程发展快这一国情，自来水普及率迅速提高，过快的增长速度也造成了我国过分注重管网系统的发展，忽略了供水系统的科学布局和规划，过分强调供水可靠性，忽视了管网系统的优化是一个多目标问题。长期以来，管网大多凭经验运行、人为决策，使得管网系统改扩建缺乏科学依据，致使管线连接复杂、铺设冗余，供水路径复杂，压力不均，事故多，漏耗大，管理和维修困难等一系列问题，这是我国给水管网系统中普遍存在的现象111121。主要表现在，1)漏耗严重，产销差率大管网漏失现已成为供水行业普遍存在的严重现象，给水管网漏损水量占总用水量的比例越来越大，多在20%-30%之间[31。在我国，随着水厂和管网不断建设和扩充，漏损水量日趋增加，据03年10月14日在沈阳召开的全国城市节水工作座谈会暨城市供水管网漏损控制研讨会公布的数字，我国城市供水每年漏损近100亿吨。据对660个城市的统计，近3年全国平均每年城市节水量约为35亿吨，因此每年漏损掉的水量就相当于全国3年的节水量。2002年全国408个城市公共供水系统的管网漏损率平均达到21.5%。以昆明市自来水总公司为例，全市每 第一章前言第一章前言1.1、城市供水管网漏损控制课题的提出水资源的宝贵己是尽人皆知，人们想尽办法的节水、省水，与之形成反差的却是每年大量经过处理的自来水白白流失，在保证供水安全可靠的前提下，解决管网漏耗严重的问题已是刻不容缓，成为长期困扰世界供水行业的一大难题。降低供水产销差、有效的控制漏失等给水管网维护管理工作已成为各国科技人员和学者致力研究的重要目标，也是二十一世纪供水行业的重点研究问题。尤其对于我国来说，我国数以千计的城市给水管网系统，按目前的经验方式运行能耗浪费很大，在水资源匾乏、水源污染严重、建设资金短缺、城市供水难以满足需求的情况下，减小管网漏失更具有非常的意义。探索适合中国国情的供水管网漏损控制理论和方法，研究更多实用控制技术和工具，最大程度地提高供水服务水平，是我国公用事业急待解决的问题之一。1.1.1城市供水系统存在的问题为适应我国经济发展迅速、城市化进程发展快这一国情，自来水普及率迅速提高，过快的增长速度也造成了我国过分注重管网系统的发展，忽略了供水系统的科学布局和规划，过分强调供水可靠性，忽视了管网系统的优化是一个多目标问题。长期以来，管网大多凭经验运行、人为决策，使得管网系统改扩建缺乏科学依据，致使管线连接复杂、铺设冗余，供水路径复杂，压力不均，事故多，漏耗大，管理和维修困难等一系列问题，这是我国给水管网系统中普遍存在的现象111121。主要表现在，1)漏耗严重，产销差率大管网漏失现已成为供水行业普遍存在的严重现象，给水管网漏损水量占总用水量的比例越来越大，多在20%-30%之间[31。在我国，随着水厂和管网不断建设和扩充，漏损水量日趋增加，据03年10月14日在沈阳召开的全国城市节水工作座谈会暨城市供水管网漏损控制研讨会公布的数字，我国城市供水每年漏损近100亿吨。据对660个城市的统计，近3年全国平均每年城市节水量约为35亿吨，因此每年漏损掉的水量就相当于全国3年的节水量。2002年全国408个城市公共供水系统的管网漏损率平均达到21.5%。以昆明市自来水总公司为例，全市每 第一章前言年有200。多万吨的自来水在白白流失，相当于一万个普通家庭40年的用水量。一些管道就算关死闸门、拧紧龙头、水表不动，漏水仍在24小时打“点滴”。这些漏掉的水都是经过处理加工的水，一方面水资源紧张、供水能力不足，而另一方面大量的水却白白漏掉。更严重的是，爆管发生时，会引起局部断水和水压降低，既造成较大社会损失，同时也带来企业经济损失，有时还带来水淹、锅炉爆炸等次生灾害，给人民生活、工业生产和社会安定带来了较大影响14-612)水质偏低，二次污染严重自来水出厂后到用户使用是通过无数的供水管道来进行输送的，在连续、不间断的输送过程中，存在导致其受二次污染而影响水质的多种因素，诸如管道破漏抢修、违章开口接管、管材质量问题、千管阀门关闭后开启过急，造成生锈的水管内壁部分受水压冲击而脱落，二次供水设施影响及用户违章用水直接造成的污染等。3)供水安全性差城市供水与人民生活息息相关，并与城市的生存、建设和发展有着直接的关系121。由于管网漏子的发生，给人民生活和生产都带来了极大的不便，供水压力过大不稳和突变、‘水质质量和管网的“二次污染”等也不同程度的影响着百姓的生活，供水系统故障的发生带来的影响和经济损失都是不可估计的[714)管理科学性不强18][91供水管网普遍具有以下特点:复杂性，供水管网年代久远、错综复杂:随意性，城市建设不断改造和扩建管网，使得管网的敷设具有极强的随意性、隐蔽性;管网埋入地下，年深日久，无法直观地判断和分析造成了维护、维修的不可预见性和急迫性。现在，我国的城市用水管理状况基本上仍处于强化管理阶段，迫切需要转向科学管理。管理体制、管理机构、政策机构、政策法规、管理技术手段、基础工作、研究工作以及人们对城市水资源的价值观念等都不能完全适应节约用水工作发展的要求。要考虑应用新的技术和方法来提高配水管网的运作水平，改善水司配水系统服务质量并提高管网自身运作效率，向自动化、科学化、实用化发展。5)管网布局不合理，负荷不均[Zlpol为适应经济迅速发展，过快的增长速度也造成了我国给水管网系统布局和规划有欠科学的负面影响，长期以来，管网大多凭经验运行、人为决策，使得管网系统改扩建缺乏科学依据。过分注重管网系统的发展，而忽略供水系统的利学布局和规划;过分强调供水可靠性，致使管线连接复杂、铺设冗余，导致 第一章前言管网优化运行决策难度大。1.1.2城市供水管网漏损带来的损失随着能源费用的增加及水资源开发费用的提高，漏失带来的损失将不断增大:1)城市水资源的浪费水资源的短缺是我国也是全世界面临的一种隐患，随着经济的发展，水的供需矛盾日益突出1川。中国有世界上20%的人口，但是中国平均来讲只有世界水资源的790，人均水资源量约2220立方米，只是全世界平均水平的1/4。目前我国三分之二的城市存在供水不足，其中比较严重的缺水城市达110个，全国城市缺水总量为60亿立方米。据预测，2030年我国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1760立方米。而且，而水资源的污染也日趋严重，全国90%的城市水源受到不同程度的污染，每年有590亿吨的污水污染江河湖库「121。管网的漏失造成了对水资源的巨大浪费，而城市供水需要符合卫生要求的水资源为原料，过高的漏损失率即浪费优质水资源。尤其目前，我国为解决部分地区‘吃水难”问题，制定了南水北调等大规模的方案措施，但国家花巨资给城市调的水，其中的一部分却白白地流失。水资源缺乏，且情况越来越严重，也严重制约了社会经济的发展，因此水漏失控制已经提上了日程[12111312)城市财政收入的流失漏失带来了一系列资金投入的增加和资源的浪费，从而造成国家财政收入的流失。a.水处理成本增加随着能源费用，人员成本的提高，水处理的成本越来越高城市供水需经取水，输水，净化及配水等供水设施并消耗一定数量的能源动力，药剂，人员投入，才能达到城市供水标准。根据《城市供水价格全国统一审价工作》，全国平均吨水售水成本从1999年的0.9857元/ma升至2001年的1.1795元/m"。城市花费大量资金把水处理达到饮用水标准后却又白白地流掉了f61[71b.出厂压力提高管道的漏失使得出厂水压力增高，电耗加大，对水厂运行设备造成了影响，同时也对运行管道形成了损害。c.维修资金投入增加管道漏水造成的每年刨漏、修漏量大.供水部门每年要投入大量的人力、物力用于管道维修上，使管道运行费用增加。 第一章前言3)降低了输水可靠性管道漏子频发影响了供水的连续性，安全性，不仅使用户使用压力降低，甚至中断供水，腐蚀的供水管网，也增加了水的二次污染的机会，使供水水质下降。因此，国内外供水企业无不把加强供水管网的水漏失控制作为企业管理的重要内容之一。4)降低了服务水平用户对供水安全可靠性要求的提高缺水会给居民生活带来不便，也将影响到工业生产的正常进行。随着社会的进步，用户对供水企业的服务水平的要求越来越高，但管道漏子频发给居民生活带来严重影响，不仅使服务中断，影响了居民群众的生活，而且道路刨修任务不断，妨碍了了城区交通，给广大人民群众带来了极大的不便。5)对环境的污染经常的刨漏，维修也对环境带来了污染，使社会、经济、环境综合敛益降低，从而也降低了城市竞争力，造成整个社会环境水平的下降。管网漏失不仅浪费了宝贵的水资源，也给供水企业造成了巨大的能源浪费和经济损失，同时，严重影响了人民的生产和生活，对社会造成了很大的不便和危害因此，对供水管网的漏水控制和维护管理工作的研究，不仅有益于供水企业的经济效益，而且减少对周边环境造成危害，同时也可大幅度节约投资和水资源，促进国民经济城市建设的发展。1.1.3供水管网漏损控制的研究意义针对上述存在的问题，从供水行业维护管理现状和研究现状出发，为了更好地利用资源，改善给水服务供应，提高供水企业的经济效益和服务效益，进行管网漏失、漏损管理研究，控制管网漏失率，具有深远的实际意义。世界各国都把漏损控制作为一项重要工作来进行研究、开发和实施，它已成为整个给水事业的一个不可分割的重要组成部分。我国建设部也十分重视此项工作，在《城市供水行业200。年技术进步发展规划》中明确提出把“降低漏耗”作为五个主攻方向之一。作为一种潜在的利润，估计执行适当的漏损控制策略后，有资料表明仅英国每年估计就会节省3000万美元1141甚至这个数字可能也是比较保守的。因此，探索给水管网漏损控制理论和方法，提高供水安全可靠性，有效控制管网漏损及突发事故的发生是很必要的。进行漏损控制，目的就是通过研究漏损的原因、机理和规律，制定改 第一章前言进措施和应急对策并付诸实现，从而把漏损减少到最低限度，以此来达到减少生产和管理成本、节约水资源、减少对公共环境的危害、推迟或减少给水系统的建设投资，提高供水管理水平和服务质量的目的181管网改造做为对年久失修，老旧管材和漏子频发管道的彻底根治之法，成为现阶段控制漏损，降低漏失的重要措施。同时通过管网改造还可以改善管网水质，恢复管道流量性能，提高供水安全可靠性和逐步实施管网优化布置。管网更新改造是提高给水安全可靠性，降低漏水量和改善管网水质的重要途径。更新改造的方法要因地制宜合理选用，建立评价管道模式，同时根据经济效益及实际条件选择更新改造的优先顺序。但是，管网改造的资金毕竟有限，也不可能做到一次全部投入，需要依据管网现状，合理做出安排。现状供水部门的管网改造，多是凭经验制定，主观决策。但这种决定是不是充分利用了资金获得最大的收益，没有科学上的依据，不能保证达到资金的合理应用。所以，供水管理部门迫切需要一种方法和工具，去判定管道更新的合理时间，对管道更新资金进行科学合理的分配。本文管网改造更新决策系统和最佳更新资金分配模型的建立就是基于此建立的，旨在为供水部门的科学管理提供实用工具。1.2、国内外研究情况对供水管网漏损问题的研究，一方面集中在给水管网漏失检测技术、方法、仪器设备开发和生产上，另一方面集中在漏损管理控制理论上，近年来管网的更新改造研究也逐步成为了各国学者、专家研究的重点。1.2.1漏失检测技术和控制方法管道漏失可以分为明漏、暗漏两大类。管道明漏是不难发现的，如果发现在管网附近发现有清水冒出或路面局部下陷、泥土潮湿、绿化带植物特别茂盛、下凹部位经常潮湿有水，法门井、配水井内长期积水等现象，就可判断此处可能为漏水点「151但暗漏需要一定的方法和技术才能发现并确定漏点，因此管道漏失的检测技术一直是供水学者的研究重点。"1.2.1.1漏失检测控制技术的发展和常用方法的介绍115-19180年代初期，国外的漏失检测和控制己经起步，英国国家水利常设委员会的报告《泄露方法和实践》提到了5种泄露控制方法，中期，英国、美国、法国、日本等国家相继开发了金属管道传声的相关检漏仪。90年代初研制成功了 第一章前言进措施和应急对策并付诸实现，从而把漏损减少到最低限度，以此来达到减少生产和管理成本、节约水资源、减少对公共环境的危害、推迟或减少给水系统的建设投资，提高供水管理水平和服务质量的目的181管网改造做为对年久失修，老旧管材和漏子频发管道的彻底根治之法，成为现阶段控制漏损，降低漏失的重要措施。同时通过管网改造还可以改善管网水质，恢复管道流量性能，提高供水安全可靠性和逐步实施管网优化布置。管网更新改造是提高给水安全可靠性，降低漏水量和改善管网水质的重要途径。更新改造的方法要因地制宜合理选用，建立评价管道模式，同时根据经济效益及实际条件选择更新改造的优先顺序。但是，管网改造的资金毕竟有限，也不可能做到一次全部投入，需要依据管网现状，合理做出安排。现状供水部门的管网改造，多是凭经验制定，主观决策。但这种决定是不是充分利用了资金获得最大的收益，没有科学上的依据，不能保证达到资金的合理应用。所以，供水管理部门迫切需要一种方法和工具，去判定管道更新的合理时间，对管道更新资金进行科学合理的分配。本文管网改造更新决策系统和最佳更新资金分配模型的建立就是基于此建立的，旨在为供水部门的科学管理提供实用工具。1.2、国内外研究情况对供水管网漏损问题的研究，一方面集中在给水管网漏失检测技术、方法、仪器设备开发和生产上，另一方面集中在漏损管理控制理论上，近年来管网的更新改造研究也逐步成为了各国学者、专家研究的重点。1.2.1漏失检测技术和控制方法管道漏失可以分为明漏、暗漏两大类。管道明漏是不难发现的，如果发现在管网附近发现有清水冒出或路面局部下陷、泥土潮湿、绿化带植物特别茂盛、下凹部位经常潮湿有水，法门井、配水井内长期积水等现象，就可判断此处可能为漏水点「151但暗漏需要一定的方法和技术才能发现并确定漏点，因此管道漏失的检测技术一直是供水学者的研究重点。"1.2.1.1漏失检测控制技术的发展和常用方法的介绍115-19180年代初期，国外的漏失检测和控制己经起步，英国国家水利常设委员会的报告《泄露方法和实践》提到了5种泄露控制方法，中期，英国、美国、法国、日本等国家相继开发了金属管道传声的相关检漏仪。90年代初研制成功了 第一章前言水传声相关检漏仪，提高了检漏的正确性，美国、日本在80年代中期还开发了探地雷达，利用电磁波对漏水情况进行检漏，并以图象显示漏水孔周围的情况，实现对漏水点的精确定位。随着科学技术突飞猛进的发展，计算机技术的广泛应用，仪器设备不断更新换代，漏损检测技术和控制方法有了很快的发展，如流速测量普查检漏，水压测量普查检漏，利用分区计量进行检漏等相继广泛使用。现在在英国，瑞典等很多国家还有使用其他技术替代相关仪进行检漏的方法，例如噪声记录仪，地面穿透雷达，氢气跟踪，热成相等。WRC公司的“撤哈拉”管内声学技术也是一项很有发展前途的新技术。目前常用的漏失控制方法有被动检漏法，音听检漏法，区域测漏法，区域装表检漏法及复合法，压力调整法等。约被动检漏法被动检漏法是一种最原始的检漏方法，它主要是一种以发现明漏为主的方法。供水管理部门组织专门的巡检队伍依据管网图沿线进行巡视，同时设置专线调度系统进行巡检的信息传递和维修任务的安排，并接受广大市民的义务报漏。它设备资金少，管理费用低，但它对暗漏和漏水点不是冒水点的明漏是无法发现和判断漏点的，因此单凭此法不能把漏水率降低到较好的水平，而且过分依赖市民报漏，会引发市民对管理部门的不满，降低服务声誉。2)音听检漏法是目前国内外最广泛使用的一种主动检漏方法。当压力水从漏水口喷出，会产生三个成音频率，第一个成音频率为水与孔口发生摩擦产生振动，然后沿管、上层传播开来，其传播的距离与漏水大小、管材、土质有关:第二个成音频率为漏水口喷出的水喷到周围的泥土上产生的频率，这是检查漏水判断地点时主要利用的频率;第三个成音频率为漏水点附近的土壤因水流冲刷而产生空穴，水在空穴内转动而产生的声音。根据漏水产生的成音频率，有以下利用音频进行检漏的技术。a)听漏棒、听漏饼其原理是把音频引起的地面震动通过一定的介质传导而引起空气振动，使音频通过介质传至耳朵而进行监听的仪器。它代替了人把耳朵直接贴在管道或地面上听音。b)电子放大音听仪是用传感器把地面振动转为微电量变化，然后通过电子放大，把微弱的地面振动声放大到人们容易听到的音量。c)相关检漏仪 第一章前言由英国水研究中心于1976年开发。在管道两端放置两个传感器，利用漏水声音频率沿管道向两侧传播，监听信号，并可根据两个传感器得到信号时间的延迟，推算出漏水点的具体位置。音听检漏法仪器设备简单，操作方便，价格较低，所以被广泛使用，据英国水研究中心估计，音听检漏法约可查地下漏水的80%。但音听检漏法受其它声音干扰较大，需要依靠检漏人员的经验判断，所以检漏效果在一定程度上取决于检漏人员的经验和素质。3)区域管理方法。对管网进行分区域检测主要有以下几种方法:a)区域装表法此法为把供水区分为若干个小区，除留一或二个装有水表的进水管外，关闭小区与外界的联系阀门，使小区内总用水量可计量，同一时刻计量该区所有用户水表水量，对两个流量进行比较，其差值为小区的漏失水量，若在允许范围内，则不需检修，若超出允许值，则需要进一步进行音听检漏确定具体漏点。b)区域测漏法(最小流量法)分为直接和间接区域测漏法两种。此法同样把供水区分为若干个小区，检测时关闭所有该区的连通阀门，并设置旁通管计量管道内流量，若采用直接区域测漏法则同时关闭所有用户水表进水闸门，直接测得该区漏水量，若超出允许值，则进一步确定漏点:若采用间接区域测漏法，则不完全关闭用户的进水闸门，在深夜用水最少时测定一定时间，测得的是管网漏水量和个别用户的用水量。c)区域装表和测漏复合法兼备区域装表法和区域测漏法的复合方法，区域所装的水表在白天或一定时间间隔里起区域装表法作用，当需要区域测漏时起区域测漏法的测漏水表作用。4)压力调整法用控制手段降低管内过高的压力以降低漏损量。管道发生破裂和漏水的可能性以及漏水量的大小与管网的工作压力有密切的关系，现在国际上通用的压力与漏水的关系模型为:水漏失量L与压力P成N次方的关系，即:L=(P)",N值的范围为0.5一2.5，平均值为1.15，接近线形关系1201。工作压力越大发生管道破裂或接口破坏的可能性越大，管道漏水的可能性和漏水量越大，工作压力越低，漏水量越小，甚至当工作压力降低到某一程度时，就不会漏水。水压控制方法就是基于此原理，通过监测管网中压力监测点压力变化，及时调整过剩压力到满足用户压力需求的程度，从而降低管网漏水量。 第一章前言随着计算机控制系统和遥测、遥感、遥控系统在供水行业的普遍使用，使用遥控阀控制流量，实现压力均衡，降低漏损将成为一种更为经济和先进的方法，现己有供水部门在管网中安装自动减压阀，通过优化阀门开启度设置，进行管网压力控制，以实现降低管网漏损量，均衡管网压力以及控制管网局部压力等压力控制目标川。5)水力分析方法3)管网解析法推断漏水位置[2}1假设漏水在节点发生，将从漏水孔泄露的漏水量做为未知数。求解漏水发生的节点位置和漏水孔面积的问题和通常的管网解析方法相反，为一部分节点水压为已知数，而一部分节点水量(漏水量)为未知数的问题。b)流速测量普查检漏法[221测量供水管道内的水流速度及其变化量，用来分析流速变化与漏水点的关系，确定管段内的漏失量，并辅以检漏仪器对漏点进行准确测定。。)水压测量普查检漏法[221测量供水管道内的水压及其变化量，用来分析管内水压变化与漏水点的关系，并辅以检漏仪器对漏点进行准确测定。比如利用管网水压监视系统，在全城供水管网主管上选择关键监测点，安装水压传感器，若遇爆管情况发生，相关监测点的水压值会突然下降，则在相应片区进行漏点查找。检漏技术还有很多，还有一些理论上可行，但在实际中难以推广使用的方法，如示踪检漏法在水中加入无毒易检测的示踪剂，测出示踪剂从而确定漏水地点，但这种方法在实际应用中存在很多困难，所以应用不是很广泛。在这里不再赘述。1.2.1.2水漏失控制各种方法的的经济性比较〔201各种漏损控制方法均有其优缺点，关键在于因地制宜应用。对供水企业来说，选择合适的检漏方法和仪器，希望用较少的检漏、维修和管理费用就能降低较高的漏损水量，同时换取较好的社会效益。衡量所选择的检漏方法是否经济有效，主要看3个费用:1修漏费用;2检漏费用;3漏失水量费用。当修漏费用十检漏费用>漏失水量费用时，说明选择的检漏方法达到的经济效益是差的.反之是好的，说明选择的检漏方法恰好达到企业的损益平衡点.供水部门需探索一种更合适，有效，具有一定先进性的控制管网漏损的方法和策略，把管网系统的渗漏按常规化和系统化的程序进行管理和控制1231，确定检漏周期。依据英国的经验和采集的数据，下表1-1给出各种用于水漏失控制的方法的经验费用对照，以做参考。 第一章前言表1-1用于水漏失控制的方法的经验费用对照项目每降低1立方米水/天每降低1立方米水/天最低费用(千英镑)最低费用(千英镑)初步的主动检漏控漏措施0.050.15深化的主动检漏控漏措施0.101.00压力控制手段0.200.30加表分区管理0.200.40自动检测技术的应用0.100.50管网改造一优化选择1.002.00管网改造一盲目的按部就班2.0010.001.2.1.3国内外检漏情况·11发达国家的检漏状况目前，发达国家采用的主要检漏方法与我国略有不同，采用区域装表法，区域测漏法的比例要大于被动检漏法，主动检漏程度较高。国外与我国的检漏方法相比，先进的方面有地表雷达检漏法，区域装表法，区域测漏法和复合法。在检漏仪器方面相比较，先进的方面有地表雷达探测仪，水传声相关检漏仪，且各类智能流量仪也列入为检漏仪器。地表雷达探测仪主要是利用无线电波对地下管线进行测定，可根据水管周围的图象进行判断是否有漏水的情况;水传声相关检漏仪是继利用金属管道传声的相关检漏仪研制成功后，又研制成功的广泛用于非金属管道的检漏和胶圈接口金属管道等传声较差管道检漏的仪器。在管理方面，国外非常重视检漏工作的经济合理性，引用了“效益成本比”经济分析方法，若效益与成本之比大于1，说明用于检漏、修漏的费用小于漏水水量的费用。效益与成本之比越大，漏损控制的经济效益越好[24]。由于西方国家的经济实力，重视程度和技术水平等方面的优势，根据有关资料统计，其漏失率远低于亚洲国家[231"2)国内检漏状况目前，国内的检漏方法主要是被动检漏辅以不同的主动检漏方法。很多供水部门一方面装备了先进的供水报漏、检修的调度系统，加大了管道巡视力度和抢修力度，另一方面加强主动检漏工作，很多城市已经采用了不同的主动检漏方法，并聘请专门的检漏公司进行暗漏的检测工作。采用较多的是音听法，和区域测漏法和区域装表法，近年来不少城市已在积极的寻求和试用一些更先进 第一章前言的探漏方法，很多研究人员和一线生产人员在这方面做了多方面的研究和论述，如宋仁元1261蒋峰、李景华1271高伟f281陆颖[291130〕等。修春海、杨月杰[31]何桂湘[191等还就德国、英国等国外城市常用的检测技术进行了介绍和分析了.2.2漏损控制理论方面1.2.2.1漏损分析模型和控制方法对于管网漏损的检测、原因、机理和控制管理，国内外学者进行了不同程度的研究，尤其在发达国家，把漏损控制作为国民生产中的系统工程来研究，很早就成立了相关的学术研究机构，如英国水研究中心(WRC)专门发表报告，论述漏水控制的内容、方法和对策;美国供水协会(AWWA)成立了漏水检测和计量委员会;日本水道协会(JWWA)专门对漏水问题进行研究[(321，在长期工程实践中取得了良好的漏水控制效果。发展中国家对此项工作也给予了足够的重视，在国际会议上发表大量文章，结合自身特点对漏失及其控制问题进行研究r33-361aThomasM.Walski(1987)根据管道的使用年限预测管道漏损发生情况1321，英国WRc(2000)尝试考虑漏损经济分析来做为漏损控制的目标，并且尽可能的提高数据质量和分析技术，Y.Hosoi(2001)论文中提出了优化的供水管网漏损检测周期模型，在分区管理模型中得到有效的验证。国内研究人员也一直在致力于管网漏损的研究，天津大学的张宏伟、陈超(2000)181，在大量供水管网漏损数据的基础上，应用多元线性回归分析理论，对供水管道投入使用后产生漏损的初始时间进行了预测，建立了供水管道漏损控制预测模型和管道生命年限的微观模型，对供水管道的使用经济效益做出决策，为供水部门结束被动的运行维护管理提供技术支持。哈尔滨工业大学的陈宾(2001)1"81采用时间序列分析方法研究了漏失流量与压力、漏洞直径的关系，根据实际供水管网的漏失数据，建立了给水管网漏失预测的线性指数平滑模型和二次曲线平滑模型，并引入了经济漏失评价观念，建立了漏失经济检测周期。这些供水管道漏损控制预测模型，改变了供水行业被动式的漏损管理模式，在不同的时期不断的充实和深化，但由于供水管网的复杂性和管网漏失信息的繁杂和无规律性，因此在许多情况下对漏损与其众多影响因素之间的关系进行量化分析比较困难，因此模型的灵敏度和准确性与现实还存在差距。许多生产一线的技术工作人员也一直在探究管网漏使得机理和对策，通过在工作实践中积累的经验，发表了大量的文章，对漏损发生的原因和影响因素进行了阐述，并提出了很多的降低漏损的管理性措施。吴浩[371、裘尚德[381等就漏损设备、漏损原因、检漏方法等进行了探讨，还有一些专门就管材对 第一章前言管网漏失影响的文章，如周志全[391、范次樵【401等，而何维华的《供水管网的管材综述》更是对今后管道材质的选择提供了指导作用。1.2.2.2管网压力控制Goodwi尸411等学者研究发现管网泄漏与服务压力有直接关系，泄漏水量随服务压力增大而增大，如果能将过剩服务压力减少到满足用户压力需求的程度，即可降低管网漏水量，因此降低管网漏损可以通过控制管网的压力来实现。压力控制不仅包括降低管网压力至满足用户需求的程度以减少管网漏水量，还包括均衡管网压力，控制管网末端局部压力等。通过监测管网中压力监测点压力变化，及时调整过剩压力到适当水平，理论上可行，经济效益也可观，因此得到了大量学者，如Bessey[42.431Germanopoulos144.451等的关注，建立了一些管网漏损控制模型和理论，Bargiela1461,Miyaoka147]以系统剩余压力平方和最小为目标函数，在满足系统运行的约束条件下，建立模型，决策自控阀的开启度设置，以降低管网压力，可使泄漏量减少2096-3096，但他们在模型中并没有考虑管网漏损。Germanopoulos,Jowitt[<,;弥补了他们的缺陷，把与压力有关的泄漏因素引入模型中，使其理论在管网漏损控制领域又向前迈了一大步，进行压力控制，近年也成为国内的新兴的研究领域，天津大学的张丽[1I1，将自控调节阀用于管网漏损控制，通过优化阀门开启度设置，进行管网压力控制，以实现降低管网漏损量，均衡管网压力的控制目标，在华北滨海某区得到实施。1.2.2.3管网分区国外的一些先进的国家，对大城市的配水管网进行了分块控制，使整个城市的给水管网是由几个小块组成，各个块都有独立的可计量的进水、出水，这样可使庞大复杂的管网的运行转化成为对分块管网的运行管理，使管理趋于简化。随着技术的发展，人们越来越注意到对管网进行分区管理的优点，它不但能检测漏点、漏量，减小管网漏失率，为进行产销差率的控制和分析提供基础，还能使管网的输配功能明确，提高管网的实际运行状态，改善水质，同时能指导管网规划，确定科学的管网改造方案和建设方案，从而达到减少重复建设，降低建设投资的目标。因此，对整个城市管网进行分区管理逐渐兴起，现己成为供水部门研究和发展的方向。给水管网分区起源于20世纪80年代，英国伦敦管网划分为16个区，日本东京分为50多个，而大阪则为18个。在国内，管网分区在近些年才开始，99年上海依据河流地理位置分为4个大区，沈阳则依据行政区域划分为8个区域1481，而其 第一章前言它的很多城市也在着手进行这方面的研究和尝试。工·2.2.4管道更新研究早在1969年AWWA发布了一些关于配水系统主千管更新的报告，提出建议管网出现那些现象可考虑更换管道，例如水压不够、水质差、水量不足等，并表明针对管网主千管中越来越多超过允许范围内的漏失现象，应发展一种有效的方法和工具，记录整理维修的基础数据和维修费用，并与更换管道的费用建立起联系，但报告没有明确可用什么方法确定更换管道的时间。Stacha.J.H.(1978)[49」又在这个基础上做了进一步的说明，列出了管道进行更换判断的几种标准，提出当管道连续20年的维修费用总和超过管道预期的安装费用时，这根管道建议被更换，在这种分析下每年的漏子发生数起了至关重要的作用。Shamir和Howard(1979)1s01认为每年的漏子发生数与管道铺设年限有关，发展了一种预测技术，建立了给水管道漏损管道随使用年限变化的回归预测模型。他们的文章集中于提出并发展一种分析方法，但在管网漏失数据和漏失模型的分析参数上给予了较少的重视。Walski和Pellicia(1982)tsil继续将管道口径、温度因素引入模型，致力于收集确定建立模型所需的数据和参数，为将理论方法转变为有实用价值的工具做出了探讨;ThomasM.Walski(1987)1521,EnriqueCahrera(1995)1531建立了给水管网随管网使用年限变化的回归预测模型。这些模型的建立和研究为管道更新决策提供了技术支持，为供水管理部门的更新决策提供了理论基础，但模型进行定性分析的较多，而在维修和更新费用方面定量分析还处于起步阶段，所纳入的信息需要逐步细化和具体，加强模型的应用性和与实际的结合。在研究人员致力于漏损理论、预测、决策的研究中，供水部门也逐步将管道更新做为了工作重点，国外早就将管道更新纳入了正常的工作日程，做为水漏失控制的常规措施。日本从1980年开始，将铸铁干管到用户的铅管更换成不锈钢管，将原来的旧铸铁管全部更换为带内衬的球墨铸铁管或钢管，1995年石棉水泥管道就己全部更换完毕。美国一直在进行管网更新，为进一步降低漏失，近来又决定加大在管网改造上的力度，预计今后20年投资1510亿美金在水行业，其中56%将用于管网改造，20%用于水厂建设「201。荷兰根据本国管网中大量石棉水泥、铅管和铸铁管的存在的现状，制定了更换3英寸铸铁管和石棉水泥管的近期方案和更换铸铁管和用户铅管的远期更新方案[341:我国的不少大中型城市都己将管网改造提上了日程，并己在进行实施，200。年11月7日国务院〔2000136号文件中发出通知“各省、市、区采取有效措施，加快城市供水管网技术改造，降低管网漏失率，对运行使用年限超过50年，以及伯城区严重老 第一章前言化的供水管网，争取在2005年前完成更新改造工作”。此次改造涉及全国400多个中等以上城市，约需资金300多亿元。目前财政部已经把此次城市供水管网改造列入2003年国债调整专项计划。为此，我国大中型城市自来水公司制定了管网大修计划，争取在近几年内更换服役期长、管材陈旧和异形的管道，提高管网的输水能力。传统意义上的管道更新一般的理解是开挖一条新的给水管道，报废旧的给水管道，由于开挖需要大面积施工场地，若在一些建筑物密集的闹市区或地下障碍物繁杂的地方，进行传统更新方法存在相当的难度，因此根据不同的环境条件，可以采用不同的更新方法。管道不开挖技术和修复技术应运而生，同样成为如今研究的一个热点。不开挖技术具有施工场地小，施工简单，造价较低等优点，所以很快得到了广泛的应用。不开挖技术(TrenchlessTechnology)首先兴起于石油、天然气行业，主要进行油、气管线的更新改造，以后逐步引入到自来水行业，随着PE管等新管材的应用而得到很大的推广。不开挖技术进行管道更新的方法很多，综合起来有:内衬管(拉)入衬装、管道翻衬、爆(碎)管衬装、定(导)向钻技术、管内壁喷涂等}551另外，对于早先安装的不带衬里的铸铁管和钢管，在使用多年后，内壁会出现不同程度的锈蚀，结垢严重，使实际过水面积大大减少，削弱了输水能力，并且严重影响了供水水质，对此不一定都要报废，重新安装一条管道，可以采用对旧有管道进行刮管涂衬的方法，祛除锈垢，恢复管道供水能力。刮管涂衬可根据不同地锈垢结垢情况，采用不同的方法，有高压水冲洗法、Poly-pig清洗法、机械刮管等多种方法，涂衬的种类可根据管径的大小，长短等条件，采用喷涂水泥砂浆、环氧树脂、穿套软管等办法。这些方法在实践中得到了广泛的应用，根据内衬管材、施工条件等不同衍生出了不同的施工技术，成为管道更新的一种重要方法。1.3本文主要研究内容本文的主导思想是加强理论与实际应用的结合，不片面追求理论的深奥和复杂，而是将更多的理论科学研究应用于实际的工作需要中，使理论研究更加实用化，为解决工程中的实际问题给管理部门提供工具和方法。论文主要包含以下几部分:1.3.1通过现状供水部门管网漏子管理现状，分析漏水发生的各种资料数据，进行管网漏损的管理性分析，并针对管道漏失的原因和漏水量的组成，系 第一章前言化的供水管网，争取在2005年前完成更新改造工作”。此次改造涉及全国400多个中等以上城市，约需资金300多亿元。目前财政部已经把此次城市供水管网改造列入2003年国债调整专项计划。为此，我国大中型城市自来水公司制定了管网大修计划，争取在近几年内更换服役期长、管材陈旧和异形的管道，提高管网的输水能力。传统意义上的管道更新一般的理解是开挖一条新的给水管道，报废旧的给水管道，由于开挖需要大面积施工场地，若在一些建筑物密集的闹市区或地下障碍物繁杂的地方，进行传统更新方法存在相当的难度，因此根据不同的环境条件，可以采用不同的更新方法。管道不开挖技术和修复技术应运而生，同样成为如今研究的一个热点。不开挖技术具有施工场地小，施工简单，造价较低等优点，所以很快得到了广泛的应用。不开挖技术(TrenchlessTechnology)首先兴起于石油、天然气行业，主要进行油、气管线的更新改造，以后逐步引入到自来水行业，随着PE管等新管材的应用而得到很大的推广。不开挖技术进行管道更新的方法很多，综合起来有:内衬管(拉)入衬装、管道翻衬、爆(碎)管衬装、定(导)向钻技术、管内壁喷涂等}551另外，对于早先安装的不带衬里的铸铁管和钢管，在使用多年后，内壁会出现不同程度的锈蚀，结垢严重，使实际过水面积大大减少，削弱了输水能力，并且严重影响了供水水质，对此不一定都要报废，重新安装一条管道，可以采用对旧有管道进行刮管涂衬的方法，祛除锈垢，恢复管道供水能力。刮管涂衬可根据不同地锈垢结垢情况，采用不同的方法，有高压水冲洗法、Poly-pig清洗法、机械刮管等多种方法，涂衬的种类可根据管径的大小，长短等条件，采用喷涂水泥砂浆、环氧树脂、穿套软管等办法。这些方法在实践中得到了广泛的应用，根据内衬管材、施工条件等不同衍生出了不同的施工技术，成为管道更新的一种重要方法。1.3本文主要研究内容本文的主导思想是加强理论与实际应用的结合，不片面追求理论的深奥和复杂，而是将更多的理论科学研究应用于实际的工作需要中，使理论研究更加实用化，为解决工程中的实际问题给管理部门提供工具和方法。论文主要包含以下几部分:1.3.1通过现状供水部门管网漏子管理现状，分析漏水发生的各种资料数据，进行管网漏损的管理性分析，并针对管道漏失的原因和漏水量的组成，系 第一章前言统的并有针对性的论述了其控制措施和对策。1.3.2采用灰色系统理论，依据管道的漏子历史发生情况，建立了给水管道漏失预测模型，预测以后的管道漏子发生趋势，为漏失控制、管网维护等方面的经济分析提供基础依据。1.3.3建立管道维护费用模型和管道建设费用模型，并确定模型参数，在数据的使用上进行分析，使模型具有实用性。1.3.4在管道维护费用模型和管道建设费用模型的基础上，建立管道更新的经济决策模型，为决定管道什么时候进行更新最为经济提供了决策方法。通过模型求解确定管道所能服务的最经济年限，为管道的合理使用问题和安全使用问题给予管网管理部门以依据。1.3.5本文拟首次将费用分配问题与管道更新问题进行结合，建立管道更新最佳资金分配模型，解决管网管理部门面临的如何将有限的资金科学应用于管网的更新改造中，以获得整个供水系统的最佳效益和作用的问题。同时，通过管道更新最佳资金分配模型，改变供水部门制定管网大修更新方案完全是凭主观判断的被动局面，它将为管理者提供理论上的支持，指导管理者确定管道更新方案，达到合理使用资金，提高管网运行质量和节约能源的目的。 第二章供水管网漏损分析第二章供水管网漏损分析2.1、供水管网的漏失组成和分类1201一直以来，世界上绝大多数国家对供水系统水漏失的量化定义都很含糊，鉴于这种情况国际水协于1996年成立了一个工作小组，组员为来自英国，美国，西班牙，德国，日本等国的供水系统专家。工作组前后花了三年的时间，考察了各国的具体情况，从供水系统的水量平衡，即供水的水源，不同用户的使用情况，漏失的组成等方面给予一个相对统一，完整且具有较高适用性的定义及分类(见表2-1)。此表目前已是北美供水公司管理人员用于其水量结算及水漏失控制工作的基本依据。表2-1管网漏失组成和分类计量售水量(Billedmetered售水量Billed售水量系统有consumption)authorized曰.口曰..口曰.目.曰....(Revenue效供水未计量售水量(Billedunmeteredconsumptionwater)量consumption)Author日口日..门洲曰.目目...曰目..目....口.口..月曰曰曰翩目翻月目洲曰口目砚翻.免费供水量计量免费供水量(UnbilledmeteredisedUnbilledconsumption)consu口翻口翻.口..脚翻曰曰.目曰口口系统供authorizedption未计量免费供水量Unbilled水总量consumptionunmeteredconsumption..门翻口曰曰.门口曰目口..口口口日..口口目.口口.口System非法用水(偷盗，欺诈)Unauthorizedinput系统漏帐面漏水量产销差水量consumptionvolume水量Apparentloss目口.翻目口.口.口..翻..日Non-revenueUnbi11表计量误差Meteringinaccuracies.......口.曰..目口目...曰...曰.......water(NRW)ed输水管及干管漏水量Leakageon管网漏水量/物authortransandmains山口.曰..曰曰目曰口曰.洲口曰理漏水量Realized水池/水塔等渗漏及溢流lossorphysicalconsumleakage&overflowatstorageloss翻圈幽曰曰翔翻口目砚口目曰门目翻ption进户管漏失全Leakag。一service15 第二章供水管网漏损分析第二章供水管网漏损分析2.1、供水管网的漏失组成和分类1201一直以来，世界上绝大多数国家对供水系统水漏失的量化定义都很含糊，鉴于这种情况国际水协于1996年成立了一个工作小组，组员为来自英国，美国，西班牙，德国，日本等国的供水系统专家。工作组前后花了三年的时间，考察了各国的具体情况，从供水系统的水量平衡，即供水的水源，不同用户的使用情况，漏失的组成等方面给予一个相对统一，完整且具有较高适用性的定义及分类(见表2-1)。此表目前已是北美供水公司管理人员用于其水量结算及水漏失控制工作的基本依据。表2-1管网漏失组成和分类计量售水量(Billedmetered售水量Billed售水量系统有consumption)authorized曰.口曰..口曰.目.曰....(Revenue效供水未计量售水量(Billedunmeteredconsumptionwater)量consumption)Author日口日..门洲曰.目目...曰目..目....口.口..月曰曰曰翩目翻月目洲曰口目砚翻.免费供水量计量免费供水量(UnbilledmeteredisedUnbilledconsumption)consu口翻口翻.口..脚翻曰曰.目曰口口系统供authorizedption未计量免费供水量Unbilled水总量consumptionunmeteredconsumption..门翻口曰曰.门口曰目口..口口口日..口口目.口口.口System非法用水(偷盗，欺诈)Unauthorizedinput系统漏帐面漏水量产销差水量consumptionvolume水量Apparentloss目口.翻目口.口.口..翻..日Non-revenueUnbi11表计量误差Meteringinaccuracies.......口.曰..目口目...曰...曰.......water(NRW)ed输水管及干管漏水量Leakageon管网漏水量/物authortransandmains山口.曰..曰曰目曰口曰.洲口曰理漏水量Realized水池/水塔等渗漏及溢流lossorphysicalconsumleakage&overflowatstorageloss翻圈幽曰曰翔翻口目砚口目曰门目翻ption进户管漏失全Leakag。一service15 第二章供水管网漏损分析表中名词含义:供水总量(totalwatersupply)指水厂供出的经计量确定的全部水量。有效供水量(effectivewatersupply)水厂将水供出厂外后，各类用户实际使用到的水量，包括收费的(即售水量)和不收费的(即免费供水量)。售水量(wateraccounedfor):收费供应的水量。包括生产运营用水、公共服务用水、居民家庭用水以及其他计量用水。免费供水量(consumptionforfree):实际供应并服务于社会而又不收取水费的水量。如消防灭火等政府规定减免收费的水量及冲洗在役管道的自用水量。供水系统帐面漏失(apparentloss)，又成为“纸上漏水量(paperloss)"，它指的是由于用户水表计量不准确，收费或财务上的错误，未经授权的非法用水等给水公司带来经济上损失的部分水量。供水系统物理漏失(PhysicalLossorrealloss)指的是通过系统输配水管网及城市蓄水设备渗漏，漏失及溢流到外界的部分水量.它增加了不必要的供水设施建设，加大了运行操作成本，物理漏失更是对水资源的一种巨大浪费。城市供水系统的物理漏失一般被认为发生在系统的以下各个部分:输水干管及一级输水系统城市配水管网连接用户的支管输配水系统的管件，比如阀门及计量仪表等水池/水塔等渗漏及溢流根据法国和欧洲的经验，通过水池/水塔等渗漏及溢流量一般都不高，通过输水干管的漏失可占总漏量的功%，通过阀门及计量仪表等管件的漏失可占总漏量的1096，其他的则通过配水管道及连接用户的支管漏掉了。产销差水(NRW>NonRevenueWater)供水企业提供给城市输水配水系统的自来水总量与所有用户的用水量总量中收费部分的差值定义为产销差水。产销差水=免费供水量+物理漏水量+帐面漏水量此外，漏失可以按照是否通过被发现或主动检漏措施探测到，可以进一步分为以下几种类型:·背景渗漏(backgroundleakage)·暗漏(unreportedbursts)，指己发生漏水但还没有冒出地面的漏失。·明漏(reportedburst)，指漏水已冒出地面的漏失。 第二章供水管网漏损分析背景渗漏(backgroundleakage)，又称为不可检测的漏失(undetectableleaks).一般而言，当单个的漏点的漏水量低于400-500升/小时，一般的检漏设备则难以检测到了。这些不可检测到的微小流量的漏水统称为背景渗漏，多发生在管道的接头，密封性差的管件，以及金属管道中的微小腐蚀的漏孔。虽然对于每一个漏点而言，漏水量非常微小，但由于它们难以被检测到，并且大量的存在，所以其总量非常可观，占物理漏失量的很大一部分。由于背景渗漏很难被检测到，对于其的控制就比较困难，一般而言，通过更换管道管件的方式可以有效的降低，但成本非常昂贵。一种有效且经济的方法是通过系统压力控制的方法。暗漏(unreportedbursts)，又称为可以通过主动检漏措施(activeleakagecontrol)检测到的漏点，在系统中也经常出现，其漏失水量处于中等水平，取决于系统的压力，运行情况，土壤情况及管道的状况等等。暗漏持续时间则取决于主动检漏措施的积极性及强度。明漏(reportedburst)的流量一般都很大，是可以被用户或路人发现的漏失，多为爆管事件，对周围环境及用户会产生较大的影响。2.2管网漏子数据的统计分析对管网漏子的发生数和频率从不同方面分类进行数据统计，通过统计数据的趋势，我们可以发现对漏子发生有影响的因素和影响的大小，从而确定影响管网漏失的主要因素，放矢的选择漏损控制方法和措施。2.1.1漏失与管道口径的关系对天津市2003年的漏失数据统计，不同管径的漏失频率统计见图2-l035仁全37漏失IN.率(处/1.15公里.1.年)0.380.500.32DN50以下75-200300-400500-600700以上图2-1天津不同口径的管道漏水统计 第二章供水管网漏损分析背景渗漏(backgroundleakage)，又称为不可检测的漏失(undetectableleaks).一般而言，当单个的漏点的漏水量低于400-500升/小时，一般的检漏设备则难以检测到了。这些不可检测到的微小流量的漏水统称为背景渗漏，多发生在管道的接头，密封性差的管件，以及金属管道中的微小腐蚀的漏孔。虽然对于每一个漏点而言，漏水量非常微小，但由于它们难以被检测到，并且大量的存在，所以其总量非常可观，占物理漏失量的很大一部分。由于背景渗漏很难被检测到，对于其的控制就比较困难，一般而言，通过更换管道管件的方式可以有效的降低，但成本非常昂贵。一种有效且经济的方法是通过系统压力控制的方法。暗漏(unreportedbursts)，又称为可以通过主动检漏措施(activeleakagecontrol)检测到的漏点，在系统中也经常出现，其漏失水量处于中等水平，取决于系统的压力，运行情况，土壤情况及管道的状况等等。暗漏持续时间则取决于主动检漏措施的积极性及强度。明漏(reportedburst)的流量一般都很大，是可以被用户或路人发现的漏失，多为爆管事件，对周围环境及用户会产生较大的影响。2.2管网漏子数据的统计分析对管网漏子的发生数和频率从不同方面分类进行数据统计，通过统计数据的趋势，我们可以发现对漏子发生有影响的因素和影响的大小，从而确定影响管网漏失的主要因素，放矢的选择漏损控制方法和措施。2.1.1漏失与管道口径的关系对天津市2003年的漏失数据统计，不同管径的漏失频率统计见图2-l035仁全37漏失IN.率(处/1.15公里.1.年)0.380.500.32DN50以下75-200300-400500-600700以上图2-1天津不同口径的管道漏水统计 第二章供水管网漏损分析从表中可以发现，小口径的管道漏失发生较多，其漏失频率远远高于大口径的漏失频率，DN50以下的漏失频率占了总漏失频率的53.2496,DN75-DN400占了35.7196。这种现象有普遍的代表性，上海的漏失数据统计表明其DN75-200的漏失频率是DN500-700漏失频率的4倍，是DN800-1500漏失频率的9.9倍，表2-2列出了绍兴市2001年供水管网漏失情况【561.表2-2绍兴市2001年供水管网漏失情况统计表管径一修漏百分率(%)长度百分率‘C96)孺__Dn80工t瑞__一79.49.....、玺__28.41;DN100-40011860.61补‘一扣一~‘斌~DN500以上一1.59一10.98:附属设施:0.92{国外的漏失情况也是一样，美国波士顿的调查发现，其DN100-200管道管长占总管长25%,漏水数确占总漏水数的50%15710数据统计表明，管网的漏失的大部分主要是产生在DN400以下的管道，尤其是DN100以下，这与原先小口径的选材有关系，我国小口径管材还存在着大量的镀锌管和铸铁管，管材本身存在的问题就容易导致漏水，而且从现状来看，对于小口径管道的防腐问题重视不够，忽略了小口径金属管材的电化学腐蚀，也对管道的使用产生了影响。另外，对小口径管道施工时的质量问题重视不够也是其漏失率较高的一个重要因素。2.1.2漏失与管道材质的关系现存管网的材质是以灰口铸铁管、球墨铸铁管、塑料管为主，不同的管道材质有不同的特性，其产生漏失的程度也是不一样的。图2-2列出了2003年天津市不同管材产生漏失的情况，表2-3列出了南宁市1997-2001年供水管网漏失情况统计1581 第二章供水管网漏损分析创川漏失频月率(件/翩公里以蘸年)鬓0.089一绷玻璃钢管镀锌管钢管铸铁管球墨铸铁石棉水泥图2-2天津不同管材的漏失统计表2-3南宁市1997-2001年供水管网漏失情况统计表从数据中可以看出，国内的管道漏失主要发生在镀锌管和铸铁管上，我国的管网小口径管道使用镀锌管和铸铁管偏多，而这两种管材由于自身的缺陷成为城市管网漏失的主要部分。而从国外发达国家的统计来看1591漏失主要发生在钢管和铸铁管上，如德国1995年统计发生漏失率最高的是钢管为0.26件/km/a，其次为铸铁为023件/km/a;瑞典同样是钢管最高为0.3件/km/a，其次为铸铁为0.2件/km/a。其原因可能是因为国外发达国家的镀锌管早已淘汰，在管网中基本己不存在，而钢管埋设在道路下面面临严重的腐蚀可能，其防腐的好坏至关重要，防腐不好就形成了漏水隐患，因此成为铸铁管之下的主要漏失管材。从我国的漏失数据看，钢管漏水数量虽不大，但钢管的总铺设长度所占比例也不大，两者综合考虑，钢管的漏失在我国也是比较严重的。 第二章供水管网漏损分析2.1.3漏失与管道使用年限的关系一般认为，随着使用年限的增长，管道逐渐老化，发生漏失的机率增大，但通过管网漏失的数据统计却不尽然，图2-3列出了2003年天津市管网漏失随使用年限变化的曲线图。20150哪〔处)即40年以上30-40年20-30年10-20年10年以内图2-3天津管网漏水随使用年限变化曲线图同样，国外管网也呈现这种不规律的曲线。以纽约DN150管道的漏失频率为例，见图2-40.04.45漏失频0.。03.筋53率〔件102J5公里年)。00..050150年85年75年80年85年90年95年t00年图2.4DN150管道的漏水颇率统计曲线可以发现，管道使用年限与漏水频率并没有必然的关系，使用年限长不意味着漏水频率高。但笔者认为，这其中的原因主要是因为管道的制造质量和安装质量造成的，尤其对于我国来说，建国初期管网市场比较单一，管材管件材料虽不先进，但制作过程把关严格，施工方法虽然落后但较为扎实，而改革开放以后，管道市场有了迅猛的发展，新管材、新工艺、新设备此起彼浮，有力的繁荣了市场，促进了管网的发展，推动我国向世界水平接近，但由于发展过 第二章供水管网漏损分析快，容易导致市场混乱而造成管材质量监管不严、不力;而随着城市的飞速发展，管网扩张的速度急剧增大，施工质量问题也越来越严重。这些因素有可能掩盖管道使用年限与漏水频率的真正关系，而造成如图中所示使用20年的管道漏失发生偏高，而40年左右的反倒减低的情况。2.3漏损原因分析管道漏失的原因复杂，其影响因素也很多，供水部门根据自身经验总对漏失数据进行不同的分类，进行数据统计，例如按漏失原因分为I)管材质量不佳2)接口质量不好3)施工质量不良4)温度变化大5)其他工程影响6)管道防腐不佳7)道路交通负载过大(覆土较浅)8)水压过高9)水锤破坏10)自然灾害等几项分别将漏失数据分摊，但这些归类都是凭经验决定，没有切实的根据，在此不多叙述。本文认为这些都是发生漏失的因素，可以进行定性分析，但在现状形式下，很难对其进行定量统计和分析。2.3-、管材问题供水管网早期采用的管材以灰口铸铁，小口径多为镀锌管石棉管为主。据统计，我国80%以上的管道是灰口铸铁管，随着管网的运行，人们逐渐发现灰口铸铁的漏失成为管道漏子发生的主要组成部分。灰口铸铁管导致漏水的原因主要是灰口铸铁管本身材质和制作工艺的缺陷造成的。分析灰口铸铁管的漏水原因，灰口铸铁管在管道运行中，确实存在一定弊端，①从材质看铸铁管较脆，没有韧性，其延伸率几乎为零，属于典型的脆性管材，连续烧制的工艺也使管子的强度有所降低，不适用于高内压、重荷载、强震动的环境，尤其我国灰口铸铁管材质的力学性能和管型一直停留在发达国家20世纪30年代的水平，其抗拉强度和管环抗弯强度一般都比国家标准低，有些厂家在生产过程中用强度较低的生铁，使得铸铁管质量下降。②从接口看:灰口铸铁管填料接口刚性强，当温度低接头刚性过强，粘接强度很大时，易使水管拉断或接头部位脱落，导致水管漏水，原因是接头刚性过强，当土壤有不均匀沉陷时，从力学角度分析会使水管变成一根很长的承重梁，容易造成接头处折管，造成漏水。此外，接口质量差，接口材料用量比例不准，敲打不密实，也容易造成接口漏水。相对而言球墨铸铁管的材质成分中片状的石墨组织变成了球状，既维持了原铸铁管的性能，又增加了抗拉性、延伸性、弯曲性和耐冲击性，使其具有耐 第二章供水管网漏损分析快，容易导致市场混乱而造成管材质量监管不严、不力;而随着城市的飞速发展，管网扩张的速度急剧增大，施工质量问题也越来越严重。这些因素有可能掩盖管道使用年限与漏水频率的真正关系，而造成如图中所示使用20年的管道漏失发生偏高，而40年左右的反倒减低的情况。2.3漏损原因分析管道漏失的原因复杂，其影响因素也很多，供水部门根据自身经验总对漏失数据进行不同的分类，进行数据统计，例如按漏失原因分为I)管材质量不佳2)接口质量不好3)施工质量不良4)温度变化大5)其他工程影响6)管道防腐不佳7)道路交通负载过大(覆土较浅)8)水压过高9)水锤破坏10)自然灾害等几项分别将漏失数据分摊，但这些归类都是凭经验决定，没有切实的根据，在此不多叙述。本文认为这些都是发生漏失的因素，可以进行定性分析，但在现状形式下，很难对其进行定量统计和分析。2.3-、管材问题供水管网早期采用的管材以灰口铸铁，小口径多为镀锌管石棉管为主。据统计，我国80%以上的管道是灰口铸铁管，随着管网的运行，人们逐渐发现灰口铸铁的漏失成为管道漏子发生的主要组成部分。灰口铸铁管导致漏水的原因主要是灰口铸铁管本身材质和制作工艺的缺陷造成的。分析灰口铸铁管的漏水原因，灰口铸铁管在管道运行中，确实存在一定弊端，①从材质看铸铁管较脆，没有韧性，其延伸率几乎为零，属于典型的脆性管材，连续烧制的工艺也使管子的强度有所降低，不适用于高内压、重荷载、强震动的环境，尤其我国灰口铸铁管材质的力学性能和管型一直停留在发达国家20世纪30年代的水平，其抗拉强度和管环抗弯强度一般都比国家标准低，有些厂家在生产过程中用强度较低的生铁，使得铸铁管质量下降。②从接口看:灰口铸铁管填料接口刚性强，当温度低接头刚性过强，粘接强度很大时，易使水管拉断或接头部位脱落，导致水管漏水，原因是接头刚性过强，当土壤有不均匀沉陷时，从力学角度分析会使水管变成一根很长的承重梁，容易造成接头处折管，造成漏水。此外，接口质量差，接口材料用量比例不准，敲打不密实，也容易造成接口漏水。相对而言球墨铸铁管的材质成分中片状的石墨组织变成了球状，既维持了原铸铁管的性能，又增加了抗拉性、延伸性、弯曲性和耐冲击性，使其具有耐 第二章供水管网漏损分析腐蚀性好，强度高，具有韧性的特质，因此其漏失率比灰铁管大大下降，为人们普遍应用，逐渐取代了铸铁管。而镀锌管是在小口径的钢管上镀一层锌进行防腐，但这层锌一般都较薄，很容易就消耗殆净，所起的作用有限，特别是镀锌质量较差的情况下，阻锌钢管朝阳极腐蚀结垢，因此极容易产生锈蚀结垢，发生漏水并影响水质，成为小口径管道漏水的主要原因。而石棉管不但漏水严重，而且石棉有毒，不适宜做为饮用水管道使用。随着对灰口铸铁管、镀锌管和石棉管的认识，建设部已经禁止了这些管材的使用，而推广使用球墨铸铁、UPVC,PE等管材。但在现状管网组成中这些管材，尤其是灰口铸铁管仍然占据着不小的比例，需要经过长时间的管道更新改造才能逐渐全部取代。2.3.2接口问题供水管网中管道接口众多，漏水的概率较大，最重要的原因是接口处往往是应力的集中点，当管段发生伸缩、不均匀沉降时，应力传至接口处，容易使接口松动，甚至破裂，尤其是接口质量安装不合格时。我国管网中还存在很多解放后大规模推行的石棉水泥接口、膨胀水泥接口。这类接口刚性强，气温降低时，容易引起水管受收缩拉力而断裂，或在管道不均匀沉降时弯距过大而径向裂开。在接口过程中，如填料填塞得不均匀，石棉水泥口敲打得不密实，则管道在正常工作时也会出现接口漏水，现在推荐采用柔性接口，可承受一定的纵向位移和扭转角度，如球墨铸铁管的的橡胶圈接口韧性大，抗震性强，是现在普遍采用的接口方式，但承插口结构复杂，强度和水密性受管件尺寸误差影响，如果安装不到位或不合格也会造成漏失隐患。钢管焊接或法兰接口牢固，水密性强，但柔性不够，发生受力〔荷载和温度变化)时易有口漏爆管发生[61]2.3.3施工质量‘17]造成管道漏水的施工质量问题主要表现在功管道基础不好2)覆土不实3)支墩后座土壤松动4)接口质量差5)用承口找弯度过多(借转)6)管道防腐不好等。有的管沟底不平整，通水后水管沉降量较大，而且不均匀;有的管道不够平直，接口处错转过多.使接口容易损坏;有些工程为了抢进度，施工技术不符合规范要求，这些隐患会在管道运行后表现出来，造成漏水。 第二章供水管网漏损分析2.3_4地势沉降和荷载。管道敷设在道路下面，承受一定的静荷载和动荷载，还有管道的自重、管中的水重随时间的增长，会使管道产生一定量的沉降[621同时，当路面经过雨雪融化后，地面松软，也会产生自然的沉降，当管道荷载较大时，会使管道受力不均匀，容易导致管道破裂而漏水。2.3.5管道腐蚀(63]金属管道埋设到土壤下输送净水，会产生各种类别的腐蚀，降低管道输水能力和水质，到一定程度就会发生局部穿孔漏水甚至爆管。因此采取相应的管道防腐蚀方法至关重要。管道防腐措施不当或防腐质量不佳，特别是中小口径钢管，由于管内壁没做好防腐，管外壁防腐层太薄，造成管道腐蚀。在经过下水道、排水沟时，又没有加强防腐措施。有城市DN80以下镀锌钢管管道总量不是很大，却占修漏次数的“.55，其主要原因是多数管道没做防腐或防腐不好造成的。2.3.6lit温和冰冻影A[17.63.641通过漏子发生数据发现冬季漏子发生率高，原因是低温时水管收缩使管道增加新的应力，尤其在接头刚性较强的地方。管道随温度的变化会产生伸长或收缩，而在管壁上产生轴向应力，其计算公式为:Q=-aEer(2-1)式中:a为管材的线膨胀系数;E为关台的弹性模量;Lu为温度变化的差值，升温时取正值，降温时取负值。所以，管道所受的应力随时间的变化而呈周期性的变化，并且管道所受的温变应力是交变应力，这样即使管道所受的温变应力小于其许用应力，经历长时间的运行后，疲劳破坏也会产生断裂破坏。而且，对于铸铁管而言，其抗拉能力较抗压能力大5-6倍，所以其受拉破坏要比受压破坏的可能性大得多，这就是管道破裂在冬季发生的频率高的原因。另外，当管段由不同管径的管道组成时，其温变应力是不同的，其中较小管径管道承受较大的温差应力，因此管径较小的灰口铸铁管更容易在冬季发生破裂漏水。冰冻也加剧漏水的发生。土壤孔隙中水冻结，伴随着土体积的增大，即冻胀。 第二章供水管网漏损分析如果冻胀是均匀发生在成分与含水量均一的大面积上，土中只发生冻土层的单纯膨胀，不会产生应力。但在天然条件下，土在平面上和深度上具有非均质的特性，因此膨胀会受到约束和不许可，从而对管道产生相当大的冻胀力。温度越低，冰冻层越厚，冻胀力越大。W.H.Smith的研究表明当埋深1.4米，冰冻层0.6米时，垂直作用在管道上的负荷增加近1倍。2.3.7水锤破坏[18](62]由于机泵突然停止，闸门关闭过速等原因，使水流突然变化，可能引起压力高低起伏的水锤现象，水锤可引起很高的压力，直接水锤产生压强的计算公式为:如=pc(v。一v)(2-2)式中:AP为水锤压强;P为水的密度;c为水锤波的传播速度;v=为水锤前的水流速度;v为水锤时的水流速度。假设阀门关闭前管径为150mm的铸铁管水流速度为1m/s，当阀门瞬时完全关闭时，其水锤压强值越为125m水柱，可见水锤压强是很大的。管道越长，关闭阀门越快，水锤引发的压强越大，而且由于管道模阻或气蚀的影响，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发生很大的变形甚至破裂。管网中一般不是一个水厂产水，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，则水锤压强将比单波源水锤数倍增加，管道此处附近就很可能发生爆裂。2.3.8外部工程[17][60]其它管道施工时，没有弄明白供水管管位，人为造成的破坏。主要是施工挖坏;车辆轧坏;沟槽塌方;勘探钻孔:打桩震动;新建构筑物轧坏等几种形式。随着近年来城市的飞速发展，基建项目迅速增加，不同工程项目的交叉和同时建设愈加频繁，因而造成的这种其它工程引发的破坏急剧增加，因此，要加强管道巡视和检查，提高监管力度，并建立准确完备的基础信息资料，使之能够快速如实的反映地下管网和设施情况，同时杜绝一切野蛮施工，减少不必要的漏失。2.3.9管网老化管道安装时间过长，受土壤中酸碱成份和杂散电流的影响以及某些细菌的作 第二章供水管网漏损分析用，受管道中输送的水中杂质的作用，其管材中材料的特性已发生变化，失去了安全输送水质的能力。如铸铁管长期运行受到腐蚀时，易发生石墨化现象，铸铁管虽保持着外形，但己软化到用小力量就可以切削的程度，极易造成漏水。这部分管道己老化，如果还没有被更替淘汰，就会成为产生漏水的薄弱之处。2.3.10闸井、表井等附属设施漏水管网中除管道大身出现漏子，管网的附属设施跑冒滴漏也很严重，是水量损失的一个重要部分，它们的单位时间漏量虽然有限，但因在闸井内，不易及时发现.一般都是水从井盖外溢后，才被发现并得以修复的，所以持续时间长，并且发生漏水的表井问井很普遍，数量大，使得漏损水量积少成多。例如某市共有“三井”(表井、闸井、消防井)13AX10‘个，漏水井率按2%计算，共有漏水井2785个。平均井室漏水量按2m"/个(考虑井壁渗漏及验表抽水等)推算，漏水量约13.368X10"m丫a。而且表井漏水往往直接与百姓的水费发生矛盾，造成水费纠纷或减免水费的情况，直接影响了供水部门的经济利益。另外，当管网检修或爆管时，个别阀门不能迅速关闭，或关闭不严，影响或延长抢修时间和漏水时间，也加重了漏水的损失水量。闸门漏水主要是老式闸门的盘根漏水，一般闸阀主要问题是密封性差，蝶阀主要问题是传动机构可靠性差.另外阀门的材质表井零件材料的质量和安装质量都有待进一步改进。2.4漏损控制管理的对策2.4.了漏损预防性措施1)选用合适管材管道埋设于地下，会遇到多种复杂的受力条件，如水压引起的管道环向胀力，外壁承受的静荷载和动荷载，管基的不均匀沉降所形成的受力弯矩，水温引起的管道拉力及关闸时的水锤等。因此，埋设管道的强度要求较高，但受经济费用的影响，同时，不同的管材也有不同的适用条件和环境，因此选择管材要对各方面因素综合考虑。笔者根据有关文献将管道主要使用管材性能和工程造价对比列出，见表2-4和表2-5. 第二章供水管网漏损分析用，受管道中输送的水中杂质的作用，其管材中材料的特性已发生变化，失去了安全输送水质的能力。如铸铁管长期运行受到腐蚀时，易发生石墨化现象，铸铁管虽保持着外形，但己软化到用小力量就可以切削的程度，极易造成漏水。这部分管道己老化，如果还没有被更替淘汰，就会成为产生漏水的薄弱之处。2.3.10闸井、表井等附属设施漏水管网中除管道大身出现漏子，管网的附属设施跑冒滴漏也很严重，是水量损失的一个重要部分，它们的单位时间漏量虽然有限，但因在闸井内，不易及时发现.一般都是水从井盖外溢后，才被发现并得以修复的，所以持续时间长，并且发生漏水的表井问井很普遍，数量大，使得漏损水量积少成多。例如某市共有“三井”(表井、闸井、消防井)13AX10‘个，漏水井率按2%计算，共有漏水井2785个。平均井室漏水量按2m"/个(考虑井壁渗漏及验表抽水等)推算，漏水量约13.368X10"m丫a。而且表井漏水往往直接与百姓的水费发生矛盾，造成水费纠纷或减免水费的情况，直接影响了供水部门的经济利益。另外，当管网检修或爆管时，个别阀门不能迅速关闭，或关闭不严，影响或延长抢修时间和漏水时间，也加重了漏水的损失水量。闸门漏水主要是老式闸门的盘根漏水，一般闸阀主要问题是密封性差，蝶阀主要问题是传动机构可靠性差.另外阀门的材质表井零件材料的质量和安装质量都有待进一步改进。2.4漏损控制管理的对策2.4.了漏损预防性措施1)选用合适管材管道埋设于地下，会遇到多种复杂的受力条件，如水压引起的管道环向胀力，外壁承受的静荷载和动荷载，管基的不均匀沉降所形成的受力弯矩，水温引起的管道拉力及关闸时的水锤等。因此，埋设管道的强度要求较高，但受经济费用的影响，同时，不同的管材也有不同的适用条件和环境，因此选择管材要对各方面因素综合考虑。笔者根据有关文献将管道主要使用管材性能和工程造价对比列出，见表2-4和表2-5. 第二章供水管网漏损分析表2-4几种管材的主要性能特点材质性能特点球墨铸铁管抗拉、抗弯，延伸性好，韧性好，承受内压强，柔性接口承受荷载和局部沉陷性能好，不易切割，大口径球管造价高。钢管承受内压强，韧性好，管壁薄，重量相对轻，管材管件加工容易，耐腐蚀性能差，需有良好的防腐层，费用高钢筋混凝土节约金属能源，防腐性能好，造价低，重量大，接水开口困难，管维修费用高。钢筒混凝土防腐性能好，良好的抗渗性，承压性能好，管件配套齐全，复合管(PCCP)管材易于定位，自重大，大口径管材运输难度大。UPVC节约金属能源，防腐性能好，重量轻，承压高，水力条件好，管材较脆，施工时管底垫层要求高。玻璃钢管内外壁光滑，致密性好，外形尺寸规范，刚度小，管道基础要求较严，接口数量大，维修环境要求严格。表2-5几种管材的工程造价比较1651聚氯乙烯钢筒预应力管玻璃钢管管径钢管球铁管管(PCCP)缠绕法离心法1003210872150661581082001032151443002523152434005033604315005835045906008716223008979368001160104450014061334100014541512700194418001200174210002844236914002304150039243120 第二章供水管网漏损分析管材选用适当，既不至于使建设资金过于提高，又延长管道使用寿命，对于新敷设的管道选择管材的基本原则是:能承受要求的内压和外荷载;性能可靠，维修工作量少，施工方便;内壁光滑，输水能力基本保持不变，造价低。从我国国情出发，摘录有关文献对管材的选用的推荐性意见(651，如表2-60表2-6管材使用推荐意见管径(mm);推荐意见DN?1800钢筒预应力管、夹砂玻璃钢管、三阶段预应力管DN<1800钢筒预应力管、钢管、三阶段预应力管、夹砂玻璃钢管DN>1800DN(1800球墨铸铁管、三阶段预应力管、钢管>300DN(300聚氯乙烯管、球墨铸铁管>1002)提高施工质量由于管道施工时不按规范操作，极容易造成今后管道漏失隐患。供水部门应加强管道施工的管理力度，严格材料的验收、检查制度，管道在搬运、存放时要按要求执行，在管道的基础处理、接口操作、回填密实度、金属管道防腐和对附属设施的加固工作等关键工序上严把质量管、保证管道的良好运行。3)管道防腐技术的提高金属管道的运行寿命和管道的防腐息息相关，只有做好了防腐工作，才能充分发挥金属管道的优良性能。因此，管道防腐方法的选择和技术的提高决定着管道的运行效果。现在常用的防腐方法有石油沥青玻璃布、环氧煤沥青玻璃布和一些电化学的外防腐方法，以及水泥砂浆、无毒引水涂料等内防腐方法。管道敷设前，要根据运行环境和土质情况做出慎重的选择，确定合适的防腐方法和技术。4)管道阀门的选择〔521根据各种不同的需要(管网的水量，水压的调度和调配，维修抢修的停水需要，新老管线的连接，管道的冲洗等)，每天都要进行阀门的开启和关闭。阀门的使用寿命和质量决定着管网的正常运行。当局部管网中出现损坏，要求准确 第二章供水管网漏损分析及时的关闭相关的阀门，使损坏管道与其它管网迅速隔离，止住跑水，确保其他部分管网正常运行，减少经济损失。而现在市场上的阀门种类和生产厂家繁多，其质量也参差不齐，在安装前一定要做好考察，选择优质的阀门。2.4.2漏损管理性措施(管网运行过程中)、、土，建立健全管道基础资料，加快供水管网信息系统的完善，为实现管网的科学化管理打好基础。9、.山矛加强对管道的巡查和检漏力度，完善维修信息的调度系统，和定位系统，提高维修及时率n、a，护提高维修一次的质量合格率，避免原窝二次上水。4、..了加强对管道附属设施的维护，减少闸井表井的跑，冒滴漏，提高闸井的完好率。1、n，加强管道监管。管道运行中，要防止外部工程对管道的损坏，监控管道运行情况，及时掌握运行信息。︹的、同时加大供水稽查和执法力度，供水企业应主动配合供水行政主管部门成立供水执法队伍，严厉打击直管给水，消火栓偷水盗水等损害国家利益的行为。提高工作水压的合理性和管网调度的科学化，实现安全供水，减少水锤等现象的发生。及时对管道进行更新，制定管道更新计划安排。当管道产生问题，如漏子频发或水压低、水质差等，影响正常运行和使用时，要考虑对管道进行更新，将管网改造建设工作纳入供水规划中，并且不断修订。根据不同的现场环境，可采用不同的更新方法和技术。提高管理科学性。加强漏水管理信息系统，阀门管理及爆管事故关阀方案智能处理系统等先进和科学的管理办法，降低手工、人工操作强度，提高准确性、及时性和预见性。2.4.3漏损控制性措施1)压力法管网泄漏与服务压力有直接关系，泄漏水量随服务压力增大而增大，如果能将过剩服务压力减少到满足用户压力需求的程度，即可降低管网漏水量，可以采用降低泵的扬程、用减压阀均衡压力或安装泄压池和使用遥 第二章供水管网漏损分析控阀控制流量，实现压力均衡等方法。供水系统部分区域，尤其对于长输管线，供压远远大于实际需要，不但造成不必要的能量消耗，对供水的基础设施的寿命产生影响，同时会使系统漏失次数增加，增大漏失量。而有效的压力控制有以下好处:减少的爆管事故，提供更稳定的服务减少背景渗漏及暗漏量减少设施维修量延长资产寿命2)分区法从管理方法的发展的趋势上，分区管理是管网管理发展的趋势，通过分区一方面可以使管网布局优化，使管网运行科学合理，并指导管网规划，确定科学的管网改造方案和建设方案;另一方面可实现分区计量和分区检漏，减小管网漏失率，控制产销差率，并对其进行分析和控制。分区控制的方法已在本文第一篇的[.4.1中3)做了介绍，在此不再重复。现在各国学者对漏失的研究己纳入到对整个管网的管理中，他们力图通过应用现代控制理论以及各种数学方法，引入先进的计算机技术和传感执行系统[21，与供水管网分区相结合，实施水压、水质监测系统，建立起管道参数采集系统、管网运行模拟系统等，加快供水管网信息系统的建设技术，从而实现在此基础上的自动化的管网调度、漏子维护等管理手段，安全、经济、合理地进行给水管网系统的控制、管理和运行，提高服务水平，降低管网漏损，从而实现整个管网的现代化管理水平[6612.4.4产销差率的分析和控制的办法上面所说的方法是针对管网运行中实际确实发生的漏失所说，但在管网管理中，没有直接计量漏失水量的方法和技术，很多反映管网漏失水平和衡量运行情况的指标，都是根据供水量、售水量等数据间接计算反映的，这些指标反映的不单是的管道实际漏失数据，还包含了管道实际漏失之外的水量损失，这就是管理上存在的问题。产销差率是供水部门广泛应用的用以评价供水企业效益重要指标。目前，供水企业的产销差率普遍偏高。湖南省加权平均产销差若降低一个百分点，将产生800余万元直接经济效益。因此产销差管理有必要作为供水企业的专项管理工作来抓。降低产销差是一项系统工程，也是供水企业的一项长期的艰巨任务[671。产销差率的组成非常复杂，除去管网漏失的部分外，管理不善导致的漏 第二章供水管网漏损分析失问题也很严重。简单的讲，产销差水控制工程包括以下三部分内容fill水漏失控制用户管理及水表管理供水系统日常维护及管理因而，产销差水率控制工作是一个综合的系统工程项目，涉及探漏检漏技术，管道维修技术，管网改造，供水管理，用户管理，水表计量，收费系统管理，人员培训，项目资金筹措等等。而去除管道真正意义上的漏失因素之外，国内现在产销差率偏高的影响因素还有很多，需要从以下方面进行控制:1)清查偷水行为。加大供水稽查和执法力度，供水企业应主动配合供水行政主管部门成立供水执法队伍，严厉打击偷盗水等2)展开对未计量用水的计量。例如消防、环卫、绿化等公用事业用水和供水企业自用水，均应装表计量。。3)增加水表的计量精度。用户水表计量精度不精确，要加强营业结算水表的管理，坚决杜绝新的不合格水表进入管网，同时要定期开展水表普查和计量检定工作。出厂水计量表安装时间过长，数据不稳定，漂移量超过国家规定，要用仪表对比和容积标定两种方法对出厂流量计进行标定〔“‘〕。47降低计量误差。水厂出厂流量计的计量与成千上万个水表的计量之间必然存在计量误差，从而造成产销差率失真。5)提高水费收取的精度。提高抄表准确率，减少漏户和人为产生的数据偏差。2.5数据规范记载的重要性大量的漏水故障数据，往往因手工管理造成数据统计效率低，准确率差，不系统不全面，分析困难，而不能充分合理和有效的利用或真实的反映管网现状。而进行管网管理研究，必须有非常好的数据记载。对每个维修记录，应注明发生地点，埋深，管材口径，土壤类型，漏子形式(如:年久失修，爆管，荷载过大)，主千管内部和外部的条件，对财产的危害和其他后果，管道更新和铺设的有关信息，估计事故的水量损失。当每个单根主干管的漏子信息被记录，对输配系统的每条管线的历史就被发展起来。管道发生的漏子数等运行数据是进行利益费用分析的基础。因此，供水管理部门必须加强对管网基础数据的重视，形成全面、真实、详细的管网运行数据库，才不会造成理论模型建立的困难和失真，从而为管理中的科学决策提供指导。 第二章供水管网漏损分析失问题也很严重。简单的讲，产销差水控制工程包括以下三部分内容fill水漏失控制用户管理及水表管理供水系统日常维护及管理因而，产销差水率控制工作是一个综合的系统工程项目，涉及探漏检漏技术，管道维修技术，管网改造，供水管理，用户管理，水表计量，收费系统管理，人员培训，项目资金筹措等等。而去除管道真正意义上的漏失因素之外，国内现在产销差率偏高的影响因素还有很多，需要从以下方面进行控制:1)清查偷水行为。加大供水稽查和执法力度，供水企业应主动配合供水行政主管部门成立供水执法队伍，严厉打击偷盗水等2)展开对未计量用水的计量。例如消防、环卫、绿化等公用事业用水和供水企业自用水，均应装表计量。。3)增加水表的计量精度。用户水表计量精度不精确，要加强营业结算水表的管理，坚决杜绝新的不合格水表进入管网，同时要定期开展水表普查和计量检定工作。出厂水计量表安装时间过长，数据不稳定，漂移量超过国家规定，要用仪表对比和容积标定两种方法对出厂流量计进行标定〔“‘〕。47降低计量误差。水厂出厂流量计的计量与成千上万个水表的计量之间必然存在计量误差，从而造成产销差率失真。5)提高水费收取的精度。提高抄表准确率，减少漏户和人为产生的数据偏差。2.5数据规范记载的重要性大量的漏水故障数据，往往因手工管理造成数据统计效率低，准确率差，不系统不全面，分析困难，而不能充分合理和有效的利用或真实的反映管网现状。而进行管网管理研究，必须有非常好的数据记载。对每个维修记录，应注明发生地点，埋深，管材口径，土壤类型，漏子形式(如:年久失修，爆管，荷载过大)，主千管内部和外部的条件，对财产的危害和其他后果，管道更新和铺设的有关信息，估计事故的水量损失。当每个单根主干管的漏子信息被记录，对输配系统的每条管线的历史就被发展起来。管道发生的漏子数等运行数据是进行利益费用分析的基础。因此，供水管理部门必须加强对管网基础数据的重视，形成全面、真实、详细的管网运行数据库，才不会造成理论模型建立的困难和失真，从而为管理中的科学决策提供指导。 第三章给水管道漏失预测模型第三章给水管道漏失预测模型管道漏子的发生情况是进行漏损控制的基础，为管网维护方法、管道更新决策提供依据。因此，我们不但要掌握管道己经发生的漏子数，还要预测管道将来可能发生的漏子数，以此来判定管道将来的运行状况，提高工作的预见性，并制定科学的预防性对策。给水管网庞大复杂，漏失影响因素很多，基于供水管理部门的现状，漏子发生的详细记录难以采集，且记录也不完全，并且漏子发生的基础信息是由进行维修的工人记录并进行漏失原因判断的，而这些工人一般情况下也没有受到过相关的培训，再加上工作责任心的影响，其记录和分类带有很大的随意性，使得漏失的基础数据准确性差，因此很难建立起漏失与其影响因素之间的量化分析。基于这种现状，笔者在此采用灰色预测方法，基于以往的漏子发生数据，预测每根管道的漏子发生趋势，建立给水管道漏失预测模型。灰色预测不追求个别因素的作用效果，力图通过对原始数据的处理削弱随机因素的影响来寻找其内在规律，忽略了漏失的影响因素，而单纯从漏失已发生的历史数据中寻找规律，判定今后漏子的发生趋势。3.1灰色系统介绍(68-701灰色系统是指部分信息己知，部分信息未知的系统。灰色系统建模是利用较少的或不确切的表示系统行为特征的原始数据序列转化为微分方程，它建立的是抽象系统发展变化的动态模型。灰色系统理论建模的主要任务是根据社会、经济、技术等系统的行为特征数据，找出因素本身或因素之间的数学关系，从而了解系统的动态行为和发展趋势。灰色系统理论认为:1)任何随机过程都可看作是在一定时空区域变化的灰色过程，随机量可看作是灰色量;2)无规的离散时空数列是潜在的有规序列的一种表现，因而通过生成变换可将无规序列变成有规序列。也就是说，灰色系统理论的建模实际上是对生成数列的建模，而一般建模方法则采用原始数列直接建模。基于概率统计的随机过程是按统计规律先处理原始数据，按数理统计的要求，原始数据越多越好，因为统计规律是建立在大样本基础上的。但实际情况 第三章给水管道漏失预测模型管道漏子的发生情况是进行漏损控制的基础，为管网维护方法、管道更新决策提供依据。因此，我们不但要掌握管道已经发生的漏子数，还要预测管道将来可能发生的漏子数，以此来判定管道将来的运行状况，提高工作的预见性，并制定科学的预防性对策。给水管网庞大复杂，漏失影响因素很多，基于供水管理部门韵现状，漏子发生的详细记录难以采集，且记录也不完全，并且漏子发生的基础信息是由进行维修的工人记录并进行漏失原因判断的，而这些工人一般情况下也没有受到过相关的培训，再加上工作责任心的影响，其记录和分类带有很大的随意性，使得漏失的基础数据准确性差，因此很难建立起漏失与其影响因素之间的量化分析。基于这种现状，笔者在此采用灰色预测方法，基于以往的漏子发生数据，预测每根管道的漏子发生趋势，建立给水管道漏失预测模型。灰色预测不追求个别因素的作用效果，力图通过对原始数据的处理削弱随机因素的影响来寻找其内在规律，忽略了漏失的影响因素，而单纯从漏失已发生的历史数据中寻找规律，判定今后漏子的发生趋势。3．1灰色系统介绍陋70】灰色系统是指部分信息已知，部分信息未知的系统。灰色系统建模是利用较少的或不确切的表示系统行为特征的原始数据序列转化为微分方程，它建立的是抽象系统发展变化的动态模型。灰色系统理论建模的主要任务是根据社会、经济、技术等系统的行为特征数据，找出因素本身或因素之间的数学关系，从而了解系统的动态行为和发展趋势。灰色系统理论认为：1)任何随机过程都可看作是在一定时空区域变化的灰色过程，随机量可看作是灰色量；2)无规的离散时空数列是潜在的有规序列的一种表现，因而通过生戒变换可将无规序列变成有规序列。也就是说，灰色系统理论的建模实际上是对生成数列的建模，而一般建模方法则采用原始数列直接建模。基于概率统计的随机过程是按统计规律先处理原始数据，按数理统计的要求，原始数据越多越好，因为统讦规律是建立在大样本基础上的。但实际情况 第三章给水管道漏失预测模型往往是，大样本数据资料在我们所要研究的许多系统中难以获得，而且即使获得了大样本，大样本也不一定是典型的，而非典型的过程(如非平稳过程、非高斯过程和非白噪声过程等)是难以用统计规律处理的。灰色过程则无此限制。只要原始数据列有4个以上数据，就可通过生成变换来建立灰色模型。因此，它十分适用于管道漏失预测建模中。灰色模型(GreyModel)筒记为GM，是灰色系统理论的基本模型，也是灰色控制理论的基础。它是以灰色模块(模块是时间数列x⋯’在时间数据平面上的连续曲线或逼近曲线与时间轴所围成的区域)为基础，以微分拟合法而建成的模型。它具有以下特点：1)建模所需信息较少，通常只要有4个以上数据即可建模；2)不必知道原始数据分布的先验特征，对无规或服从任何分布的任意光滑离散的原始序列，通过有限次的生成即可转化成有规序列：3)建模的精度较高，可保持原系统的特征，能较好地反映系统的实际状况。3．2给水管道漏失预测模型建立[68-701模型采用GM的灰色数列预测方法，使用Delphi语言编程，使模型具有简单的输入、输出界面，便于操作。建立模型的步骤：1)首先建立原始序列：X扣’=讧∞’(七)陋=1,2，A，”}(3-1)在这里，原始序列为每年的漏子发生数，原始序列只需四组以上即可进行预测，其Delphi输入界面见图3—1。图3．1给水管道漏失预测模型数据输入界面 第三章给水管道漏失预测模型值得一提的是，输入的数据类型决定了输出数据的类型，当有不同要求时，可通过调整数据的输入得到希望的输出数据。例如，当希望知道某年某条管道的漏子发生数时，输入数据应该是此前此管道每年的漏子数，当希望知道某年某条管道的口漏、折管分别的发生数时，所输入的数据要是相应的口漏、折管数据。在本文中，由于口漏、折管的维修费用不同，因此，对口漏、折管分别预测。所以输入数据时也要分别输入。2)对某一点为参考点，取邻域系，即对原始序列进行处理。一般来说，原始数列经累加后可变成光滑离散数列，对无规或服从任何分布的任意光滑离散的原始序列，通过有限次的生成即可转化成有规序列。原始数据通过处理，可以削弱随机因素的影响而寻找其内在规律。常用的数据处理方式有三点平滑、开平方、取对数和弱化算子等方法，不同的方法适用不同的条件，预测后的精度不同，笔者编制了相应的界面(见图3-2)，使用时可以自行设定，对其预测后的误差进行比较。图3．2给水管道漏失预测模型数据处理方式界面3)建立预测函数，使用Delphi语言编程实现，Delphi程序在此不多论述。4)输出预测结果。在本文的研究中采用对管道El漏和折管分别预测的形式。因此在建立原始数列，也就是进行数据输入的时候，要分别输入，分别输出。选定要预测的中止年份，模型会返回要求预测年的口漏或折管数，见图3-3。5)模型误差和精度。对计算结果检验模型的精度，模型中采用的残差计算方法为：n(1)e(J)=xfl’(f)一X1(1)(3—2) 第三章给水管道漏失预测模型相艨差向量“={蔫蚶。嗍叫2帅}输出形式见图3-3。图3-3模型预测结果输出和模型误差检验3．3模型应用。(3—3)已知管网某区域的管道口漏和折管的漏子发生情况，希望知道2004年每条管道漏子可能的发生数，利用给水管道漏失预测模型。首先统计每条管道的逐年的漏子发生数，剔除其个别因素，输入模型，应用模型预测后返回结果。对于原始序列较短的管道漏子数。其规律不明显，其预测的随机性太强，因此，取序列较长也就是漏子数据记录较长的部分管道为例进行分析。以某市外环线ON300管线为例，其口漏漏失发生情况如下表3一l：表3-1外环线DN300管口漏发生情况}年代199419951996j1997199819992000200120022003I漏子数(处)410816914121513 第三章给水管道漏失预测模型据其逐年发生的口漏数，形成原始输入序列为：X‘∞={4’lo，8，8，16，9，14，12，15，13}应用模型后，选择预测年份为2008年，预测结果和精度如表3—2。表3-2模型预测外环线漏子结果与误差年度预测漏子数实际漏子数残差相对误差19944199510199681997819981116531．25％1999ll9-2—22．22％20001214214％200l1312—1—8％2002141517％20031413—1—8％200415200516200617200717200818其漏子精度对比曲线如图3-4所示：图3．4模型预测漏子数变化曲线 第四章管道更新的经济决策模型第四章管道更新的经济决策模型[49-53,71.741管道更新做为近阶段减少管道漏失，降低产销差率的主要方法，已在很多供水部门实行，但给水管网中究竟那些管道应该进行更新，一般取决于给水部门的主观判断，主要是以年久失修，服役期长，漏子频发以及异径异型的老旧管道为主要更新对象，宏观判断的依据主要有以下因素;1)管道是否铺设年代久远，使得漏水事故频发，对人民生活或财产造成威胁，降低了供水安全性和服务水平。2)管道是否为异型口径，一旦发生事故，配件较难寻找。3)现存的主干管输水能力是否足够?如果不够，是否有另外一种办法能提高供水能力但费用低于安装一条管道。4)管道运行的水力条件是否良好?改善这种条件是否比重新安装一条新管道更经济。5)是否由于管道内环境恶劣造成水质不达标?有没有其他更经济的方法改善这种环境。6)是否由干市政道路的发展，比如道路新铺或扩宽，提供了更新的有利时机，使得此时的更新费用比正常费用降低?对一条管道来说，现在应不应该进行更新，什么时候进行更新为好，需要理论的支持和科学的决策。所以，我们需要建立一种理论，以工程经济分析为基础，决定什么时候对管道进行更新最为经济。本文就是以这种理论为指导，建立了管道更新的经济决策模型。4.1、管道更新目标函数通过上面的宏观判断，可以看出，决定管道是否需要进行更新，可以从很多方面确定目标函数建立模型，例如:1)以经济决策为目标函数。即以管道维护费用和安装费用的对比为目标，进行决策。2)以水质指标为目标函数。以管道内水质指标为参数，反映管道内壁腐蚀程度，以保证使用水水质决定更新对象。3)以管道能量耗损为目标函数。以出厂压力与管道压力对比，按长度途中耗损能量最小决定更新对象等等。 第四章管道更新的经济决策模型第四章管道更新的经济决策模型[49-53,71.741管道更新做为近阶段减少管道漏失，降低产销差率的主要方法，已在很多供水部门实行，但给水管网中究竟那些管道应该进行更新，一般取决于给水部门的主观判断，主要是以年久失修，服役期长，漏子频发以及异径异型的老旧管道为主要更新对象，宏观判断的依据主要有以下因素;1)管道是否铺设年代久远，使得漏水事故频发，对人民生活或财产造成威胁，降低了供水安全性和服务水平。2)管道是否为异型口径，一旦发生事故，配件较难寻找。3)现存的主干管输水能力是否足够?如果不够，是否有另外一种办法能提高供水能力但费用低于安装一条管道。4)管道运行的水力条件是否良好?改善这种条件是否比重新安装一条新管道更经济。5)是否由于管道内环境恶劣造成水质不达标?有没有其他更经济的方法改善这种环境。6)是否由干市政道路的发展，比如道路新铺或扩宽，提供了更新的有利时机，使得此时的更新费用比正常费用降低?对一条管道来说，现在应不应该进行更新，什么时候进行更新为好，需要理论的支持和科学的决策。所以，我们需要建立一种理论，以工程经济分析为基础，决定什么时候对管道进行更新最为经济。本文就是以这种理论为指导，建立了管道更新的经济决策模型。4.1、管道更新目标函数通过上面的宏观判断，可以看出，决定管道是否需要进行更新，可以从很多方面确定目标函数建立模型，例如:1)以经济决策为目标函数。即以管道维护费用和安装费用的对比为目标，进行决策。2)以水质指标为目标函数。以管道内水质指标为参数，反映管道内壁腐蚀程度，以保证使用水水质决定更新对象。3)以管道能量耗损为目标函数。以出厂压力与管道压力对比，按长度途中耗损能量最小决定更新对象等等。 第四章管道更新的经济决策模型在本论文中，作者以经济决策为目标函数建立管道更新模型，既以管道漏子数预测模型为基础，建立管道维护费用模型和管道安装费用模型，进行管道更新判断。管道更新的传统方法，是对旧的给水管道进行开挖或直接报废旧的给水管道，而铺设一条新的给水管道。另外，还有采用管道不开挖技术和修复技术进行旧管的更新的方法。在本文中所指，为传统意义上的更新，即直接开挖和安装。4.2,管道维护费用模型一条管道自发生漏子后，随着其漏失频率的增加，进行维修和所造成的损失也会随时间逐渐增加，为模拟其逐年给供水行业和用户造成的经济损失，建立管道维护费用模型管道维护费用模型为“=MI+Ma+Ms+M4(4-1)式中:M一一管道维护总费用(元);M,一一管道维修费用(元);M,一一漏失费用(元);M,一一管理费用〔元):M,一一其他费用(元)。4.2.1管道维修费用M,All，二(a,,+bk+ck+dk)Nk(1)+(a,+b,+c,+d,)Ns(t)(4-2)式中:Nk(t)为t年管道发生口漏的漏子数(处);N,(t)为t年管道发生折管的漏子数(处);a*为管道口漏维修的单位工费(元/处);a:为管道折管维修的单位工费〔元/处);bk为管道口漏维修单位材料费〔元/处);b:为管道折管维修单位材料费(元/处);c，为管道口漏维修的单位破路费(元/处);c:为管道折管维修的单位破路费(元/处);de为管道口漏的单位机械费〔元/处): 第四章管道更新的经济决策模型在本论文中，作者以经济决策为目标函数建立管道更新模型，既以管道漏子数预测模型为基础，建立管道维护费用模型和管道安装费用模型，进行管道更新判断。管道更新的传统方法，是对旧的给水管道进行开挖或直接报废旧的给水管道，而铺设一条新的给水管道。另外，还有采用管道不开挖技术和修复技术进行旧管的更新的方法。在本文中所指，为传统意义上的更新，即直接开挖和安装。4.2,管道维护费用模型一条管道自发生漏子后，随着其漏失频率的增加，进行维修和所造成的损失也会随时间逐渐增加，为模拟其逐年给供水行业和用户造成的经济损失，建立管道维护费用模型管道维护费用模型为“=MI+Ma+Ms+M4(4-1)式中:M一一管道维护总费用(元);M,一一管道维修费用(元);M,一一漏失费用(元);M,一一管理费用〔元):M,一一其他费用(元)。4.2.1管道维修费用M,All，二(a,,+bk+ck+dk)Nk(1)+(a,+b,+c,+d,)Ns(t)(4-2)式中:Nk(t)为t年管道发生口漏的漏子数(处);N,(t)为t年管道发生折管的漏子数(处);a*为管道口漏维修的单位工费(元/处);a:为管道折管维修的单位工费〔元/处);bk为管道口漏维修单位材料费〔元/处);b:为管道折管维修单位材料费(元/处);c，为管道口漏维修的单位破路费(元/处);c:为管道折管维修的单位破路费(元/处);de为管道口漏的单位机械费〔元/处): 第四章管道更新的经济决策模型d为管道折管的单位机械费(元/处);具体数据见表4-1。表中数据来源于维修部门的实际计值标准表4-1管道维修费用定额单位:(元/处)口径项工费材料费破路费机械费目高级油路普通油路花砖土路DN50口漏7112537.532542537.578.39以下折管94.6659752.545569石52.578.39口漏94.66336453905104578.39DN100折管283.98180967.558576567.578.39口漏94.664064539051045231.11DN150折管283.98239967.558576567.5231.11口漏94.667964539051045231.11DN200折管283.98305967.558576567.5231.11口漏189.3220786052068060426.93DN300折管473.34641290780102090426.93口漏189.3231686052068060426.93DN400折管473.3643129078010209O426.93口漏283.98641107565085075565.96DN500折管851.942314172010401360120565.96口漏283.98719107565085075729.11DN600折管946.62627172010401360120729.11口漏378.6417071397.5845110597.5729.11DN800折管1325.245180215013001700150729.11DN1000口漏662.621829215013001700150729.11以上折管1609.227557344020802720240729.11 第四章管道更新的经济决策模型4.2.2漏失费用M,漏失费用包含了漏失水量营业损失费用;水污染消耗影响损失;漏水淹泡物品损失等组成。漏失费用模型为:M，二M2,+Mu+M,3(4-3)式中:M,一一漏失费用(元);M21一一漏失水量营业损失费用(元);M,一一水污染消耗影响损失费用‘元);M二一一漏水淹泡物品带来的损失费用(元)。1)漏失水量营业损失费用M21一般的经验公式为M2,=k,Qt,.(Nk(t)+N,(t))(4-4)式中:k,一一水价系数;Q一一推算的漏失水量(m"/d);t,一一管道漏水发生到停止时间(d).其中Q按下式推算:Q二1.155拒(4-5)1.15为漏水系数:P为水压;S为漏水面积按圆形孔径计算，对不规则的漏水孔面积用薄粘土纸法折算面积(咖，)。但由于式中所需数据，在管网管理部门都没有记载，因此用此式进行漏失水量的计算是不能实现的。在此，笔者采用供水部门经常采用的估算方法进行估算，即以供水管理部门记载的不同口径管道暗漏漏失小时流量的最大值做为管道漏失的单位漏量，漏失时间以一周进行计算:Q=qx(从(t)+N,(t))(4-6)t,=7x24=168(小时)(4-7)所以Mz，二168k,Q=168k,q(Nk(1)+Ns(t))(4-8)式中:k;一一水价系数;Q一一推算的漏失水量(m"lh);4:不同口径管道漏失的单位漏量，见表4-2;戈(t)和Ns(t)含义同前。管道暗漏漏量一般较明漏少，取其最大值做为管道漏失水量估计的依据应该说还是较小的，但因明漏发现的时间快，其漏失时间较暗漏短，所以在此取‘为7天进行计算。 第四章管道更新的经济决策模型表4-2不同Q径管道漏失的单位漏量q(m丫小时)了5以下10015020025030040050060080010001200140027.317.613.639.7447.231.71131.81417.822262)水污染消耗影响损失M22管道发生漏子进行维修时，泥砂、污泥等不可避免的要进入管道内，因此重新通水后在此管段(维修时关闸停水的管段)内的水被污染，其费用损失为MZ。。、二一*，D"zL,LN,(t)+N,(r)7(4-9)式中:k,一一水价系数;D为管道口径;Lr为停水管道长度。3)漏水淹泡物品带来的损失M23水漏失的淹泡赔偿以及其它漏水带来的费用损失，按10%的Al,，计算。所以漏失费用模型为M=1.l[168k,q(Nk(t)+Ns(t))]+k,零、[Nk(t)十、9(t))斗一(，.，X168k,q+k,零L,)CNk(t)+N,(1)7〔4一10)马4.2.3管理费M3管理费用包含:①检测费用包括工人的劳动费用，检漏设备器材费用交通费用，通讯费用。②维护信息传递调度系统。③漏损资料记录，漏水记录整理报告费。管理费取管道维修费用的20%:M,=0.2m,(4-11) 第四章管道更新的经济决策模型4.2.4其他费M,其他费指管道漏失造成的对居民的淹泡赔偿，绿地的赔偿和现场的清洁费等其他可能发生的费用以另外的不可预见的费用，取为漏失费用的10}:M;“100/.M2·另外，漏失还会带来一系列的间接损失费用，例如①企业名誉，服务中断带来的服务不良影响。②对环境噪音尘土污染。所以，管道维护模型为:M={(ak+bk+ck+dk)Nk(t)+(a,+b,+c,+d,)NS(t)}·、‘，·，X168k,q+k,孚:，)}N,(t)+N,(t)7)+0.2M,+0.1MZ(4-12)即:M一1.2((a,+。、+c,+dk)Nk(t)+(a,+b,+c,+d,)N,(t))十，，{(，.1X168k,、十、丝::)。从(t)十从(t)，(4-13)44.3、管道建设费用模型根据管道进行建设的各项费用组成，包括设计费、监理费、管道安装等施工费用，具体模型形式为:P二PI十几+八十R十J十ut4-14)式中:尸一一管道建设总费用(元):P，一一管道安装费〔米);P:一一管道附属设施安装费用〔元);P。一一刨路费用〔元);R一一设计费(元);J一一监理费(元);I一一附加费用(元)。4.3.1管道安装费PIP‘二冠(4-15)式中:兄一一不同口径不同管材的管道安装延米费用(元/米)。见表4一3L一一管道安装长度(米)。管道安装延米费兄用指更换主千管不同口径，不同管材每米的平均造价，包 第四章管道更新的经济决策模型4.2.4其他费M,其他费指管道漏失造成的对居民的淹泡赔偿，绿地的赔偿和现场的清洁费等其他可能发生的费用以另外的不可预见的费用，取为漏失费用的10}:M;“100/.M2·另外，漏失还会带来一系列的间接损失费用，例如①企业名誉，服务中断带来的服务不良影响。②对环境噪音尘土污染。所以，管道维护模型为:M={(ak+bk+ck+dk)Nk(t)+(a,+b,+c,+d,)NS(t)}·、‘，·，X168k,q+k,孚:，)}N,(t)+N,(t)7)+0.2M,+0.1MZ(4-12)即:M一1.2((a,+。、+c,+dk)Nk(t)+(a,+b,+c,+d,)N,(t))十，，{(，.1X168k,、十、丝::)。从(t)十从(t)，(4-13)44.3、管道建设费用模型根据管道进行建设的各项费用组成，包括设计费、监理费、管道安装等施工费用，具体模型形式为:P二PI十几+八十R十J十ut4-14)式中:尸一一管道建设总费用(元):P，一一管道安装费〔米);P:一一管道附属设施安装费用〔元);P。一一刨路费用〔元);R一一设计费(元);J一一监理费(元);I一一附加费用(元)。4.3.1管道安装费PIP‘二冠(4-15)式中:兄一一不同口径不同管材的管道安装延米费用(元/米)。见表4一3L一一管道安装长度(米)。管道安装延米费兄用指更换主千管不同口径，不同管材每米的平均造价，包 第四章管道更新的经济决策模型含管道安装的主材、土方、安装、人工机械费、打泵冲水消毒等正常施工费用。不含闸门，井室附属设施表4-3管道安装延米费用A(元)}QfwT}5010015020030040060080010001200球墨3153874506217521208150027523631\\UPVC154.6244.7300.2\\钢管7549871510205029583499表内数据说明:①管道覆土深度按DN800以下为I米，DN800及以上为1.2米，DN120。及以上为1.4米计算。②表示一般不采用此种形式，所以没有价格，以下相同。4.3.2管道附属设施费用八管道附属设施费用本文中主要指闸门的费用。包含闸门安装费、材料费和砌井费。模型形式为Pz=(4"+y/+/I)夕(4-16)式中:4一一不同口径阀门的安装费用(元)，见附录表:俨不同口径不同型号阀门材料费用(元)，见附录表;户不同口径不同形式井室砌筑费用〔元)，见附录表;夕为附属设施数量。4.3.3管道施工单位刨路费P3城市管网建设中，管道开挖的刨路费根据道路等级的不同占有不同的比重，随着城市道路建设的发展，刨路费费用也在随之增加，所以，本模型中将刨路费列出。模型形式:P3=YL(4-17)式中:Y一一不同口径不同路面等级的刨路费单价〔元/米)，见表4-4;L一一管道安装长度(米)。 第四章管道更新的经济决策模型表4-4管道施工单位刨路费丫‘元/米)项目50、0015020030040060080010001200430高级油路129150.5150.5150.5172215279.5344387260普通油路78919191104130169208234340花砖10211911911913617022127230630土路910.510.510.5121519.52427备注:表中数据为按道路部门规定的不同露面等级的刨路费单价〔元/米“)与不同管径管道刨路的宽度(米)的乘积计算而得。4.3.4设计费R按有关规定，为前三项的1.8%.4.3.5监理费J按有关规定，为前三项的1.5%04.3.6附加费用U按实际发生记入。如拆迁费，含地上障碍物，管道拆改、电杆移杆、树木赔偿环境污染和噪音的罚款等，还有测图费，规划费占道费，清扫费和管理费等等所以，管道建设费用模型为:p=p,+p2+p,+R+J+U一(0.018+0.015+1)t儿+(S"+W+p姆+rL7+U=1.033[龙+((+yr+,u)g+体]+U(4-18)4.4、管道更新经济决策模型建立了管道维护费用模型和管道建设费用模型后，决策分析人员就可以根据两个模型的费用比较，以经济决策为目标，建立管道更新经济决策模型。管道更新经济决策模型就是以经济分析为目标，决定管道的最佳更新时间。 第四章管道更新的经济决策模型表4-4管道施工单位刨路费丫‘元/米)项目50、0015020030040060080010001200430高级油路129150.5150.5150.5172215279.5344387260普通油路78919191104130169208234340花砖10211911911913617022127230630土路910.510.510.5121519.52427备注:表中数据为按道路部门规定的不同露面等级的刨路费单价〔元/米“)与不同管径管道刨路的宽度(米)的乘积计算而得。4.3.4设计费R按有关规定，为前三项的1.8%.4.3.5监理费J按有关规定，为前三项的1.5%04.3.6附加费用U按实际发生记入。如拆迁费，含地上障碍物，管道拆改、电杆移杆、树木赔偿环境污染和噪音的罚款等，还有测图费，规划费占道费，清扫费和管理费等等所以，管道建设费用模型为:p=p,+p2+p,+R+J+U一(0.018+0.015+1)t儿+(S"+W+p姆+rL7+U=1.033[龙+((+yr+,u)g+体]+U(4-18)4.4、管道更新经济决策模型建立了管道维护费用模型和管道建设费用模型后，决策分析人员就可以根据两个模型的费用比较，以经济决策为目标，建立管道更新经济决策模型。管道更新经济决策模型就是以经济分析为目标，决定管道的最佳更新时间。 第四章管道更新的经济决策模型管道漏失发生到一定程度后，对管道进行更新，将使管道漏失迅速降低为。，并在一定的时间段内不再产生漏失，这一时间段内此根管道的维护费用将不再发生，因此虽然对管道进行更新一次性耗费了资金，但它节省了管道更新后漏失的维护费用，可以称之为管道的收益。因此，管道的最佳更新时间也就是在更新后使更新费用能够获得最大收益的时间。本文中认为当管道更新后在不发生漏失的时间段内所节省的维护费用尽量接近管道建设费用的时间为获得收益最大的时间。见图4-10八叹原管道维护费用曲线M(t))买化M(t}+t,)鹅/新管道维护费用1也线“(}1.时间(年)图4-1管道更新经济决策分析图中t;表示管道更新时间，tf表示管道不发生漏失的时间。最佳管道更新时间t，的确定是使t,-t,+tf时间段内每一年的维护费用折合到t;年的现值之和最接近与t,年的管道更新费用。资金运动过程中，不同时间的资金只有换算成用一时间的现值情况下才能进行比较，现值可按下列公式计算:F,F,(4-19)(1+i)c-i‘:表示利率，Fr:表示资金现值，F:表示资金的终值，Y-.为基年即现值的时间点。因此管道更新的经济决策模型可以表示为:艺M(1)=尸(t)(4-20)耳(1+i)(‘一‘·)管道更新后将在一定的时间段内不发生漏失，这个时间段也就是管道新安装后第一次发生漏子的时间。这个时间随管道本身的不同，运行环境的不同而不同，天津大学的陈超181称其为管道的生命年限，并对其确定的方法进行了研究， 第四章管道更新的经济决策模型具体介绍见下面4.4.1。本文引用其模型形式。4.4.1管道生命年限微观模型介绍在陈超181的研究中认为，管道生命年限指供水管网中的管道在使用一定年限后，因管道自身或其他原因发生漏水问题(认为损坏或突发性事件造成的破坏除外)，完全或部分失去一定的供水功能，影响正常使用，形象的认为管道有一定的正常使用年限，到此年限后管道将发生漏失，称之为管道生命年限，但不是管道的最终使用年限。下面用管道生命年限时间轴表示:(时间)管道铺设年代/管道生命年限/管道更新时间(第一次漏水发生时间)tf管道不发生漏的时间t,管道更新时间(管道服役寿命)图4一2管道生命年限时间轴示意图陈超根据某市实际情况和影响管道正常运行的有关数据，运用统计回归的分析的数理方法，建立了单根管道的生命年限微观模型，确定管道安装后第一次发生漏失的时间。模型形式为:tf=10169.684一8943.282xP一0.245xT.1787.550xH,,,,(4-21)p为管道压力(Mpa);T,.为温度，取各月平均气温(度);H,f，为埋深(米)·确定了单根管道的水压、温度和管道埋深后，就可确定这根管道的第一次漏失发生时间，即管道生命年限。在这个时间之前，我们驱除人为因素，认为管道将不发生漏失。4.4.2管道最佳更新时间由前面的分析建立以下模型形式确定管道最佳更新时间M(t)菩(1+r)u-t,),二尸(4-20) 第四章管道更新的经济决策模型其中M(t)与P表达式同前tr:管道进行更新的时间;勺管道生命年限:N,(t)和Ns(t)可根据第三章漏失预测模型确定。4.4.3管道服役寿命r，表示管道从安装到被更新时在管网中存在的时间，在此笔者称之为管道服役寿命，也就是管道的最佳使用寿命。管道服役寿命的提出，可大约判定管道在某个时间段的运行状态，为供水部门对管道运行的直观判断和评估管网能力提供了依据。4.5、模型求解与应用笔者采用MATLAB软件求解模型。MATLAB于1984年由美国MathWorks公司推向市场，是世界流行的优秀科技应用软件之一具有功能强大(数值计算、符号计算、图形生成、文本处理及多种专业工具箱)、界面友好，可二次开发等特点。触TLAB包含多种工具箱，如仿真工具箱、解非线性方程(组)工具箱、优化工具箱等，有强大的数值计算符号运算功能，可以给计算数据以二维、三维的图形表现。通过对图形线型、色彩、光线、视角等的指定和处理，可把计算数据的特征更好地表现出来。采用某市外环线、驯海路和密云一支路管线为例，首先根据历史数据采用漏失预测模型预测今后每年的漏子数，并将每个管道的水压、水温和埋深代入管道生命年限模型:t，二10169.684一8943.282xP一0.245xT.-1787.550xH=,,确定每根管道的生命年限。需要说明的是，管道运行的压力和温度是在一定的范围内变动的，因此其生命年限也是一个范围值在14-18范围内。在此，对三根管道均取管道生命年限为15年。三根管道的基础数据见表4-5，根据管径和路面性质确定管道相应的维修工费、材料费、机械费和维修刨路费，i取39/60,输入MATLAB程序中基础数据项。 第四章管道更新的经济决策模型其中M(t)与P表达式同前f，：管道进行更新的时间；f，：管道生命年限；机(f)和M(f)可根据第三章漏失预测模型确定4．4．3管道服役寿命，，表示管道从安装到被更新时在管网中存在的时间，在此笔者称之为管道服役寿命，也就是管道的最佳使用寿命。管道服役寿命的提出，可大约判定管道在某个时间段的运行状态，为供水部门对管道运行的直观判断和评估管网能力提供了依据。4．5、模型求解与应用笔者采用MATLAB软件求解模型。MATLAB于1984年由美国MathWorks公司推向市场，是世界流行的优秀科技应用软件之一。具有功能强大(数值计算、符号计算、图形生成、文本处理及多种专业工具箱)、界面友好，可二次开发等特点。姒TLAB包含多种工具箱，如仿真工具箱、解非线性方程(组)工具箱、优化工具箱等，有强大的数值计算符号运算功能，可以给计算数据以二维、三维的图形表现。通过对图形线型、色彩、光线、视角等的指定和处理，可把计算数据的特征更好地表现出来。采用某市外环线、驯海路和密云一支路管线为例，首先根据历史数据采用漏失预测模型预测今后每年的漏子数，并将每个管道的水压、水温和埋深代入管道生命年限模型：tr=10169．684-8943．282×P—O．245×，温一1787．550xH埋深确定每根管道的生命年限。需要说明的是，管道运行的压力和温度是在一定的范围内变动的，因此其生命年限也是一个范围值在14．18范围内。在此，对三根管道均取管道生命年限为15年。三根管道的基础数据见表4．5，根据管径和路面性质确定管道相应的维修工费、材料费、机械费和维修刨路费，，取3％0，输入～IATLAB程序中基础数据项。 第四章管道更新的经济决策模型表4-5管道基础信息管径管长安装年单位漏安装延阀门安装管道名称mm(米)代(年)量m3／h米费用破路费安装费材料费井室费数量e外环线DN300198519707．2362l975．152383．5920392104驯海路DN300287019877．2362l975．152383．5920394104密云～支路I)NS0015501982l12081989．8了92040642169图4-3求解模型时编制的程序运行求解求解后，得出结论：外环线DN300管道最佳更新时间为安装后28年，即1998年；驯海路DN300管道最佳更新时间为安装后17年，即2004年：密云一支路DN500管道最佳更新时间为安装后20年，即2002年。图4-4和4．5列出了对外环线求解时程序的运行结果界面。而供水部门的实际运行情况是外环线DN300管道至今没有更换，从此根管道98．2003年的漏子实际发生数(依次为16，9，14，12，15，13均为口漏，数据记录中无折管形式)来看，此六年内所造成的维修和漏失费用总和为486580元，占 第四章管道更新的经济决策模型更新管道费用(1794468元)的32，5％，而如果仍不迸行更换的话，漏失费用将继续增加，而驯海路DN300管道在2000年被更换，从2000．2004预测的漏子数(9，10，11，12，为口漏和折管的总和)看，若不更换此管道4年的维修费用为26678l元，占其更新费用(217l718元)的122％，因此选择在管道漏失发生到某一程度的时候进行更换是相对经济的做法，此模型求解的结果使这种程度尽量接近使原管道得到充分利用，又使新铺管道的建设资金能够发挥更大的作用。图4．4MATLAB求解外环线管道最佳更新时间绘图结果图4-5MATLAB求解外环线管道最佳更新时间返回结果 第五章管道更新最佳资金分配模型第五章管道更新最佳资金分配模型供水系统居高不下的漏失给供水管理部门带来了高额的运行维护费用，国家每年都要拨出一笔不小的资金用于管网维修和养护，这使得供水研究者去探索、制定合适的维护方案和政策成为必然，通过合理的维护方案减少漏子发生频率，降低漏失水量，从而降低整个管网的维修和损失费用。管网维护政策的制定取决于城市的资金能力水平，如果用于维护的资金能够达到满足整个城市管网要求的水平，那么通过维护行为所达到的收益是最大的。也就是说如果资金充足到能够将需要维修和更换的管道都进行了维修和更换，消除漏失隐患，使得维护后的管网发生漏失的机率大大降低，也就最大限度的减少了管网以后的维护运行费用。但是，一般情况下城市的资金能力是有限的，不可能一次性将漏失全部解决，这就需要供水管理部门进行决策，采取在有限的资金水平能力下使之产生收益最大的方案。国外的学者们对此进行了深入的研究，建立了不同的维修资金分配模型。51维修资金分配模型介绍Male和Franz在1986年建立了一种简单的资金最优分配模型，通过使管网的收益〔管网的收益由维修资金分配后与不分配时所能节省的水量，即省水量决定)最大，决定如何将资金分配给管网的不同区域。模型限定了三个约束条件:1)对每个区域所分配的资金有最高限制。2)对每个区域所分配资金的差别有限定范围。3)对每个漏子所能分配的资金有限定范围。通过对上面三个约束条件在同一时间使管网收益最大，可对资金进行分配。但是，这个模型存在着较大的缺陷，通过对模型求解发现，只有当资金全部耗尽时，分配给各区域的资金才能有最大的收益系数，·因此模型没有实际应用价值。2000年Bachetal从另一个角度研究了资金分配问题一一通过对以前一定时间段内总量模型的迭代应用，使维修费用最小。这个模型认为漏失损失是因为维修资金的不足造成的，而不是由省水量决定。漏失的总花费包括维修费 第五章管道更新最佳资金分配模型第五章管道更新最佳资金分配模型供水系统居高不下的漏失给供水管理部门带来了高额的运行维护费用，国家每年都要拨出一笔不小的资金用于管网维修和养护，这使得供水研究者去探索、制定合适的维护方案和政策成为必然，通过合理的维护方案减少漏子发生频率，降低漏失水量，从而降低整个管网的维修和损失费用。管网维护政策的制定取决于城市的资金能力水平，如果用于维护的资金能够达到满足整个城市管网要求的水平，那么通过维护行为所达到的收益是最大的。也就是说如果资金充足到能够将需要维修和更换的管道都进行了维修和更换，消除漏失隐患，使得维护后的管网发生漏失的机率大大降低，也就最大限度的减少了管网以后的维护运行费用。但是，一般情况下城市的资金能力是有限的，不可能一次性将漏失全部解决，这就需要供水管理部门进行决策，采取在有限的资金水平能力下使之产生收益最大的方案。国外的学者们对此进行了深入的研究，建立了不同的维修资金分配模型。51维修资金分配模型介绍Male和Franz在1986年建立了一种简单的资金最优分配模型，通过使管网的收益〔管网的收益由维修资金分配后与不分配时所能节省的水量，即省水量决定)最大，决定如何将资金分配给管网的不同区域。模型限定了三个约束条件:1)对每个区域所分配的资金有最高限制。2)对每个区域所分配资金的差别有限定范围。3)对每个漏子所能分配的资金有限定范围。通过对上面三个约束条件在同一时间使管网收益最大，可对资金进行分配。但是，这个模型存在着较大的缺陷，通过对模型求解发现，只有当资金全部耗尽时，分配给各区域的资金才能有最大的收益系数，·因此模型没有实际应用价值。2000年Bachetal从另一个角度研究了资金分配问题一一通过对以前一定时间段内总量模型的迭代应用，使维修费用最小。这个模型认为漏失损失是因为维修资金的不足造成的，而不是由省水量决定。漏失的总花费包括维修费 第五章管道更新最佳资金分配模型用、维修设备和材料的存储费、漏失影响的处罚费用。模型在Male和Franz基础上又考虑了以下三个因素:1)不仅仅是省水量，整个漏失损失的大小都是由维修资金缺乏的{}程度决定的;2)在没有限定资金水平的能力下，能够找到最经济的资金分配方案;3)某一维修时段的维修资金和下一时段的维修资金会发生冲突。并且假定漏子的发生是均匀分布在设定的时间段内，漏子的持续时间是固定的(可以认为成是设定时间段的一半)，这种假定使得模型能够估计漏失的损失，但也使模型有了一定的局限性。H.T.,Luong和Fujiwara,0.2002年提出了净省水量的概念，通过使管网收益最大，也就是净省水量最大建立模型。净省水量的大小由资金不足进行维修与资金充足进行维修时漏失水量的不同决定。模型综合考虑了以前模型没有考虑的因素，认为漏子的发生是随机性，其持续时间的由分配的维修资金决定，使模型得到了进一步的发展。但是，国外这些研究人员建立模型的着手点是遵循国外供水系统的管理模式，这种研究方法不适应我国的国情，不能直接套用到我国的管网管理工作上。国外的管网维修工作是以主动检漏为主的，也就是其维修的对象多数是漏失还没有达到影响居民群众生活的程度，也就是在暗漏状态下就被发现的漏点，所以国外的管道维修部门可以根据资金情况做出选择，优先维修那些，哪些可以稍后再修。而我国不同，我国的管网维修工作是以被动检修为主的，其维修的对象主要是漏水己达到地面，对居民的生产生活己产生了影响的明漏，这种情况下，维修部门基本上没有选择的余地，必须在最快的时间内对发现的漏点进行维修，而且其维修的时间的长短根据漏水的大小，有严格的规定，因此现阶段在我国研究维修资金的分配是没有实际意义的。而在我国，研究对管网更新的资金分配问题却是非常有实际意义的。管网更新作为管网维护的一种手段，不同于明漏的维修。每根管道的更新时间不是强制的，是需要管网管理部门根据管道运行情况决定的。当供水部门对管道进行更新每年所能支配的资金有限时，在纷繁复杂的管网中，选择那些管道进行更新，才能充分利用给定的资金，最大限度的减少经济损失，获得最大的收益.凭主观判断是难以实现的，这就需要一种决策模型，也就是资金分配模型。但在现状供水部门的管理中，还没有一种方法和工具，能够协助管理部门进行选择，在所有的供水管道中做出获得最大收益的更新组合。本文首次将资金分配方法与管道更新模型相结合，建立了管道更新最佳资 第五章管道更新最佳资金分配模型金分配模型。资金分配模型是在给定资金的情况下，进行管道更新组合的决策，使得更新后的获益最大。它为管网管理部门提供了一种实用的工具，为改变完全被动主观决策的管理现状提供了依据。当然，我国近几年主动检漏的程度和水平在逐年提高，管道维修部门每年检修暗漏的数量也在很快的递升，但在目前来讲，所占维修总数的比例还是较小的。相信随着主动检漏水平的提高，维护资金的分配问题研究也会逐渐成为我国研究人员的研究热点。5.2管道更新最佳资金分配模型的建立建立管道更新最佳资金分配模型，可以从多方面确定目标函数，例如使管网漏失率降低最大;漏失水量降低最大;管网的布局最优;水质、水压等服务水平提高最大等。如果将这些目标综合考虑，则属于多目标组合优化问题，不但模型难以建立，求解难度大，就只是基础数据的采集上就存在相当的困难，难以实现。在本文中，笔者从使管网漏失损失降低最大出发，采用了以管道更新前后维护费用降低最大为目标的目标函数模型。笔者认为以此目标函数建立模型优于采用其他目标函数，如果以管网的布局最优、水质水压等服务水平提高最大为目标函数则忽略了管道更新的一个重要意义，就是降低漏损，从而降低漏损带来的损失。如果单纯采用漏子频率降低最大为目标，则只考虑了漏子数量，而忽略了不同的漏子产生的危害大小不同的因素;同样，单纯采用节省漏失水量最多为目标，则只考虑了漏子发生后漏失水量一种损失，而忽略了漏子的其他危害和损失。而将更新前后管道维护费用降低最大为目标，则综合考虑了漏失带来的损失和危害，从每个漏子发生后造成的各方面影响进行评估，因此所得到的解会更优化，更合理。因此，建立以更新前后维护费用降低最大为目标的函数，即:max(Mn-Mn-m)(5-1)Mn:表示n条管网的维护总费用;Mn-m:为(n-m)条管网的维护总费用。5-1式的含义为n条管网中有m条进行更新，假定这m条更新当年不发生漏失，即不发生维护费用，则更新前后的维护总费用差为Mn-Mn-m，使其最大，并有0<脚三刀以管道维护费用降低最大为目标函数建立管道更新最佳资金分配模型，就是在管网的所有条管道中进行任意条管道的组合，使得组合后的管网管道维道 第五章管道更新最佳资金分配模型金分配模型。资金分配模型是在给定资金的情况下，进行管道更新组合的决策，使得更新后的获益最大。它为管网管理部门提供了一种实用的工具，为改变完全被动主观决策的管理现状提供了依据。当然，我国近几年主动检漏的程度和水平在逐年提高，管道维修部门每年检修暗漏的数量也在很快的递升，但在目前来讲，所占维修总数的比例还是较小的。相信随着主动检漏水平的提高，维护资金的分配问题研究也会逐渐成为我国研究人员的研究热点。5.2管道更新最佳资金分配模型的建立建立管道更新最佳资金分配模型，可以从多方面确定目标函数，例如使管网漏失率降低最大;漏失水量降低最大;管网的布局最优;水质、水压等服务水平提高最大等。如果将这些目标综合考虑，则属于多目标组合优化问题，不但模型难以建立，求解难度大，就只是基础数据的采集上就存在相当的困难，难以实现。在本文中，笔者从使管网漏失损失降低最大出发，采用了以管道更新前后维护费用降低最大为目标的目标函数模型。笔者认为以此目标函数建立模型优于采用其他目标函数，如果以管网的布局最优、水质水压等服务水平提高最大为目标函数则忽略了管道更新的一个重要意义，就是降低漏损，从而降低漏损带来的损失。如果单纯采用漏子频率降低最大为目标，则只考虑了漏子数量，而忽略了不同的漏子产生的危害大小不同的因素;同样，单纯采用节省漏失水量最多为目标，则只考虑了漏子发生后漏失水量一种损失，而忽略了漏子的其他危害和损失。而将更新前后管道维护费用降低最大为目标，则综合考虑了漏失带来的损失和危害，从每个漏子发生后造成的各方面影响进行评估，因此所得到的解会更优化，更合理。因此，建立以更新前后维护费用降低最大为目标的函数，即:max(Mn-Mn-m)(5-1)Mn:表示n条管网的维护总费用;Mn-m:为(n-m)条管网的维护总费用。5-1式的含义为n条管网中有m条进行更新，假定这m条更新当年不发生漏失，即不发生维护费用，则更新前后的维护总费用差为Mn-Mn-m，使其最大，并有0<脚三刀以管道维护费用降低最大为目标函数建立管道更新最佳资金分配模型，就是在管网的所有条管道中进行任意条管道的组合，使得组合后的管网管道维道 第五章管道更新最佳资金分配模型费用比更新前降低的最大，而所进行组合的管道的管道建设费用之和小于并最接近于给定的资金，从而达到充分利用给定资金，达到最大限度的降低经济损失的目的。模型可以描述为以下的问题:对一个管网，其t年的管网维护费用总和为Mn(t)，供水部门当年能够用于管网改造的资金为F，这些资金不足以将管网的n条管道全部进行更新(当然也没有必要)，即F4006380.00中5007920.00巾6009900.00中80022000.00中100036300.卯勿120049500.00蝶阀D343X-10中140057078.00中160083338.50 附录三给水管道砌井费用表附录三给水管道砌井费用表口径立式闸闸井(元)卧式闸闸井(元)蝶阀井(元)25\50\1001925\1501925\2001925\3002039\400387650040646007389800758910009231120093261400\135591600\147291800\15174注:表中表示一般此种口径不使用这种型号的阀门，所以在此不列价格。 致谢致谢当论文的最后一章完稿的时刻，三年读研期间的点点滴滴在脑海里回放，首先涌上心头的是对携助、指导我走过这个历程的每个人的深深的谢意:最先要感谢的是我的导师张宏伟教授，您不仅在学识上教导着我，您严谨的学风、开拓的治学态度、敏锐的捕捉力和谦逊的为人更使我景仰，师从您的这三年将令我终生受益!同时特别感谢赵新华教授，在读研期间一直给予我的帮助和教导i还要对我单位的领导表示深深的谢意，感谢您们对我的支持和鼓励!另外，还要提出特别致谢的是我的师兄牛志广，你总是在最关键的时侯给我拨开云雾，在我完成论文的过程中，给了我大量的引导与支持。还有师弟莲蓬，在编程和使用方面给予我无私的指导!感谢我的同学们，在我攻读硕士学位的过程中，对我的关心和协助!感谢我的同事们在论文基础数据收集上的协助和在工作上一直的支持!感谢我的家人时时刻刻的督促，你们的支持赋予我信心和勇气，你们永远是我坚强的后盾上 城市供水管网漏损控制作者：傅玉芬学位授予单位：天津大学被引用次数：5次参考文献(83条)1.参考文献2.张丽自控调节阀优化控制模型20033.周建华大规模城市给水管网系统优化运行模型研究[学位论文]博士20034.贾红军GIS在给水管道管理中的应用2001(01)5.中国城镇供水协会2003年城市供水统计年鉴20036.汪光焘城市供水行业2000年技术进步发展规划19937.何维华供水管道与漏损控制8.刘柏芹供水管网水质监测的重要性浅析2003(03)9.陈超供水管网漏水管理信息系统和管道寿命经济决策系统[学位论文]硕士200010.于静洁给水管网事故分析研究[学位论文]硕士200211.JPinero.FCubilloNewTechnologiesforLeakageDetectionandControl199512.MAAbu-ZeidWaterandSustainableDevelopment:theVisionforWorldWater,LifeandtheEnvironment1998(01)13.中国城镇供水协会二十一世纪中国水环境保护面临挑战14.刘志琪城市供水在改革中发展15.PaulWJowitt.ChengcchaoXuOptimalvalvecontrolinwaterdistributionnetworks1990(04)16.石亮民地下给水管网漏水检修实践1994(02)17.宋仁元怎样防止给水系统的漏损199818.石长岭.董惠强供水管道工199619.陈宾城市给水管网漏失问题的研究200120.何桂湘英国城乡干管测漏的几种新技术2000(06)21.杨丰华产销差水(NRW)控制30问22.孙春年采用管网解析法推断漏水位置1993(04)23.李清林城市供水管网流速和水压测量检漏普查方法的探讨[期刊论文]-中国地质灾害与防治学报1995(1)24.袁志蓉引进社会检漏机制,降低供水管网漏损200325.周克明给水管网的检漏1994(08)26.AWWAResearchReport,SubjectArea:WaterResources198727.宋仁元城市给水管道检漏方法及采用仪器的调查1989(05)28.李景华给水管道检漏工作的新发展[期刊论文]-化工给排水设计1994(1)29.高伟供水管道检漏的基本内容及常规方法2002(02)30.陆颖检漏是供水运行管理的必要措施1998(04)31.张芙蓉.朱会莲降低给水管网的漏水量[期刊论文]-西部探矿工程2001(3)32.修春海德国检漏技术简介[期刊论文]-给水排水1997(11)33.USArmyEngineerDistrict198034.MAIChowdhury.MFAhned.MABhuiyan.M.H.RahmanUnaccounted-forWaterManagementStatesinBangladesh1997(05)35.KHNg.CSFoo.YKChanUnaccouted-forwater-Singagpore"sexperiense1997(09)36.AKumarLeakageControlinIntermittentWaterSupplies1997(01)37.NHKusnur.AVDeodharLeakDetectionanditsApplicationinMumbai"s1999(3-4)38.吴浩供水管网的漏损控制[期刊论文]-给水排水1999(1)39.裘尚德供水管道漏水成因及控制[期刊论文]-城镇供水2001(4)40.裘尚德分析探漏结果谈自来水管道管材的选择2003(02)41.范次樵输配水管网管材及接口的合理选择1997(02)42.GoodwinSJTheresultoftheexperimentalprogrammeonleakageandleakagecontrol,[TechniclaReportTR.154,WaterRes.Centre,Swindon,UnitedKingdom]43.BesseySGSomedevelopmentsinpressureredution44.BesseySG查看详情45.GermanopoulosG.JowittPWLeakagereductionbyexcessivepressureminimizationinawatersupplynetwork46.GermanopoulosGAtechnicalnoteontheinclusionofpressuredependentdemandandleakagetermsinwatersupplynetworkmodels47.BargielaAOn-linemonitoringofwaterdistributionsystems48.MiyaokaS.FunabashiMOptimalcontrolofwaterdistributionsystembynetworkflowtheory49.赵洪宾我国给水管网的现状与发展50.STACHAJHCriteriaforpipelinereplacement1978(05)51.ShamirU.HowardCDDAnAnalyticApproachtoSchedulingPipeReplacement1979(05)52.WalskiTM.PelliciaAEconomicanalysisofwatermainbreaks1982(03)53.ThomasMWalskiReplacementRulesforWaterMains1987(11)54.EnriqueCabreraUSArmyEngineerDistrict199555.王芳荷兰配水管网的维护和更新2000(03)56.黄宇阳.韩德宏给水管道不开挖更新与敷设技术综述200157.翟国静.赵国华供水管网漏损的影响因素与控制措施[期刊论文]-河北工程技术高等专科学校学报2002(2)58.DJSmithChangingDataintoInformation-WIMS200159.何南阳供水管网漏损的控制2003(03)60.FBesseat.FSanfilippo.HYoussefWaterManagementInformationSystems(WIMS)fortheJordanValley200161.陈光明.钱珊给水管道渗漏的原因及控制2002(05)62.黄国章浅谈市政排水管道工程施工质量通病的防治[期刊论文]-福建建设科技1999(2)63.赵乱成管道中气-水锤探讨[期刊论文]-给水排水1997(3)64.WHSmithFrostLoadingonUndergroundPipe1976(12)65.RCSteinerOperationalDemandForecastingforMunicipalWaterSupply198966.何维华供水管材综述67.三亚漏损三亚城市供水管网漏失的原因与对策68.刘志崎城市供水业改革与发展的战略思考69.傅力灰色系统理论及其应用199270.王学萌.罗建军灰色系统预测决策建模程序集198671.邓聚龙灰色系统分析及实用计算程序198872.ClarkRM.StaffordCL.GoodrichJAWaterdistributionsystems:Aspatialandcostevaluation1982(03)73.USArmyEngineerDistrict198074.LiD.HaimesYYOptimalmaintenancerelateddecisionmakingfordeterioratingwaterdistributionsystems.Ⅰ:Semi-Markovianmodelforawatermain1992(04)75.LiD.HaimesYYOptimalmaintenancerelateddecisionmakingfordeterioratingwaterdistributionsystems.Ⅱ:Multi-leveldecompositonapproach1992(04)76.MaleJW.FranzSLAllocatingfundsforrepairofleakywaterdistributionsystems198677.BachNL.Fujiwara0.LuongHTOptimalfundassignmentandallocationmodelsforpiperepairmaintenanceinleakywaterdistributionnetworks[外文期刊]2000(05)78.HTLuong.FujiwaraOFundallocationmodelforpiperepairmaintenanceinwaterdistributionnetworks2002(136)79.朱文虎.杨三元.汤青波动态规模成性原理在投资决策中的应用1996(03)80.牛志广供水系统优化建模与求解方法的研究[学位论文]硕士200181.RossSMAppliedProbabilityModelswithOptimizationApplications197082.GoulterICMulti-objectiveoptimizationofwaterdistributionnerworks198683.AndreousSA.MarksDH.ClarkRMAnewmethodologyformodelingfailurepatternsindeterioratingwaterdistuibutionsystema:TheoryandApplications1987引证文献(5条)1.章晓春乐清市供水管网漏损原因分析[期刊论文]-黑龙江科技信息2008(14)'