城市供水管网风险分析及评价 65页

' 城市供水管网风险分析及评价AssessmentandAnalysisoftheRisksintheMunicipalWaterSupplyPipelineNetwork基金资助：国家自然科学基金重点项目：城市供水管网突发性事故应急处理/管理系统（50978213）FinancialSupport:TheNationNaturalSeieneeFoundationProject:SuddenAccidentEmergencyTreatment/ManagementSystemofUrbanWaterSupplyNetwork(GrantNo.50978213) 西安建筑科技大学硕士论文城市供水管网风险分析及评价专业：市政工程硕士生：邢翔轩指导教师：黄廷林教授摘要随着城市建设的快速发展，城市供水管网的规模也在不断扩大，伴随而来的供水安全隐患也越来越多，城市供水管网风险分析及评价已经成为一项重要研究课题。本课题以A市的供水管网系统为研究对象，对其管网供水分界线上的水质指标进行检测分析；同时利用A市2010年爆管记录资料，对其进行不同方面的整理、归类与分析，以全面了解当前管网中存在的爆管原因及规律，从而对A市供水管网的水质和爆管现象给出合理的评价及应对措施。本研究的结果如下：一水风险评价及控制措施（1）65%的测点出现在过余氯不达标现象，其中3个测点余氯达标率低于50%。太华路凤城三路口的余氯检测最大值为0.04mg/L。供水分界线是不同水质的交汇处，水质的不同会出现营养互补和生物化学反应等现象，造成余氯的损耗；此外水力停留时间长也是分界线上管网水余氯偏低的重要原因。（2）65%的测点出现在过浊度不达标现象，达标率在80%以下的点有5个，其中长乐东路纺北路口测点的浊度达标率为63.3%。此外有两处测点浊度检测最大值均高出标准3倍以上。供水分界线上管道处于不同水质水流状态下，管壁更易于被腐蚀，水流方向和流速发生变化时，附着在管壁上的沉积物和生物膜被冲起，是造成浊度升高的主要原因。（3）35%的测点出现过铁超标，朱宏路测点检测铁含量最高值为0.5169mg/L，除汉城北路测点锰含量出现过超标，其余测点锰含量均低于国家标准。定期对管道冲洗，更换老化管道，以及改进水厂处理工艺能够有效地改善饮用水水质。二爆管风险评价及控制措施 西安建筑科技大学硕士论文管材老化以及地基沉降是管道爆管的主要原因，占爆管总数的80%。南郊地区的爆管大部分和地裂缝活动有关，地裂缝活动引起的爆管占75.9%。管道爆管的表现形式主要是管道接口处漏水或断裂。尽量避免使用灰口铸铁管、镀锌钢管。小管径可以采用PE管、钢塑复合管，DN100以上管径可以采用球墨铸铁管、钢管。在易发生地基沉降的地段应采取管道基础加固措施，如加设伸缩器。在敷设易受外界影响而腐蚀的管段时，应采取特殊的防腐措施。在地裂缝活动非常活跃的地方管道应敷设在套管内，节点尽量采用柔性连接。关键词：城市管网；供水分界线；水质风险；爆管 西安建筑科技大学硕士论文AssessmentandAnalysisoftheRisksintheMunicipalWaterSupplyPipelineNetworkSpeciality:EnvironmentalscienceAuthor:XingXiangxuanSupervisor:Prof.HuangTinglinABSTRACTWiththerapiddevelopmentofurbanconstruction,thescaleofurbanwatersupplynetworksisalsoexpandingbutaccompaniedbymoreandmorerisksinwatersupplysecurity.Riskanalysisandassessmentofurbanwatersupplynetworkshavebeenanimportantresearchsubject.ThewatersupplynetworkinCityAistakenasaresearchobjectandthewaterqualityindicatorsonthedividinglinearedetectedandanalyzedinthisthesis.Inordertounderstandcomprehensivelythecausesandintrinsicproblemsofthepipeexplosioninthecurrentsupplynetwork,therecordsofthepipeexplosioninCityAoftheyear2010isusedatthesametimetoconductsomecollation,classificationandanalysisofdifferentaspects.Attheend,areasonableassessmentismadeandpreventivemeasuresaretakenaboutthewaterqualityandthephenomenonofpipeexplosion.Themainresultsofthisstudyareasfollows:1Riskassessmentofthewaterqualityanditscontrolmeasures（1）At65%ofthemeasurementpoints,theresidualchloridecannotcomeuptothequota.Iisobervedthatatthreeofthemeasurementpoints,theresidualchlorideislowerthanthequota.ThemaximumvalueofresidualchlorideattheCrossroads3ontheTaihuaavenueis0.04mg/L.Thedividinglineofwatesupplyisajunctionofdifferentwaterqulities.Therefore,therewilloccurmutualcomplementofnutritioussubstancesandbio-chemicalreactionsduetothedifferenceofwaterquality,causingthelossofresidualchloride.Besides,thelongstayofthehydraulicpowerisalsoan 西安建筑科技大学硕士论文importantcauseofresidualchloridetobeonthelowsideinthepipelinenetworkonthedividingline.（2）At65%ofthemeasurementpoints,therehasoccuredsuchaphenomenonastheturbiditydidnotexceedthequota.Thereareonlyfivemeasuremntpointswhosequota-hitratioproportionwaslowerthan80%.Amongthefive,thequota-hitratioproportionofturbidityatthemeasurementpointneartheFangbeicrossroadsontheChangleavenueeastwas63.3%.Inaddition,themaximumvalueofturbidityattwopointsweredetectedasthreetimeshigherthanthestandard.Therefore,therewilloccurmutualcomplementofnutritioussubstancesandbio-chemicalreactionsduetothedifferenceofwaterquality.Onthedividinglineofwatersupply,pipesstayinthestateofdifferentwaterqualitiesandatdifferentspeedsofflowofwater,sotheirwallsareeasytocorrode.Whenthedirectionandspeedoftheflowofwaterchange,thesedimentsandbio-membranesonthepipewallsarewashedoff,whichistheprincipalcauseofariseofturbidity.（3）At35%ofthemeasurementpointstherehasoccurredsuchaphenomenonasironexceededthequota.AtthemeasurementpointontheZhuhongavenue,thehighestvalueoftheironcontentwasdetectedas0.5169mg/L.ExceptthemeasurementpointontheHanchengnorthroadwheremanganesehasonceexceededthequota,themanganesecontentattherestofthemeasurementpointsarelowerthanthenationalstandard.Thepipesneedtobewashed,agingpipesreplacedandtheprocessingtechnologyatthewaterstationsimprovedatregulartimes.Inthisway,thequalityofdrinkingwatercanbeimprovedeffecively.Thepipesneedtobewashed,agingpipesreplacedandtheprocessingtechnologyatthewaterstationsimprovedatregulartimes.Inthisway,thequalityofdrinkingwatercanbeimprovedeffecively2RiskofthepipeexplosionandcorrespondingcontrolmeasuresFoundationsettlementandtubularageingareleadingcauseofpipeexplosion,accountingfor80%ofthetotal.Thepipeexplosioninsouthernsuburbscloselyrelatestogroundfissure,andpercentageofpipeexplosioncausedbygroundfissuremovementsis75.9%.themainformofpipeexplosionisleakageofpipeinterfaceorbreakage. 西安建筑科技大学硕士论文Trytoavoidtheuseofgray-castironpipeandgalvanizedsteelpipe.PEpipeandplasticcompositepipewouldbebestusedforsmalldiameter.ductileironpipeandsteelpipewouldbebestusedforthosepipeswhosediameterwasgreaterthan100mm.Atthesectionwhereitiseasyforthebasementtosettle,reinforceingmeasures,suchasanadditionofexpansionpipes,oughttobetaken.Whenthepipesthatareeasytobeaffectedoutsideandcorrodearebeinglaid,specialanti-corrosionmeasuresshouldbeadopted.Atplaceswheregroundfracturingisveryactive,pipesshouldbelaidincasingandatthejoints,flexibleconnectionshouldbeadoptedasmuchaspossible.Keywords:urbanpipelinenetwork;dividinglineofwatersupply;riskofwaterquality;pipeexplosion 西安建筑科技大学硕士论文目录1绪论...........................................................................................................................11.1研究背景以及现状.........................................................................................11.1.1研究背景...............................................................................................11.1.2国内外研究现状...................................................................................41.2研究内容.........................................................................................................51.2.1A市供水系统概况................................................................................61.2.2主要研究内容.......................................................................................62A市供水管网水质风险评价...................................................................................82.1供水管网存在的水质风险.............................................................................82.1.1余氯.......................................................................................................82.1.2浊度.......................................................................................................82.1.3铁、锰...................................................................................................92.1.4铝...........................................................................................................92.1.5硬度.......................................................................................................92.2实验器材及检测方法...................................................................................102.2.1实验器材的选用及方法.....................................................................102.3供水分界线及其漂移带上水质风险点的确定...........................................102.3.1确定供水分界线的意义.....................................................................102.3.2管网水力模拟供水分界线..................................................................112.3.3实际供水分界线的确定.....................................................................122.3.4结论.....................................................................................................192.4余氯的风险评价...........................................................................................202.4.1余氯的检测结果.................................................................................202.4.2余氯值偏低的原因.............................................................................222.4.3供水分界线上余氯偏低的原因分析.................................................242.4.4余氯风险控制措施.............................................................................252.4浊度的风险评价...........................................................................................252.5.1浊度的检测结果.................................................................................252.5.2浊度超标的原因分析.........................................................................28I 西安建筑科技大学硕士论文2.5.3浊度风险控制措施..............................................................................282.6铁、锰含量的风险评价................................................................................282.6.1铁含量检测结果..................................................................................282.6.2铁含量超标原因..................................................................................322.6.3锰含量检测结果..................................................................................312.6.4铁、锰风险评价及相应控制措施......................................................322.7铝含量的风险评价........................................................................................332.7.1铁含量检测结果..................................................................................332.7.2铝风险评价及相应控制措施..............................................................343A市供水管网爆管风险评价及应对措施..............................................................353.1现有给水管网基础资料................................................................................353.2爆管分析原因................................................................................................353.2.1爆管的时间分布分析..........................................................................353.2.2爆管的空间分布分析..........................................................................373.2.3爆管与管道材质之间的关系..............................................................383.2.4爆管与管径之间的关系......................................................................403.2.5爆管具体原因的分析..........................................................................413.2.6其他原因造成的爆管..........................................................................423.32011年东郊爆管分析...................................................................................423.4A市供水管网爆管原因及规律总结............................................................433.5A市供水管网爆管防治应对措施................................................................454结论与建议..............................................................................错误！未定义书签。4.1结论..................................................................................................................474.2建议..................................................................................................................47致谢........................................................................................................................49参考文献........................................................................................................................50附录........................................................................................................................5053II 西安建筑科技大学硕士论文1绪论1.1研究背景以及现状1.1.1研究背景城市管网系统是城市建设过程中的一项重要基础措施，是用水单位和城市居民用水的生命线，为城市的生活及生产活动提供水质达标、水量充足、压力满足需求的用水。一个城市管网系统的发达与否直接表征该城市的繁荣程度。步入21世纪以来，我国的城市建设得到了飞速的发展。伴随着城市规模的扩大，城市的基础设施建设的不断发展，城市供水管网的规模也在迅速扩大，根据统计，到2010年，全国供水管网的总长度比2000年的二十余万公里已经翻了一倍多，达到了五十四万公里。从2008年开始，全国供水管网总长度的建设速度保3持在平均每年3万公里，年均增幅约6.5%。2010年全国总供水量为6022.0亿m，其中，地表水源供水量占81.1%，地下水源供水量占18.4%，其他水源供水量占[1]0.5%。全国共计4000余家自来水厂，为4亿多县级以上城市居民，每天供应[2]6000万吨自来水。但于此同时，供水管网事故频繁发生，经常发生水量不足，水压不稳定、管道漏水或爆管、水质不达标甚至遭受污染，事故的数量和规模都在升级，极大影响了城市的供水安全性，直接威胁到城市的日常生产生活。因此供水管网的老化问题、管理问题以及事故应急处理手段等问题逐渐被大家重视，对城市供水管网系统的调查研究日趋增多。2007年底，国家发改委、卫生部、建设部、环保总局等多部委联合印发《全国城市饮用水卫生安全保障规划》，明确称：“全国近年抽检饮用水合格率83.4%。”83.4%合格率，意味着不合格率超过15%，足以让人忧心，但不少业内人士认为，这仍然远远低估了不合格率。上述数据所依据水样2000余份，仅是国内重点城市或少数城市水样，甚至不包括地级市水厂。最近的一次全国水质普查中覆盖了全国4000多家县级以上城市自来水厂，是近十几年间规模最大的一次检测，结果表明4000家水厂中有1000家以上的出厂水水质不合格，存在不同程度的问题。此外，中国城镇自来水质检测次数太少。按照现行规定，即便是新标准的106项检测，地表水厂一年只需要检测两次，地下水厂一年检测一次即可，水质检测次数少，还因检测能力过差。全国35个重点城市中，仅1 西安建筑科技大学硕士论文有40%城市有能力检测106项全指标，地级市、县级市全部需要送检，大批县市、[3]乡镇水厂连常规指标检测能力都不具备。随着居民对城市供水管网水质等供水安全性的认识不断加深，有关城市供水安全的调查及研究已越来越受重视。我国大部分城市的供水管网旧城区管材老化现象严重，敷设年代久远且年限跨度较大，地下管网新旧共存情况复杂，对城市的供水造成很大的安全隐患，本论文从城市管网供水水质及管道爆管两个方面着手研究讨论。管网水质污染是指经过净化处理已达到国家生活饮用水卫生标准的水，在向[4]用户输送的过程中所受到的各种污染。主要是由于外界污染物的进入、内部污染物和管材等因素造成的。其中，外界污染物的进入，又称为突发性水质污染，往往具有隐蔽性强、危害程度大等特点，通常是管道施工过程中的不规范操作和管道破漏所造成的外部污染物进入以及人为投放等。污染物或有毒物一旦进入管网，如不迅速加以有效控制，就会在水流转输作用下，急剧蔓延，从而导致大范围的水致疾病爆发，威胁人类生命。自从9·11恐怖袭击事件后，城市供水系统的安全性更是得到了各个国家的普遍重视，美国、日本等发达国家已经采取了一系列措施，以提高供水系统安全抗御能力，避免灾难性事故发生。近年来，我国供水管网的水质污染事故时有发生。据对全国184个城市的不[5]完全统计，2000年至2003年发生管网水质污染的总数达到了4324次，严重威胁到人民的正常生产和生活。管网水一旦受到污染，将会通过输水不断向外传播，其危害范围之广令人难以想象。1991年1月，拉丁美洲爆发霍乱，导致130万人[6]生病，1.2万人死亡，其直接原因就是致病菌进入供水管网进行传播。2006年株洲、湘潭地区由于饮用水源长期接纳附近工厂含镉废水，导致饮用水镉含量严重超标，对附近居民饮用水安全问题造成了严重影响，这一污染状况仍将存在很长[7]一段时间。株洲以及湘潭、长沙等湘江下游地区都将受此影响。2009年2月江[8]苏省盐城市城西水源遭酚类化合物污染，数十万市民饮水受到影响;5月28日，湖北省襄樊市南漳县自来水“泥水门”事件引发当地十万居民数日的饮水、用水困难，7月23日赤峰水污染事件导致新城区居民饮用自来水后出现发热、恶心、呕[9]吐、腹泻等症状，就医人数达到4000余人。今年2月份广西龙江河发生镉污染事件，镉浓度超标达80倍，这是自2011年云南曲靖重金属污染事故以来又一次[10]重大水污染事件。2 西安建筑科技大学硕士论文管道爆管现象是具有危害严重、影响范围大、突发性强等特点，是供水系统水量漏失的特殊情况，管道一旦发生爆管，不但会影响路面行车、造成区域性停水，还会需要损失一定时间去修复并产生大量费用，直接影响到了居民和用水单位的社会效益和经济效益。爆管事故的发生和管材质量是直接相关的，住建部在2002年至2003年间曾调查了数百个城市的供水管网，发现管网质量普遍低劣，不符合国家标准的灰口铸铁管占50.80%，普通水泥管占13%，镀锌管等占6%。这三类低质管网主要铺设于20世纪70年代至2000年之间。21世纪以后城镇新铺的管网虽然有了很大的改进，但以前已敷设管网的改造却并不多，灰口铸铁管等质量低劣的管网大多数现在仍在使用，这些管段主要分布在城市的老城区地段。近年来，我国城市供水管道的爆管事故频繁发生，其带来的各种直接或间接的损失更是惊人。根据全国184个城市的不完全统计，全国在2000年至2003年间因管网爆管造成的停水事件高达13.7万次，给居民生活和供水企业带来了巨大的损失。山东某水司的一根DN800mm的主管道在工程投产使用后两年多时间内先后爆管28次，影响了全市大部分地区的供水，造成了巨大的损失且影响极差；1987年天津市自来水公司敷设的一根主干管为DN1200mm灰口铸铁管，在一次爆管事故中所淹没田地的赔偿费用就高达30万元，之后又因为其多次爆管而不得不重新[11]改造为钢管；上海四平路的DN1500mm的灰口铸铁管，1977年投产使用后，先后在1982年、1985年、1986年连续发生特大爆管，附近大批工厂停产，共有[12]1643户居民进水受淹，造成的直接经济损失高达800万元；2003年8月16日，南京中华门内西干长巷地下一根DN1000mm的总干管突然发生爆裂，强大的水流冲塌4间居民住宅，造成6人受伤，同时造成该路段交通一度瘫痪；2008年12月，宝鸡市冯家山水库的输水管连续发生3次爆管，致使城区大面积停水，几十[13]万市民用水困难，在社会上造成了严重的影响。由此可见，管网的爆管与水质污染问题已严重威胁到了城市供水的安全性与可靠性，亟待解决。要切实减少管网爆管事故的发生，需要掌握先进的管网建模理论，准确模拟出实际的管网运行状况，有针对性地提出有效的检漏、检爆方法，并建立管网爆管的实时检测报警系统，对爆管事故进行智能化响应，以缩短事故反应时间，降低损失；而要控制管网的突发性水质污染，必须从探究水质在配水管网中的变化规律入手，实现对部分指标物质变化的动态模拟，同时，研究典型污染物在管网中的传播过程及其对指标物质所产生的影响，并可以在此基础上建立管网水质突发性污染事故预警系统，利用计算机对管网水质实施实时监控并制3 西安建筑科技大学硕士论文定污染应急预案，以保证用户的用水安全。1.1.2国内外研究现状1.1.2.1供水管网的发展自古以来，人们便择水而居，因为在人类的生产生活中水是必不可少的，中国人类文明便在黄河流域出现兴起，城市供水系统在中国的发展也有一百余年的历史，从出现到快速发展，城市供水系统在经济建设、社会进步以及人民日常生活中发挥着举足轻重的作用，是构成城市基础设施建设的一个关键部分，一个城市供水系统的好坏直接影响该城市的生产与生活活动。供水管网是供水系统中的[14]一个重要组成，对供水管网的投资通常会占到整个供水系统投资的70%左右。与我国相比，一些发达国家的供水系统建立时间相对较早，技术与规模相对成熟。据记载，美国的出现城市供水系统已有四百多年历史，我国的首个供水工程出现在清朝晚期1879年，到新中国成立之前，全国城市只建设了75个水厂及[15]相应的供水管网。新中国后，随着城市建设的飞速发展，城市的供水系统也进入了高速发展时期，与1990年相比，2010年城镇人口由3.02亿人增加到6.66亿人，增长120%；城镇化率由26.41%增加到49.7%；城市用水人口由1.56亿人增加到4.74亿人，增加2倍多；于此同时，城市用水普及率由48%增加到95%以上[16][17]，由此可见我国供水管网规模在不断加大，对人民日常生活的影响愈发明显。1.1.2.2供水管网水质风险的研究现状虽然最近这些年来，城市供水管网规模得到了扩大，相关技术也得到了一定提高，但是其水质的调查结果并不是很理想，游离Cl、NH3-N、Mn、Fe、有机物、[18],[19],[20]耗氧量、消毒副产物以及微生物等水质参数经常达不到国家标准。与此同时，配水管网好比一个规模巨大、结构复杂的系统，而以水质处理的眼光出发，又是一个庞大的管式反应装置。处理好后的饮用水在管道的输送过程中，会发生各种各样复杂的物理、化学以及生物反应，对水质造成了不同程度的影响。就目前情况来看，研究者发现导致用户水水质恶化的内在原因主要有以下两个方面：一是由现代化工业特别是合成化工工业所产生的化学物质经过人类的活动进入到了水体当中，对收纳水体的物理化学性质产生了影响，导致了水源的污[21],[22]染，从而引起了管网当中水质的污染，主要体现在NH3-N、消毒副产物等水质参数的提高；二是饮用水处理厂出水的稳定性较差，主要指生物和化学稳定性，并且水在输送的过程当中停留时间过长，所以在管网输送的过程当中由于水4 西安建筑科技大学硕士论文[23],[24],[25]自身性质及水与管道发生的物化作用等导致水质下降，主要体现在水的浊度、色度以及微生物生长等方面。在水的实际输送过程当中，各供水区域的末梢管道具有流速小、余氯量低等缺陷，且水中微生物易繁殖、悬浮物易沉淀，从而导致水质状况更加恶化。尤其是在供水区域大小改变的情况下，供水区域的变化主要包含以下两种，一种是供水区域得到了扩大，原末梢管道变为输送管道，管内流速得到了提高；另一种是供水区域得到了缩小，原末梢管道的水流流向发生了改变。但是无论是上述的哪种情况，均会导致管道底部的沉淀物和絮状物被冲起，使得水的浊度和微生物等指标增大，超出了规定的标准。除此之外，在地下水和地表水供水区域的交界处，由于水质营养的互补，会导致微生物的大量繁殖而腐蚀管道，增大了安全供水的[26]风险。1.1.2.3供水管网爆管风险的研究现状城市供水管道常因供水需要而穿越各种河流、铁路等，而在穿越各种障碍的时候,会受到不同因素的影响,其中包括自然的和人为的因素,自然因素包括:天气条件、各种荷载、管道的各种腐蚀;人为因素包括:水锤、管道的质量。各种管道都会有其变形极限，一旦上述自然和人为因素的影响超过其变形极限，管道将会[27]发生爆破。爆管事故会带来很大的经济损失，例如：给水设备的损坏、停止供水给工业和生活带来的损失、相关管段的水量和水压降低、管道漏水引起的淹没周围农业和工业设施。因此，针对以上情况，城市供水管理部门和科研单位以提高供水管网的安全运行、管理技术现代化和防灾技术水平为主要研究课题。[28],[29],[30]当前，针对给水管道爆裂事故，国内外主要从事故的现场分析、事[31][32],[33]故发生时阀门的优化关闭和事故发生时的工况分析及最佳调控3个方面进行研究。国内外城市供水管网爆管事故的研究现状，有关爆管事故3个领域的研究成果还尚未达到十分完善与实用化的程度，仍需要进行不断深入和扩展。国外一些较为成熟的理论与方法还不能适应我国供水管网的现状，因此，应进一步研究适合我国国情的、快速准确的爆管实时检测与定位、优化关阀及优化调度方法，并以此进行计算机集成管理系统的开发，为真正实现供水管网的安全、高效、高质、优化运行奠定基础。1.2研究内容本课题的研究对象是A市的城市管网供水系统，研究内容是对该市的供水分界5 西安建筑科技大学硕士论文线水质、管网爆管情况等指标给出合理及正确的评价，在发现问题的同时给出合理的措施或解决办法。研究方法为通过资料整理、实验研究以及现场调研。1.2.1A市供水系统概况A市位于西北地区黄河流域中部的关中盆地。东以零河和灞源山地为界；西以太白山地及青化黄土台塬为界，与眉县、太白县接壤；南至北秦岭主脊；北至渭河，东北跨渭河。辖境东西长约204公里，南北宽约116公里。面积9983平方公里，其中市区建成区面积415平方公里。截止到2010年A市常住人口846.78万。市区东有灞河、浐河，南有潏河、滈河，西有皂河、沣河，北有渭河、泾河，周边还有黑河、石川河、涝河、零河等较大河流。A市地下水储量总计约19.91亿立方米。如今黑河水库已经向A市区供水，年供水量有4亿立方米，平均每天向A市供水近110万立方米，此外已将石砭峪水库等另辟为备用水源基地。再加上A市地下水供水，市区日供水能力可达172万吨，可以基本满足A市的供水需求。A市城市供水系统经过60年的建设发展，已建成了一个大规模多水源供水系统，现有自来水水厂6座（周边区县不计在内），其中地下水水厂4座（二水厂到五水厂），地表水水厂2座（曲江水厂与南郊水厂），分别坐落在市区东、西、南、北3郊四个方向，通过环状管网向市区供水，生产能力达172万m/d，其中曲江水厂和南郊水厂供水量共占总供水量的80%，其余水厂共占20%。目前，A市供水系统管[34]网管道总长度约为1493千米，供水面积达330平方公里，服务人口约400万人。在A市已建成供水管网中，城市供水第一期工程共敷设（DN75~DN600）管道146.6km，第二期工程共敷设（DN100~DN1000）管道128.7km，1973年至今共敷设主管道（DN100~DN2000）1279.4km。管道材质主要包括灰口铸铁管、钢管、混凝土管、UPVC管、PE管和玻璃钢管等。1.2.2主要研究内容（1）供水管网水质风险评价本论文风险评价的主体是A市的供水分界线上及其附近的水质，主要采用供水分界线附近现场取水检测及实验研究的方法，以水力模拟分界线为参照，选取水力模拟供水分界线附近一系列的点作为现场检测点，通过对检测点电导率、硬度等水质指标的检测，确定实际供水分界线。选择供水分界线上的水质风险点，并对风险点水质进行连续数月的检测，对其浊度、余氯、铁、锰等管网水质易出现风险的指标进行风险评价，再根据具体检测结果分析其变化规律，分析造成水质6 西安建筑科技大学硕士论文指标不稳定的原因。从而能够很好的完善A市管网水质风险评价体系，切实提高供水管网水质的安全可靠性。（2）供水管网爆管风险评价利用A市2010年的爆管记录资料，对其进行不同方面的整理、归类与分析，，并对A市东郊的爆管情况进行现场调研，结合资料分析的结果，以全面了解当前A市管网中存在的爆管风险因素，从而为整体风险评价及其应对措施的提出奠定基础。7 西安建筑科技大学硕士论文2A市供水管网水质风险评价2.1供水管网存在的水质风险2.1.1余氯余氯是指水中加氯消毒，经常一段时间接触后，水中所余留的有效氯的含量。余氯消毒所使用的消毒剂有液氯、次氯酸钠、漂白粉等。由于氯消毒具有消毒效果良好、成本较低、且容易使用操作等优点而被许多国家在饮用水处理中普遍使[35]用。在供水系统中，水厂需要通过投加合理的氯量，这样既能保证余氯能杀死微生物或抑制微生物活动的效果，又能使得管网中保持国标中要求的最低余氯浓度。通常将加氯量分为两部分，即需氯量和余氯量。需氯量是指灭活水中微生物、氧化有机物和无机物等反应所消耗的氯的量；余氯量是指为了抑制水中残余病原微[36]生物的再度繁殖而维持的管网中少量剩余氯的量。投氯量过多，既会使水中出现“漂白粉味道”，同时也增加了水中三氯甲烷、氯仿（DBPS）等消毒副产物的含量，有致癌、致突变的风险；而投氯量过少不能[37]保证管网末梢的余氯量，增加了二次污染的风险。因此，保证管网饮用水中一定浓度的余氯是保证管网水质达标的一个必要条件。2.1.2浊度浊度是指水中悬浮物质在光线透过时所能产生的阻碍程度，一般情况下是由水体中的粉砂、泥土、胶体物质、无机物、微细有机物及浮游生物等悬浮物和胶体引起的，与悬浮物的大小、形状、含量以及折射系数有关。水的浊度是对饮用水水质质量进行评价所需用的重要指标之一。水体中的一些污染物原本就是微粒絮体或者是吸附到微粒上。当水的浊度增高，肉眼可见时会直接影响水体的感观性状，而且会增加水中病毒、细菌等致病微生物存在的潜在风险。一般情形下病毒经过传统工艺处理时很难灭杀的，但是当水体浊度小于[38]0.5NTU时病毒就很难在水中存在，这样就可以被消灭，因此美国在内的一些发达国家已经将浊度纳入到了微生物学指标范畴。浊度的高低通常并不能说明水质的污染程度，但是却可以有效地表征水质的[39]恶化趋势，是我国水质检测的日常检测指标之一。同时，研究表明浊度变化符8 西安建筑科技大学硕士论文合一级增长反应，其表达式为：ktCt=C0e式中C0——t=0时的浊度，NTU；Ct——t时刻的浊度，NTU；k——浊度增长速度常数，1/s。由此可见，在其他条件不变的情况下，浊度会随着水力流行时间的增长而变大。也就是说，管网内水力停留时间越长，饮用水中浊度升高的风险也就越大。2.1.3铁、锰铁、锰在自然界中广泛存在，主要以化合态存在。铁、锰在水体中的以溶解态形式存在，铁通常以二价和三价的形式存在，锰通常以二价和四价的形式存在。铁、锰是人体必需的微量元素，但过量同样会对人体造成损害。常年饮用含铁较[40]高的水会引发各种疾病，因此长期饮用铁、锰超标的水是危害很大的。此外，水中过量的铁、锰会对工业生产产生带来极大危害。在供水管网中，水中含有高含量的铁、锰会有更多的铁、锰沉淀物附着与管壁上，不仅会引起细菌繁殖，而且可能会阻塞管道，甚至加速金属管道的腐蚀，穿孔。此外附着在管壁上的铁、锰沉淀物在管道中流速或流向发生变化时，可能会使沉淀物脱落下来，使得管网末端出现黑水，黄水等水质恶化现象。A市的老城区的管道有相当一部分敷设于上世纪六七十年代甚至更早，有近60%的管道埋设时间超过了30年，因此管壁锈垢现象较为严重。2.1.4铝铝在自然界广泛存在，是含量第三的金属元素。人体摄入过量的铝会造成愚钝、痴呆甚至脑神经衰退等疾病，因此控制饮用水的铝是非常必要的。目前饮用水中铝的来源主要是水处理工艺中使用的铝混凝剂以及水体中天然存在的化合态铝。A市水厂目前使用的混凝剂主要是聚合氯化铝铁，研究表明，铝混凝剂在水厂[41]出水中大约有仍有11%仍然残留自来水中。在管网系统中，铝可能会产生絮凝体附着于管壁上，从来降低管网输水能力甚至阻塞管道，超标的铝对人体日常生活产生危害。2.1.5硬度水的硬度是指溶解在水中的盐类物质的含量即钙盐与镁盐含量的多少，它是9 西安建筑科技大学硕士论文表示水质的一个重要指标。高硬度的水给居民的生活及工业生产造成很大的影响。硬度高的水会影响人们对水的口感，甚至会对人体健康产生影响，而锅炉用水、纺织印染用水都对水的硬度有特别要求。因此对水体的硬度检测，一直受到国内[42]外研究者的高度关注。2.2实验器材及检测方法2.2.1实验器材的选用及方法表2.1检测指标所使用的实验器材及药剂检测指标实验器材使用药剂实验方法电导率（μS/cm）便携式电导率仪无HQ14D浊度（NTU）便携式浊度仪2100Q无余氯（mg/L）便携式余氯仪PCII余氯试剂硬度(mg/L)酸式滴定管铬黑T、EDTA等EDTA络合滴定法铁(mg/L)原子吸收分光光度计无火焰原子吸收法锰(mg/L)原子吸收分光光度计无火焰原子吸收法铝(mg/L)ICP-MS无火焰原子吸收法温度(℃)温度计无电感耦合分光光度法PH国产PH计无电导率、浊度、余氯以及温度为现场检测，检测地点位于A市管网末梢的供水点，在检测前现将末梢水放掉，一到两分钟后取出水样开始检测。实验室检测项目有硬度、铁、锰、铝以及PH值，水样取回后，需在检测铁、锰、铝前将水样酸化冷藏处理。2.3供水分界线及其漂移带上水质风险点的确定2.3.1确定供水分界线的意义A市供水系统为地下水、地表水相结合的多水源供水系统，建设历史长，随着水厂及管网的建设和运行状况不断变化，各水厂供水区域交汇处的管道输配水功能也随之发生变化，就可能影响供水分界处及其周围的供水水质。各供水区域边界上的管道相当于该供水区域的末梢管道，具有流速低、余氯浓度低的特点，10 西安建筑科技大学硕士论文便于水中悬浮物的沉淀、微生物絮团及生物膜的生长。当水厂的供水区域发生变化时，会出现两种情况，一种是供水区域变大，原区域的末梢管成为输水管，管内流速增加；另一种是供水区域减小，原区域的末梢管内水流方向发生改变。无论是流速增大还是水流改向，都有可能将底部的沉淀物、生物絮团及生物膜冲起，使之进入用户的用水点，管道内水流的微生物及浊度等指标的升高，有超标的可能。此外，在地下水厂和地表水厂供水区域交界处的管道内还存在因营养互补而[43]加剧腐蚀和微生物生长的可能，更增加了安全供水的风险。供水分界线上的水质风险评价是管网水质风险评价的重要组成部分。因此对供水分界线及其漂移带的确定十分必要，并以供水分界线及周围水质为研究目标，对其浊度、余氯、铁、锰等管网水质易出现风险的指标进行风险评价，能够很好的完善A市管网水质风险评价体系，切实提高供水管网水质的安全可靠性。2.3.2管网水力模拟供水分界线A市系统为多水源供水，第一、二、三、四、五水厂为地下水厂，曲江水厂和南郊水厂为黑河水源供水的地表水厂。二水厂位于东郊，向东郊纺织城等部分区域供水；三水厂位于西郊皂河附近，向西郊部分区域供水；五水厂位于大兴路北，向西北郊与供水；四水厂位于朱宏路凤城三路，向北郊区域供水；曲江水厂与南郊水厂位于A市南郊，向A市区大部分区域供水，供水量占总量的80%以上。水质风险点多存在于地下水厂和地表水厂供水区域交界处的管道内，因此本文研究目标为二、三、四、五4个地下水厂与曲江水厂、南郊水厂之间的供水分界线。通过管网水力模拟得到的供水分界线如图2.1所示：11 西安建筑科技大学硕士论文图2.1水力模拟得到的管网供水分界线（图中红点和黄点是为确定划分实际供水分界线而选取的取水测点。）2.3.3实际供水分界线的确定图2.1中的黑线为通过管网水力模拟而得到的供水分界线，为确定实际供水分界线，以水力模拟分界线为参照，选取水力模拟供水分界线附近一系列地点作为现场检测点，由于要确认的实际供水分界线为地下水为水源水厂（二、三、四、五水厂）和地表水为水源水厂（曲江水厂、南郊水厂）之间的供水分界线，而地下水和地表水在电导率、硬度以及硫酸盐浓度上有显著差异，因此可以通过对饮用水中电导率，硬度，和硫酸盐的检测来确定实际供水分界线的位置。取水位置如下：1三水厂与曲江水厂供水分界线取水位置：红光路、沣镐路2曲江水厂与三、五水厂供水分界线取水位置：枣园路、汉城北路3五水厂与曲江水厂供水分界线取水位置：大兴路、星火路、12 西安建筑科技大学硕士论文红庙坡路4曲江水厂与四、五水厂供水分界线取水位置：北二环、朱宏路5曲江水厂、南郊水厂与四水厂供水分界线取水位置：凤城三路、未央路6曲江水厂与南郊水厂供水分界线取水位置：自强西路、自强东路7二水厂与南郊水厂供水分界线取水位置：万寿路、长乐路表2.2供水分界线取水位置编号位置编号位置1玉祥门16红光路汉城路口2大观园17红光路热电厂3大兴东路18昆明路三环桥4朱宏路鸵鸟王大厦19丰镐西路医学院附属医院5红庙坡路20自强西路星火路口6朱宏路59号21自强西路北关正街口7凤城三路医院22自强东路8凤城三路北花家园23长缨东路9未央路凤城二路24北二环北辰大道10未央路北二环25长乐东路纺北路11大庆路西开公司26纺北路收费站12枣园东路大庆路口27长乐路幸福路口13汉城北路铁一集团28万寿路韩森寨14枣园西路29幸福南路15团结西路交警支队30建工路在上述7条供水分界线上选取30个测点，见表2.2。其中1-4点、11-13点位于五水厂与曲江水厂供水分界线附近；5、6点位于四水厂、五水厂与曲江水厂供水分界线附近；7-10、24点位于四水厂与曲江水厂供水分界线附近；14、15点位于五水厂与四水厂供水分界线附近；16-19点位于3水厂与曲江水厂供水分界线附近；20-22点位于曲江水厂与南郊水厂供水分界线附近；23、25-30点位于二水厂与南郊水厂供水分界线附近。由资料可知，地下水为水源水厂（二、三、四、五水厂）的电导率大于500μS/cm（四水厂电导率在400μS/cm以上），地表水为水源水厂（曲江水厂、南郊水厂）的电导率小于200μS/cm，因此供水分界线上的两种水源混合供水的电导率应该处于200-500μS/cm之间（四水厂与曲江水厂的供水分界线上电导率处于13 西安建筑科技大学硕士论文200μS/cm-400μS/cm之间）。地下水为水源水厂（二、三、四、五水厂）的硬度在200mg/L以上（四水厂供水硬度在150mg/L以上），地表水为水源水厂（曲江水厂、南郊水厂）的硬度在90mg/L以下，因此供水分界线上的两种水源混合供水的硬度应该处于90mg/L-200mg/L之间（四水厂与曲江水厂的供水分界线上硬度处于90mg/L-150mg/L之间）。表2.3各测点电导率检测结果测点检测最大值检测最小值测点名称检测总次数编号（μS/cm）(μS/cm)1玉祥门11356144.12大观园53532373大兴东路55964234朱宏路鸵鸟王大厦52832065朱宏路59号10379144.56红庙坡路52471817大庆路西开公司56684878枣园东路大庆路口116861399汉城北路铁一集团1175542810枣园西路881914611团结西路交警莲湖大队564542112红光路汉城路口11488147.513红光路热电厂550323714昆明路三环桥1035014715丰镐西路医学院附属医院522718316凤城三路医院1145224917凤城三路北花家园539629718未央路凤城二路538324919未央路北二环535822320自强西路星火路口11397147.521自强西路北关正街口527219322自强东路铁路联防支队520218323北二环北辰大道624015724长缨东路529622125长乐东路纺北路956333426纺北路收费站555733427长乐路幸福路口1154615128万寿路韩森寨1127914429幸福南路7181149.530建工路758415314 西安建筑科技大学硕士论文表2.4各测点硬度检测结果测点检测最大值检测最小值测点名称检测总次数编号（mg/L）(mg/L)1昆明路汉城路口5100.8981.972昆明路三环桥边10248.0277.773红光路汉城路口11100.8981.974汉城北路铁一集团11330210.195枣园西路11290.688.286枣园路大庆路口11258.5377.777玉祥门1196.6979.878自强西路11151.3479.879朱宏路59号10182.8684.0810凤城三路医院11187.07107.2011北二环北辰大道8124.0194.5912长乐东路纺北路11283.76163.9513长乐路幸福路口11298.4786.1814万寿路韩森寨11172.3684.0815幸福南路11117.7186.1816建工路9338.486.18由表2.3和表2.4可以看出，大部分测点的电导率都多次出现200μS/cm-500μS/cm之间的数值，硬度多次出现90mg/L-200mg/L之间的数值。由此初步判断以上大部分测点处于供水分界线上。9008.158008.228.307009.36009.8）9.15500S/cm9.20μ（4009.28EC10.530010.1520010.28100EC=200EC=5000123456789101112131415测点位置图2.5三水厂、五水厂与曲江水厂供水分界线上电导率检测结果15 西安建筑科技大学硕士论文由图2.5可以看出，3、7、9、11测点电导率基本在500μS/cm以上，1、6、14、15电导率基本在200μS/cm以下。其余各测点电导率大都处于200-500μS/cm之间。结合测点位置可以发现：7、11测点大部分时段由三水水厂供水，少时候由三水厂和曲江水厂联合供水；3、9测点大部分时段由五水水厂单独供水，少时候由五水厂和曲江水厂联合供水；1、5测点大部分时段由曲江水厂单独供水，少时候由五水厂和曲江水厂联合供水。14、15测点大部分时段由曲江水厂单独供水，少时候由三水厂和曲江水厂联合供水。其他测点大部分由地下水厂和地表水厂联合供水。5008.154508.224008.309.33509.8）3009.15S/cm2509.20μ（9.28200EC10.515010.1510010.28EC=20050EC=40001617181920212223取水位置图2.6四水厂与曲江水厂供水分界线上电导率检测结果由图2.6可以看出，22测点电导率基本在200μS/cm以下，16测点部分时段处于400μS/cm以上。其余测点电导率大都处于200-400μS/cm之间。由此可以判断出：16测点部分时段由四水厂单独供水，其余时段由四水厂和曲江水厂联合供水；22测点基本由曲江水厂单独供水；23测点部分时间曲江水厂单独供水，其余时段由四水厂和曲江水厂联合供水；其他测点其他测点大部分由四水厂和曲江水厂联合供水。16 西安建筑科技大学硕士论文8.157008.228.306009.35009.8）9.154009.20S/cmμ9.28（30010.5EC20010.1510.28100EC=200EC=500024252627282930取水位置图2.7二水厂与南郊水厂供水分界线上电导率检测结果由图2.7可以看出，29测点电导率在200μS/cm以下，27、29测点部分时段电导率在200μS/cm以下，其余测点电导率大部分处于200-500μS/cm之间。由此可以判断得出：25、26测点部分时段由二水厂单独供水，其余时段由二水厂和南郊水厂联合供水；27、28测点部分时段由南郊水厂单独供水，其余时段由二水厂和南郊水厂联合供水；29测点由南郊水厂单独供水；其余测点由二水厂和南郊水厂联合供水。400.008.15350.008.228.30300.009.39.8250.00）9.15mg/L200.009.209.28硬度（150.0010.510.15100.0010.2890mg/L50.00200mg/L0.0012345678910111213141516取水位置1.昆明路汉城路口2.红光路汉城路口3.昆明路三环桥边4.汉城北路铁一集团5.枣园西路6.枣园路大庆路7.玉祥门8.自强西路9.朱宏路59号10.凤城三路医院11.长乐东路纺北路12.长乐路幸福路口13.万寿路韩森寨14幸福南路15.建工路16.北二环北辰大道图2.8各测点硬度变化趋势图17 西安建筑科技大学硕士论文由图2.8可以看出，1、7、14测点硬度大多低于90mg/L;4、12测点硬度大多高于200mg/L。其余测点均处于90mg/L-200mg/L，属于多水源供水的混合水质。混合水质中，测点3、7、14、16偏于地表水供水水质；测点5.、10、11偏于地下水质。上述结论与电导率分析得出的结论基本一致。从测点中选取红光路汉城路测点和自强西路测点进行分析，见图2.9——图2.10。电导率（μS/cm）600硬度（mg/L）50040030020010001234567891011取水次数500y=1.7852x+36.464）400R2=0.8306S/cm300μ200100电导率（0050100150200250硬度（mg/L）图2.9红光路汉城路测点电导率与硬度值趋势图500电导率（μS/cm）400硬度（mg/L）30020010001234567891011取水次数18 西安建筑科技大学硕士论文600y=2.1822x-34.762500R2=0.8815）400S/cmμ300200电导率（1000050100150200250300硬度（mg/L）图2.10自强西路测点电导率与硬度值趋势图由图2.9、图2.10可以看出，以上两个测点的电导率和硬度变化趋势一致，通过检测，各测点的电导率和硬度的线性相关性都在60%以上，说明管网水中电导率和硬度有很好的线性相关性。因此通过对管网水质中的电导率和硬度的检测，均能对供水分界线的划分提供依据。2.3.4结论由对电导率和硬度的检测，初步确定了地下水源水厂和地表水源水厂之间的供水分界线：（1）汉城南路、昆明路为三水厂与曲江水厂的供水分界线，供水分界线向汉城南路以西、昆明路以北方向漂移。（2）北二环、北辰大道为四水厂与曲江水厂、南郊水厂的供水分界线，供水分界线向北二环以北方向，北辰大道以西漂移。（3）朱宏路、星火路、大庆路、枣园东路为五水厂与曲江水厂的供水分界线，供水分界线向朱宏路以西、星火路以西、大庆路以北、枣园西路以南漂移。（4）长乐路、纺北路、幸福路、咸宁东路、建工路为二水厂与南郊水厂的供水分界线。供水分界线向长乐路以北、纺北路以北、咸宁东路以南、建工路以东漂移。19 西安建筑科技大学硕士论文图2.11水质检测确认的供水分界线及其漂移带通过水质检测确认的供水分界线图2.11和管网水力模拟得到的供水分界线图2.1比较可以发现：（1）两者的对供水分界线的划分大致相同，可以互相验证其正确性。（2）通过水质检测得到的五水厂的供水范围比水力模拟的供水范围大，实际供水实际供水分界线供水分界线较水力模拟得出的结果向东、南方向偏移。（3）通过水质检测得到的四水厂的供水范围比水力模拟的供水范围大，实际供水分界线供水分界线较水力模拟得出的结果向东、南方向偏移。2.4余氯的风险评价2.4.1余氯的检测结果国家水质标准规定，管网末梢余氯浓度不得低于0.05mg/L。根据实验所得，分析选取的管网供水分界线上17个水质测点的余氯合格率和余氯平均值见表2.12与图2.13。20 西安建筑科技大学硕士论文表2.12各测点余氯值检测结果测点检测总不达标检测最大值检测最小达标率测点名称编号次数次数（mg/L）值(mg/L)（%）1昆明路汉城路口510.260.1802昆明路三环桥边1040.120.01603红光路汉城路口1110.230.0490.94汉城北路铁一集团1170.090.0136.45枣园西路1130.320.0172.76枣园路大庆路口1100.30.121007玉祥门1140.160.0163.68自强西路1100.40.221009朱宏路59号1020.210.038010凤城三路医院1100.670.1610011太华路凤城三路口10100.040.01012北二环北辰大道830.410.0362.513长乐东路纺北路1170.090.0136.414长乐路幸福路口1100.490.1310015万寿路韩森寨1100.510.1210016幸福南路1130.380.0172.717建工路940.260.0155.6由表2.12可以看出，在检测期间，17个测点中出现过余氯不达标现象的测点有11个。17个测点中余氯量达标率在80%以下的测点有9个，有3个测点余氯量达标率低于50%。其中太华路凤城三路的余氯量长期不达标，汉城北路与长乐东路纺北路的余氯量达标率仅为36.7%。由图2.13可以看出，测点4、11、12的余氯平均值低于国家标准0.05mg/L，测点3、7余氯平均值为0.07mg/L略高于标准。各水厂供水分界线上均出现余氯不达标点，测点6、8、10、14、15余氯完全达标点虽然位于供水分界线上或其附近，但其中凤城三路，长乐路幸福路，万寿路韩森寨三个测点长期为单一水源供水，水质良好。由上述可知，管网供水分界线上余氯不达标现象较为严重，存在余氯值偏低的风险。21 西安建筑科技大学硕士论文0.350.30）0.25mg/L0.200.150.10余氯平均值（0.050.001234567891011121314151617测点编号1.昆明路汉城路口2.红光路汉城路口3.昆明路三环桥边4.汉城北路铁一集团5.枣园西路6.枣园路大庆路7.玉祥门8.自强西路9.朱宏路59号10.凤城三路医院11.太华路凤城三路口12.长乐东路纺北路13.长乐路幸福路口14.万寿路韩森寨15.幸福南路16.建工路17.北二环北辰大道图2.13供水分界线上各测点余氯平均值2.4.2余氯值偏低的原因2.4.2.1主体水余氯衰减关于余氯衰减的研究方法很多，国内外也有很多关于主体水余氯衰减模型的研究成果，1978年贾森提出的一级反应动力学模型形式简单，应用最为广泛：(-Kt)Clt=Cl0exp其中Clt为t时刻氯的浓度；Cl0为余氯初始浓度；t为时间，K为一级反应速率常数。由余氯衰减模型可以看出余氯的衰减与余氯初始浓度，水力停留时间，一级反应速率常数K有关。因此主体水余氯的衰减从以上三方面分析：（1）余氯初始浓度显而易见，初始氯质量浓度越高，衰减速率就越低，管网末梢的余氯就会越高，但过量的氯会产生更多的三氯甲烷等消毒副产物，超过一定量的余氯，本身也会对人体产生危害，而且会带有难闻的气味。提高初始氯浓度还有导致饮用水成本的上升。因此要根据实际情况适当选取加氯量。（2）水力停留时间水力停留时间与水体余氯呈负相关性。由于供水分界线上的管网水处于多水源供水的末端，水力停留时间长，直接会导致分界线上管网水余氯浓度不足。水力停留时间长是供水分界线上管网水质余氯值偏低的主要原因。22 西安建筑科技大学硕士论文（3）反应速率常数（余氯衰减系数）反应速率常数的大小与初始氯浓度、流速、温度、管径等因素有关。初始氯浓度越大，流速越低，PH值越大，温度越低，管径越大则反应速率常数越小，余氯衰减越慢。图2.14是供水分界线管网水余氯与温度的关系，可以看出温度与余氯呈负相关性，负相关系数为-0.81，A市管网水平均温度约为19℃，冬季平均温度约为11℃。当温度从10℃上升到20℃，余氯衰减速率由0.01563上升到0.02218。由实验数据看出，8月份余氯平均值为0.09mg/L,11月份余氯平均值为0.22mg/L，余氯上升明显。250.25R=-0.81温度余氯200.20150.15温度（℃）100.10余氯（mg/L）50.0500.001234567891011取水次数图2.14水体中余氯与温度的关系2.4.2.2管壁处余氯衰减管壁造成的余氯衰减是管网水中余氯与管壁上附着的生物膜、结垢以及管壁[44]本身的反应造成的，有实验表明，以不同的管材材质为容器，其水中余氯的衰减速率也不同，一定温度下，余氯衰减系数由大到小排列为：K混凝土＞K塑料＞K铸铁＞K不锈钢＞K陶瓷。一次选择适当的管材，能在一定程度上抑制水中余氯的衰减。2.4.2.3余氯与浊度的关系浊度是水体中的泥沙、粉砂、无机物、微细有机物及浮游生物等悬浮物和胶体引起的，水体中悬浮物与胶体的存在都是消耗余氯的原因。图2.15是供水分界线上管道水中的余氯与浊度的关系，由图可以看出余氯与浊度呈负相关性，即水中浊度越小，余氯衰减也越慢。因此提高出厂水质，降低出水浊度可以有效地降低余氯衰减系数，从而提高水中余氯浓度。23 西安建筑科技大学硕士论文0.700.25浊度0.60余氯0.200.50））0.150.40NYUmg/L0.300.10浊度（余氯（0.200.050.100.000.0012345678取水次数图2.15水体中余氯与浊度的关系2.4.3供水分界线上余氯偏低的原因分析供水分界线上余氯的偏低的原因主要是由于分界线上是不同水质的交汇处，水质的不同会出现营养互补和生物化学反应等现象，这些现象会导致分界线上管网水余氯的降低，此外供水分界线多处于供水网管末梢，水力停留时间长也是分界线上管网水余氯偏低的重要原因。（1）昆明路三环桥边该点位于三水厂与曲江水厂供水分界线附近，主要由曲江水厂供水，距供水水源较远，水力停留时间长，是该点余氯值偏低的主要原因，该点余氯不达标现象多出现在夏季，温度也是其余氯值偏低的原因之一。（2）汉城北路铁一集团该点位于曲江水厂与五水厂供水分界线附近，主要由五水厂供水，在检测过程中经常出现水体发白，管网水压力过大的现象，流速较大是其余氯衰减较快的原因之一，温度和浊度也是使其余氯偏低的部分原因。（3）太华路凤城三路口，北二环北辰大道这两个测点都位于四水厂和曲江水厂分界线附近，处于管网末端，水力停留时间长是其余氯偏低的主要原因。（4）长乐路纺北路，建工路长乐路纺北路位于二水厂与南郊水厂供水分界线附近，在纺织城边缘且与南郊水厂较远，属于供水管网末梢，水力停留时间长是其余氯偏低的原因之一。此外附近管道大部分属于上世纪六十年代埋设管道，使用年限长，管道老化现象严24 西安建筑科技大学硕士论文重，管内沉积物较多，浊度偏高使其余氯偏低的部分原因。建工路位于二水厂与南郊水厂供水分界线附近，主要为南郊水厂供水，较长的水力停留时间和温度等因素是其余氯出现偏低的原因。2.4.4余氯风险控制措施余氯是管网水质风险控制的重要目标。提高供水分界线以及管网末梢的余氯浓度是解决管网水质问题的主要任务。根据A市供水的特点，提高管网余氯浓度可以采取以下几个措施：（1）夏季适当增加初始余氯浓度夏季A的温度较高，管网水温度一般在20℃左右，处于管网末梢水力里停留时间长的管网水温度会更高。因此增加初始余氯浓度可以降低余氯衰减速率，从而提高管网水中余氯浓度，但增加初始余氯浓度会提高出水成本，同时增加了消毒副产物三卤甲烷的产生，同时过多增加初始余氯浓度也会使引进出水点的用户水质出现刺激性气味，影响饮用。目前A各水厂的初始余氯量在0.5mg/L左右，要适当增加初始余氯浓度需要精确计算，以免出现上述问题。（2）适当增加二次加氯点适当增加二次加氯点可以有效解决管网供水分界线和管网末梢的余氯偏低问题，同时由实验可以发现，管网水中的余氯平均值较高，11月份检测余氯平均浓度为0.22，远大于国家标准0.05mg/L，因此适当增加二次加氯点不仅可以解决夏季出现的分界线上余氯值偏低的问题，而且可以减少水厂出水的投氯量，降低运行成本。减少水厂出水投氯量可以降低管网的余氯平均浓度，从而减少了三卤甲烷等消毒副产物的产生。二次加氯点一般设在供水分界线等余氯偏低的位置，加氯点数目与加氯量存在经济取值区间。区间内，加氯量随加氯点数的增加而降低。（3）建立多水源供水余氯优化调度模型建立多水源供水管网余氯质量浓度优化调度模型，在满足管网各节点余氯质量浓度要求的前提下优化的各水厂出水的余氯质量浓度，既能控制管网中余氯偏[45]低的问题，又能在一定限度内降低制水成本。2.4浊度的风险评价2.5.1浊度的检测结果25 西安建筑科技大学硕士论文国家水质标准规定，管网水中浊度不得超过1NTU。根据实验所得，分析选取的管网供水分界线上17个水质测点的浊度见表2.16与图2.17。表2.16各测点浊度检测结果测点检测总不达标检测最大值达标率测点名称编号次数次数（NTU）（%）1昆明路汉城路口500.741002昆明路三环桥边1000.971003红光路汉城路口1121.2281.84汉城北路铁一集团1134.4772.75枣园西路1121.5181.86枣园路大庆路口1100.601007玉祥门1131.7572.78自强西路1121.2381.89朱宏路59号1000.8110010凤城三路医院1111.0490.911太华路凤城三路口1011.189012北二环北辰大道800.6410013长乐东路纺北路1141.1463.614长乐路幸福路口1100.5310015万寿路韩森寨1121.6681.816幸福南路1134.4972.717建工路923.7977.8由表2.16可以看出，在检测期间，出现过浊度超标现象的点有11个，达标率在80%以下的点有5个，其中13测点的浊度达标率为63.3%。4测点浊度检测最大值为4.47NTU，16测点的浊度检测最大值为4.49NTU，17测点的浊度检测最大值为3.79NTU，均高出标准（1NTU）3倍以上。整体浊度达标率为86.33%。各水厂供水分界线上均出现浊度不达标点，其中二水厂与南郊水厂供水分界线上5个测点有4个测点出现浊度不达标现象。由上述可知，供水分界线上部分管网测点浊度有超标现象，个别测点浊度超标严重，存在浊度超标的风险。26 西安建筑科技大学硕士论文5.004.50测点34.00测点43.50测点5）3.00测点7NTU2.50测点82.00测点10浊度（1.50测点111.00测点130.50测点150.00测点1608162432404856647280测点17检测时间（d）3红光路汉城路口4汉城北路铁一集团5枣园西路7玉祥门8自强西路10凤城三路医院11太华路凤城三路口13长乐东路纺北路15万寿路韩森寨16幸福南路17建工路图2.17浊度超标测点变化趋势图5.00汉城北路铁一集团长乐东路纺北路幸福南路4.504.003.50）3.00NTU2.502.00浊度（1.501.000.500.0008162432404856647280取水时间（d）图2.18汉城北路等3测点浊度变化趋势图对11个浊度出现过超标的测点进行分析，见图2.17。水质浊度超标与时间和位置的变化不存在明显的关系，在检测时间为40天（即9月中旬）左右时，出现多个测点浊度偏高现象，浊度超标的有4个，且3个集中在二水厂和曲江水厂供水分界线附近。由此看出浊度超标有群发性特点。由图2.18可以看出，幸福南路出现过3次超标，浊度分别为2.28、4.49、1.99，且连续分布在第5，6，7次取水时，说明该测点在一段时期内存在浊度超标的现象。长乐路幸福北路出现过4次超标，超标间歇发生在不同时间段，且都为略微出现超标。汉城北路测点出现过27 西安建筑科技大学硕士论文3次超标，浊度分别为1.09、4.47、1.75，该测点的管道压力长期偏高，水质发白（气泡过多），需静沉一段时间水质才清澈。2.5.2浊度超标的原因分析（1）测点位于供水分界线上或其附近，供水分界线上管道处于不同水质水流状态下，混合水源供水经常发生，因此会出现水质营养互补现象以及生物化学反应现象，管壁更易于被腐蚀，形成生物膜及沉积物，在管网压力和各水源供水范围发生改变的时候，供水分界线出现漂移，水流方向和流速随之发生变化，附着在管壁上的沉积物和生物膜被冲起，导致管道内水浊度的升高。（2）供水分界线附近管道位于水厂供水边界处，属于管网的末端，水力停留时间长，在水流输送过程中，可能会出现二次污染，从而导致浊度的升高。（3）管道的材质以及老化现象也是管网水中浊度升高的重要原因。2.5.3浊度风险控制措施水的浊度是对饮用水质量进行评价所用的一项主要指标。当水的浊度增高时，不仅影响感观性状，而且意味着水中有存在细菌和病毒的潜在危险性。病毒一般很难杀死，但当水中浊度低于0.5NTU时，病毒也会得到去除。降低饮用水浊度，可以相应降低水中的微生物、铁、锰等多项指标。降低水中浊度，可以采取以下措施：（1）加强供水管网管理，尤其加强对供水分界线附近及管网末梢的在线监测，必要时要对管道进行冲洗，放水。（2）目前A市给水管道相当一部分仍为灰口铸铁管，敷设时间久，管道老化现象严重，由此引发的浊度超标现象频繁。因此选用优质管材十分必要。在管网改造和管网扩建过程中尽量采用球墨铸铁管或钢管等优质管材。2.6铁、锰含量的风险评价2.6.1铁含量检测结果国家水质标准规定饮用水中铁含量不得超过0.3mg/L，根据实验所得，分析选取的管网供水分界线上17个水质测点的铁含量，见表2.19与图2.20、图2.21。28 西安建筑科技大学硕士论文表2.19各测点铁含量检测结果测点检测总不达标检测最大检测最小值达标率测点名称编号次数次数值（mg/L）(mg/L)（%）1昆明路汉城路口500.26510.15161002昆明路三环桥边1000.20930.18981003红光路汉城路口1110.36450.140690.94汉城北路铁一集团1110.30910.136090.95枣园西路1100.20040.12121006枣园路大庆路口1100.19210.12081007玉祥门1100.24690.16551008自强西路1100.17290.13331009朱宏路59号1010.51690.12559010凤城三路医院1100.17950.133510011太华路凤城三路口1000.27230.136910012北二环北辰大道800.15110.128710013长乐东路纺北路1120.36080.126181.814长乐路幸福路口1100.19670.139710015万寿路韩森寨1110.32030.143190.916幸福南路1110.32310.140790.917建工路900.26220.1502100由表2.19可以看出，出现过铁含量超标的测点有6个，占所有测点的35%。其中3,4,9,15,16测点超标一次，13测点超标2次，测点9朱宏路59号检测铁含量最高值为0.5169mg/L。各测点铁含量达标率均在80%以上。由图2.20可以看出，铁含量平均值最高为0.1835mg/L，均小于国家标准0.3mg/L。由图2.21可以看出管网水铁含量在检测期间的变化趋势，各监测点水中铁含量变化趋势基本一致。29 西安建筑科技大学硕士论文0.20.180.16）0.14mg/L0.120.10.080.06铁含量平均值（0.040.0201234567891011121314151617测点编号图2.20供水分界线上各测点铁含量平均值编号1编号20.6编号3编号40.5编号5编号60.4）编号7mg/L编号80.3编号9编号10铁含量（0.2编号11编号120.1编号13编号140编号15123456789编号16检测次数编号17图2.21供水分界线上铁变化趋势图1.昆明路汉城路口2.红光路汉城路口3.昆明路三环桥边4.汉城北路铁一集团5.枣园西路6.枣园路大庆路7.玉祥门8.自强西路9.朱宏路59号10.凤城三路医院11.太华路凤城三路口12.长乐东路纺北路13.长乐路幸福路口14.万寿路韩森寨15.幸福南路16.建工路17.北二环北辰大道30 西安建筑科技大学硕士论文2.6.2锰含量检测结果国家水质标准规定饮用水中锰含量不得超过0.1mg/L，根据实验所得，分析选取的管网供水分界线上17个水质测点的锰含量，见表2.22与图2.23。表2.22各测点锰含量检测结果测点检测总不达标检测最大值检测最小值达标率测点名称编号次数次数（mg/L）(mg/L)（%）1昆明路汉城路口500.03060.01741002昆明路三环桥边800.02570.01291003红光路汉城路口800.04830.01201004汉城北路铁一集团810.14110.027387.55枣园西路800.05470.01621006枣园路大庆路口800.03200.00811007玉祥门800.02590.00341008自强西路800.02750.00821009朱宏路59号800.03940.008310010凤城三路医院800.04580.017410011太华路凤城三路口800.02260.014810012北二环北辰大道500.01430.009510013长乐东路纺北路800.02600.014310014长乐路幸福路口800.02230.008010015万寿路韩森寨800.02130.008810016幸福南路800.03310.008610017建工路800.02250.009610031 西安建筑科技大学硕士论文0.160.148.158.300.129.100.19.209.280.0810.510.150.0610.280.040.02012345678910111213141516171昆明路汉城路口2昆明路三环桥边3红光路汉城路口4汉城北路铁一集团5枣园西路6枣园路大庆路7玉祥门8自强西路9朱宏路59号10凤城三路医院11太华路凤城三路口12北二环北辰大道13长乐东路纺北路14长乐路幸福路口15万寿路韩森寨16幸福南路17建工路图2.23各测点锰含量趋势图由表2.22可知，除测点4汉城北路锰含量一次超标外，各测点锰含量均低于国家标准。由图2.23可知，检测结果中最大值为汉城北路测点，其锰含量为0.1411mg/L，高于国家标准。汉城北路测点相比其他测点存在锰含量较高的风险。2.6.3铁、锰含量超标原因[46],[47]整体上，各测点铁含量超标率低，现对个别测点铁含量超标的原因分析：（1）一些铸铁管长期运行中水质不稳定使管道产生腐蚀老化现象，生成铁锈使得局部产生铁超标现象。（2）位于供水分界线上的管道水流方向和流速随着管网压力和各水源供水范围的改变而改变，水流的流速与方向的变化使粘积于管壁上的铁锈等氧化物冲刷下来造成水中铁、锰含量的升高。（3）地下水厂的处理工艺不完善，使地下水厂出水中铁、锰未得到有效的去除。（4）管网分界线大都属于末梢管，流速缓慢更容易造成铁、锰的超标2.6.4铁、锰风险评价及相应控制措施经检测分析表明，供水管网中铁含量总达标率为96%。锰含量达标率为99%。存在超标风险较小。但A市有5个地下水厂向市区供水，在夏季用水量较大时，32 西安建筑科技大学硕士论文需开启部分铁、锰超标的水井，因此有可能会出现地下水厂供水范围内管网水中铁、锰超标的现象。此外老化管道以及容易受腐蚀的铸铁管中铁锰还是存在一定的超标风险。可以采取以下防治措施：（1）增设或改善地下水厂的除铁、锰工艺，降低管网水中铁、锰浓度。（2）加强老化管道以及易受腐蚀的铸铁管等管道的监测管理，定期对铁、锰经常超标的管段排放，冲洗。（3）提高出厂水的水质稳定性，使铁、锰以离子形态稳定存在，减少和其他物质的反应。2.7铝含量的风险评价2.7.1铁含量检测结果国家水质标准规定饮用水中铝含量不得超过0.2mg/L，根据实验所得，分析选取的管网供水分界线上17个水质测点的铝含量，见表2.24与图2.25。1801608.151408.30）1209.10g/Lμ1009.20809.286010.5铝含量（4010.1510.282001234567891011121314151617测点编号1昆明路汉城路口2昆明路三环桥边3红光路汉城路口4汉城北路铁一集团5枣园西路6枣园路大庆路7玉祥门8自强西路9朱宏路59号10凤城三路医院11太华路凤城三路口12北二环北辰大道13长乐东路纺北路14长乐路幸福路口15万寿路韩森寨16幸福南路17建工路图2.25各测点铝含量变化趋势图33 西安建筑科技大学硕士论文表2.24各测点铝含量检测结果测点检测总不达标检测最大值检测最小值达标率测点名称编号次数次数（mg/L）(mg/L)（%）1昆明路汉城路口500.03950.01711002昆明路三环桥边800.02940.01341003红光路汉城路口800.01880.00341004汉城北路铁一集团800.00100.00021005枣园西路800.01950.00101006枣园路大庆路口800.02150.00321007玉祥门800.05300.00111008自强西路800.15330.00901009朱宏路59号800.00300.000710010凤城三路医院800.00190.000710011太华路凤城三路口800.03060.000410012北二环北辰大道500.00220.001510013长乐东路纺北路800.00270.000410014长乐路幸福路口800.00170.000710015万寿路韩森寨800.00390.000410016幸福南路800.00130.000510017建工路800.14330.0008100由表2.24和图2.25可以看出，各测点铝含量均达标，检测最大值为自强西路测点0.1533mg/L。除自强西路测点与建工路测点管道水铝含量出现较大波动外，其余测点铝含量变化平缓，远小于国家标准。2.7.2铝风险评价及相应控制措施饮用水水中铝的来源有三个方面：1、水厂混凝工艺中添加的铝盐混凝剂；2、进厂水中带有的微量铝元素；3、使用混凝土、陶土等含有铝元素的管材时，铝元素溶解于管网水中。其中使用铝盐混凝剂，是饮用水中铝含量升高的最大来源。可采用以下防治措施：（1）改进混凝工艺，选择更为安全的新型混凝剂（2）在改造和扩建管网时，采用优质管材，避免二次污染。34 西安建筑科技大学硕士论文3A市供水管网爆管风险评价及应对措施3.1现有给水管网基础资料目前，A市供水系统管网管道总长度约为1493km，供水范围南起丈八东路，北到张家堡，东至纺织城，西达三桥镇阿房路。环绕城区周围的未央、六村堡和纺织城地区只敷设了部分管网；洪庆、新筑、纪杨和草滩四个组团均为自备井水源供水，尚未纳入A市统一供水的范畴。离A市中心较远的泾河、韦曲、临潼和阎良，目前已形成独立的供水系统。在A市已建成供水管网中，城市供水第一期工程共敷设（DN75~DN600）管道146.6km，第二期工程共敷设（DN100~DN1000）管道128.7km，1973年至今共敷设主管道（DN100～DN2000）1279.4km，管道材质主要包括灰口铸铁管、钢管、砼管、UPVC管、PE管和玻璃钢管等。由于敷设年代较早，加之管道材质影响等[48]因素，目前A市部分管道锈蚀和渗漏的情况十分严重。3.2爆管分析原因根据自来水公司提供的爆管统计资料，2010年A市共发生649次爆管现象（东-1-1郊爆管不在统计中）。该市管线总长约为1493km，爆管率为0.435次kma，每天约发生1.78次。爆管原因复杂，从以下几个方面进行分析3.2.1爆管的时间分布分析8070605040次数3020100123456789101112月份图3.1.2010年A市管网月爆管次数35 西安建筑科技大学硕士论文2402007年2008年2009年总体200160120个数(个)80400123456789101112月份图3.207年-09年A市供水管网爆管事故按月份分布图由图3.1可以看出，3.、4、5、8、9、10、11月份的爆管事故发生率较高，结合图3.2中07-09年的爆管事故统计，可以发现近几年的爆管事故月份分布基本一致。对其原因进行分析：（1）3、4、5月是A市气温由冷转热的分界月份，9、10、11月A市气温由热转冷的分界月份。爆管与气温骤降和回暖密切相关。A市地质为湿陷性黄土地质，受季节和气温的影响变化较大，可能会出现土壤冰冻膨胀，土壤融化翻浆及土质承受地表荷载能力的下降等问题。由此可能会引起管道基础不均匀沉降，管道受到土壤膨胀的挤压，路面破损而加重管道地表荷载等问题。由于温差的作用，温度变化时，特别是气温变化较为频繁的月份，管体将产生收缩，当管线之接口为刚性时，纵向收缩受约束将会产生需要考虑的拉应力，使得水管承受巨大的应力，通过接口和管身传递，最后集中到某一相对薄弱的接口处，被拉开而造成漏水，从而造成管道频繁的爆裂。温度的变化和地表荷载导致管道伸缩和移位，以至于管道接口承受纵向应力而破损或脱落，是导致供水管道发生爆、折管事故的重要[49]原因之一。（2）8月份为A市的用水高峰期，用水量大，时变化系数较大，这常常导致管网的水流速度、管网压力和水厂运行工况变化快，甚至非常剧烈，使得主干管和水厂间的联络管发生大型水锤和水击。一些年久腐蚀疲劳的管段不能承受水锤冲击，加之如地表荷载、地质变化、管道施工质量及管网维护不及时等因素的辅助影响，便会导致在此期间发生较多的爆管事故。通过分析供水管网爆管事故发生的季节性规律，能够为事故的预防、检测、36 西安建筑科技大学硕士论文抢修及管网日常维护起到重要的指导作用。3.2.2爆管的空间分布分析爆管空间分析的最终目的是揭示爆管发生的空间分布规律。2010年A市爆管有474次发生在城区所范围内（二环以内），22次发生在北郊所范围内（北二环以北），33次发生在南郊所范围内（南二环以南），121发生在西郊所范围内（西二环以西）。二环内的爆管占总数的73%。（1）城区所范围城区所范围内的爆管有明显的空间分布差异。其中城墙内的爆管占61.4%。环城北路和二环之间区域爆管占19.6%。环城东路和二环之间区域爆管占8%。环城西路，环城南路与二环之间的爆管总共只占11%。城墙内爆管见图3.3，爆管主要集中在解放路和和平路附近，其中大差市、和平门、民乐园附近爆管较密集。整体上城东爆管远多于城西，解放路及附近爆管远多于其他区域。图3.3城墙内爆管分布图环城北路和二环之间的爆管主要分布在自强路与太华路附近，联志村发生爆管也较频繁，见图3.4所示。由图3.4可以看到，一些区域爆管非常密集，一处地方37 西安建筑科技大学硕士论文一年内发生数次爆管现象。图3.4环城北路和二环之间爆管分布图环城东路和二环之间的爆管主要分布在距环城东路不远的区域附近。环城西路，环城南路与二环之间的爆管分布不具有明显区域性，爆管少而分散。其中乐居场发生爆管相对较多。城区所爆管有85.7%是由管网老化引起，人为损坏和市政损坏占14.3%。（2）北郊所范围北郊所范围内发生爆管次数很少，共有22次爆管，分布较为分散。爆管的主要原因是基础下沉。（3）南郊所范围南郊所范围内发生爆管次数也较少，共有33次爆管，分布较为分散。爆管的主要原因是基础下沉和地裂缝活动引起，管材老化和施工质量问题也是原因之一。（4）西郊所范围西郊所范围内发生爆管次数较多，主要集中在汉城路，大庆路和三桥附近。爆管的主要原因是基础下沉和管材老化。3.2.3爆管与管道材质之间的关系A市供水管网的管材主要有灰口铸铁管、混凝土管、球墨铸铁管、钢管、玻璃钢管、UPVC管、PE管、镀锌管和塑料管等，管材的选用与年代和管径有关，早期的供水管网一般采用灰口铸铁管、镀锌钢管、砼管等位主要管材；目前多采38 西安建筑科技大学硕士论文用球墨铸铁管、塑料管等。小管径多采用镀锌钢管、塑料管等；大管径多采用铸铁管、钢管等为管材。现将2010A市爆管按管材分类统计如下：250200150爆管次数100500塑料镀锌钢管球墨铸铁砼灰口铸铁管材图3.5各管材爆管数据统计塑料镀锌钢管球墨铸铁砼灰口铸铁21%41%32%1%5%0%图3.6各管材爆管比例由图3.5、图3.6统计发现，灰口铸铁管发生爆管最多，共发生198次爆管，占爆管总数的41%；镀锌管其次，共发生156次爆管，占总数的32%；塑料管发生爆管105次，占总数的21%；球墨铸铁管发生爆管24次，占总数的5%，钢管和砼管分别为2次和5次。在城市化进程的不同阶段，所采用的管材有所不同，灰口铸铁管和镀锌钢材在上世纪被广泛使用，敷设年代久远。由上述分析可以看出，大量的爆管事故发生在灰口铸铁管上，灰口铸铁管脆性大，强度低，在横向受力和外力震动的情况39 西安建筑科技大学硕士论文[50]下，管道易发生变形而导致爆管。镀锌钢管爆管也较多，镀锌钢材受到腐蚀，而导致管壁穿孔是导致管道爆管的主要因素。塑料管爆管主要发生在小管径爆管上，塑料管材发生爆管主要原因和塑料管的连接方式有很大关系。3.2.4爆管与管径之间的关系表3.72010年A市爆管事故按管径统计表(单位：次)管径152025405075100150200次数43222595459151563856百分比（%）5.4428.077.466.837.461.9019.724.807.08管径25030040050060080012002000次数217222911413百分比（%）0.252.152.783.671.390.510.130.38500450400350300250爆管次数200150100500DN100以下DN100-DN400DN400以上管径图3.82010年A市爆管事故按管径统计图由表3.7统计可以发现，小管径爆管较大管径频繁，DN100以下管径爆管次数占总数的58%，DN400以上管径爆管只占总数的8%，其中DN1200爆管发生1次，DN2000爆管发生3次。由图3.8可以清晰发现管径与爆管率之间呈负相关的关系，即管径越小，爆管发生的频次越高，大管径发生的爆管次数较少。小管径爆管频繁的一些原因已在上次报告中已给出，还有一个重要原因是小管径管体截面小，当路面大车经过产生压力或地基不均匀沉降时会产生纵向弯曲应力，而大管径则受纵向应力很小。40 西安建筑科技大学硕士论文3.2.5爆管具体原因的分析（1）管道老化在2010年爆管汇总中，由管道老化引起的爆管有437处，占爆管总数的67.3%。城区所范围内老化引起的爆管占93.2%。老化管道爆管中有90%以上为DN100以下（包括DN100）爆管。分析其原因主要有：1、DN00以下管道主要是塑料管和镀锌钢管，塑料管采用的链接方式为热熔连接，热胀冷缩导致连接处接口脱出是塑料管爆管的主要原因，小管径镀锌钢管管壁较薄，管道周边的土壤环境的电腐蚀等因素会造成钢管管壁变薄，进而造成穿孔漏水。2、城区所范围属于老城区管道敷设年代久远，老化现象严重。（2）基础下沉在2010年爆管汇总中，由基础沉降引起的爆管有77处，由附图可以看出发生的地点主要在西郊和北郊地区。分析其原因主要有：1、地面荷载过大，使得管道底部基础下沉；2、由于其他市政建设造成管网高程的降低，增加了管道基础承受的荷载。（3）被压坏在2010年爆管汇总中，压坏管道有6处，基本都在西郊所范围内。被压坏的原因是由于城市道路的拓宽，原来人行道下面的供水管道拓到了机车道下，在重载车辆的碾压下导致管道局部收到压力而产生裂缝甚至爆管。（4）人为损坏、市政损坏在2010年爆管汇总中，人为损坏、市政损坏管道有86处，占管网爆管的13.3%。由于地铁，道路等市政建设而引起的爆管在城市化建设中日益增多，主要原因是由于对地下管道埋设情况不清楚或施工操作不当造成的。（5）地裂缝A市是地裂缝活动频繁的地区之一，A市有14条地裂缝带，走向由西北到东南贯穿A市。其中f6—f14在A市南郊。在2010年由地裂缝造成的爆管统计如下：41 西安建筑科技大学硕士论文1412108次数6420f1f2f3f4f5f6f7f8f9f10f11f12f13f14地裂缝图3.92010年A市各地裂缝带上发生的爆管次数由上图可以看出发生在地裂缝上的爆管共有61处，占爆管总数的10%。主要分布在f2、f4、f5、f7、f9上。2010年南郊所发生爆管33次，发生在f6—f14地裂缝上的爆管有25次，占南郊爆管总数的75.7%。由此可以看出南郊的爆管大部分和地裂缝活动有关。3.2.6其他原因造成的爆管管道接口处漏水或断裂也是管道爆管的主要原因之一。A市DN400以上的给水管道钢管一般采用焊接方式；灰口铸铁管、水泥管一般采用石棉水泥砂浆抹灰连接；球墨铸铁管一般采用橡胶圈柔性接口；塑料管一般采用热熔连接。焊接接口和石棉水泥接口都属于刚性连接，接口与管道连为一体容易传递侧向力和轴向拉力，因此很难避免基础下沉引起的接口霍裂，发生漏水。供水压力的变化也会导致爆管事故的发生。供水压力持续较高或者压力骤变，均可能引起管道爆裂。此外安装或者维修后的管道开阀通水的速度过快致使管道内流速急剧变化而产生水锤，也是管道爆管的原因之一。3.32011年东郊爆管分析根据2011年4月-12月东郊管网所爆管资料分析，DN400以上管道发生爆管15次，其中12次为灰口铸铁管，且有11处为承插口霍裂漏水引起。分布情况见附图2DN400以下爆管发生71次，塑料管29次，镀锌管11次，铸铁管31处，分布情况见附图2。由图3.10可见，人为损坏和市政施工损坏引起的爆管最多，有42 西安建筑科技大学硕士论文34处，基础下沉引起的爆管有32处，老化管道引起的爆管有5处。人为损坏或市政损坏基础下沉老化7%48%45%图3.102011年东郊DN400管道以下爆管原因统计东郊爆管的位置较为集中，主要分布在万寿路与咸宁路及其附近，纺织城发生爆管次数较少。主要原因是由于万寿路与咸宁路及附近多为敷设年代较久的灰口铸铁管，且路面来往重型车辆较多，因此造成的基础下沉现象严重，从而导致管道破损漏水现象频繁。而纺织城为近几年新敷设的管网多为球墨铸铁管，发生爆管的事故很少。通过现场调研和资料可知，东郊地区管网爆管的原因主要有两个：1、地基下沉和管材老化共同作用引起的爆管。2、市政建设中施工不当引起的爆管。3.4A市供水管网爆管原因及规律总结通过对2007年-2011年A市供水管网爆管资料分析并对爆管现场的调查研究，现将A市供水管网爆管原因及规律总结如下：（1）爆管现象具有明显的空间分布特性A市供水管网爆管分布特点是城区多，东郊多，南郊、北郊少。见图3.11所示，城区爆管主要集中在解放路，环城东路以东区域；自强路和联志村区域。东郊爆管主要集中在万寿路韩森寨及咸宁路附近。43 西安建筑科技大学硕士论文图3.11爆管密集区域分布图（2）爆管与环境温度变化密切相关经统计发现每年事故按月份分布基本一致，3、4、7、8、11、12是爆管事故发生的高峰期，3、4、11、12月份为A市的气温变化的月份，气温的骤降或回升都会导致爆管的发生。7、8月份是A市的供水高峰期，日供水的不均匀性，以及夏日气候干燥和土壤的不均匀收缩都是产生爆管的原因。（3）供水管网现用的各种管材中，灰口铸铁管仍然是爆管的主要控制对象。目前A市供水管网管材中仍以灰口铸铁管为主，由于灰口铸铁管的自身缺陷，以及大量运行使用而且敷设年代较久，因此铸铁管发生的爆管事故最多。此外镀锌钢管以及塑料管的爆管现象也不容忽视。（4）供水管网中，DN400以下管道爆管占绝大多数由统计资料发现，DN400以下的管道爆管占爆管总数的90%以上，DN100以下的管道爆管占爆管总数的50%以上。小管径抵抗外力变化能力较差，且由于管壁较薄抗腐蚀性也较差，遇到水锤等水力变化时也更易发生爆管事故。由此可见小管径是爆管的主要控制对象。（5）管材老化，地基沉降是爆管事故发生的主要原因44 西安建筑科技大学硕士论文A市供水管网中，管材老化以及地基沉降引起的爆管占爆管总数的80%以上。爆管事故的发生往往不是单一原因引起，经现场调研发现，相当一部分管道自身管材老化，同时由于地基沉降现象，两方面原因并发而导致爆管。（6）爆管事故中市政损坏现象较为严重A市是发展迅速的城市，在扩建、改建过程中，地铁、电缆、热力等其他市政施工引起的管道爆管现象频繁。主要原因是由于操作不当以及对地下管道埋设位置不清楚而导致事故的发生。（7）管道接口处漏水或断裂是管道爆管的主要原因之一通过现场调研发现，大多数爆管位置发生在焊接的钢管接口和承插管道的刚性接口处，热熔连接的塑料管接口处也是漏水的主要部位。（8）各管网所需要控制的爆管原因不同城区所管道爆管大都由老化引起；北郊、西郊以及东郊管道爆管主要原因是地基下沉，市政损坏引起的爆管也占相当一部分。南郊管道爆管大部分都在地裂缝上，爆管和地裂缝活动有很大关系。（9）已经有过爆管历史的管道爆管可能性较大由数据统计和现场调研发现，某一位置或某条管段在发生爆管之后，爆管有明显的聚集性。主要原因是由于在管道漏水后以及维修过程中，管道的基础和管段结构均发生了改变，另外由于维修需要，露出的管道温度条件也发生了变化。3.5A市供水管网爆管防治应对措施根据数据的统计分析结果以及现场的调查研究，摸清了A市给水管道爆管的基本规律，为加强爆管事前控制提供依据，下面给出爆管防治的应对措施。（1）针对爆管发生的空间聚集特征，将爆管相对集中的区域内埋设的管段列为重要检测对象，加强日常的漏水监测，对于爆管严重区域内的管段可以列为重点改造对象，争取尽早更新改造。（2）针对爆管发生的时间分布特征，建立季节气候为影响因素的爆管事故预测系统，适时改变管网运行压力，以减小气候温度对管网的影响。（3）合理选用供水管网管材。选用管材的基本原则是：承压能力强，运行可靠，使用年限长，施工方便，造价低。A市发生爆管的管材主要是灰口铸铁管与镀锌钢管，而球墨铸铁管的爆管率很低。因此尽量避免使用灰口铸铁管、镀锌钢管。小管径可以采用PE管、钢塑复合管，不建议采用PVC管和玻璃钢管；DN10045 西安建筑科技大学硕士论文以上管径可以采用球墨铸铁管、钢管。（4）小管道爆管严重，应该根据需要在必要的位置安装减压恒压阀以及泄压保护装置；此外小管道抗外压能力差，因此应从设计、选材、施工、阀门的选型和维护等方面不断改善，以减少小管道爆管事故的发生。（5）A市属于湿陷性黄土地质，更易发生地基沉降现象，因此管网施工时要把好质量关，严格按照《给水排水管道工程施工及验收规范》要求进行施工。在易发生地基沉降的地段应采取管道基础加固措施，如加设伸缩器。在敷设易受外界影响而腐蚀的管段时，应采取特殊的防腐措施。（6）在市政建设中，施工单位与城市管网有关部门之间应做好充分沟通，管网部门应准确提供该区域供水管网的相关资料，避免施工过程中管道被挖断或与其他管道发生冲突的现象。（7）改进管道接口形式，提高接口质量。在已发生的爆管中接口出现问题的大都为刚性连接接口。在管道安装时，尽量采用柔性接口，其能在很大程度上减少轴向应力，进而减少爆管的发生；在特殊情况下需要安装钢管时，应使用承插式焊接接口；采用PE管时，应减少使用热熔连接方式，而采用承插接口；不同管材管道连接时应在接口处设置补偿器，以增加一定的变形余量。（8）A市为地裂缝活动强烈地区，在供水管道遇到地裂带时，采取避让的办法，在规划、设计管线时尽量避开、绕开已知的地裂带；当供水管线必须穿过地裂带时，管线应呈直角相交；在地裂缝活动非常活跃的地方管道应敷设在套管内，周围填充砂料，管道及套筒尽量采用钢管；管道与蓄水池、其它走向的管道连接的各个节点，对地裂缝活动敏感，因此在地裂缝附近的这些节点尽量采用柔[51]性连接。（9）加强管网管理，如建立供水管网GIS地理信息系统、建立管网动态运行模拟系统、建立管网安全运行预警系统、采用先进的管道定位和漏失检测系统等措施，可以有效的预测和控制爆管现象的发生。46 西安建筑科技大学硕士论文4结论与建议4.1结论本课题以A市的供水管网系统为研究对象，对其管网供水分界线上的水质指标进行检测分析；同时利用A市2010年爆管记录资料，对其进行不同方面的整理、归类与分析，以全面了解当前管网中存在的爆管原因及规律，从而对A市供水管网的水质和爆管现象给出合理的评价及应对措施。本文的主要研究结论如下：A市管网供水分界线的水质检测结果有以下在检测期间，17个测点中出现过余氯不达标现象的测点有11个，管网供水分界线上余氯不达标现象较为严重，存在余氯值偏低的风险。供水分界线上余氯的偏低的原因主要是由于分界线上是不同水质的交汇处，水质的不同会出现营养互补和生物化学反应等现象，这些现象会导致分界线上管网水余氯的降低，此外供水分界线多处于供水网管末梢，水力停留时间长也是分界线上管网水余氯偏低的重要原因。在检测期间，17个测点中出现过浊度超标现象的点有11个，达标率在80%以下的点有5个，整体浊度达标率为86.33%。各水厂供水分界线上均出现浊度不达标点，其中二水厂与南郊水厂供水分界线上5个测点有4个测点出现浊度不达标现象。供水分界线上混合水源供水经常发生，因此会出现水质营养互补现象以及生物化学反应现象，在管网压力和各水源供水范围发生改变的时候，供水分界线出现漂移，水流方向和流速随之发生变化，附着在管壁上的沉积物和生物膜被冲起，导致管道内水浊度的升高。此外管网的末端的二次污染，管道的材质以及老化现象也是管网水中浊度升高的重要原因。供水分界上的铁、锰、铝等指标整体良好，仅个别有超标现象。管网饮用水中的铁、锰、铝的浓度和管道管材以及水源水质和水厂水处理工艺关系密切。爆管现象具有明显的空间分布特性且与环境温度变化密切相关；供水管网现用的各种管材中，灰口铸铁管仍然是爆管的主要控制对象；A市管网中DN400以下管道爆管占绝大多数；管材老化，地基沉降是爆管事故发生的主要原因；爆管事故中市政损坏现象较为严重；管道爆管主要位置在管道接口处；各管网所需要控制的爆管原因不同，已经有过爆管历史的管道爆管可能性较大。4.2建议47 西安建筑科技大学硕士论文在管网水质方面，可以采取以下措施：夏季适当增加初始余氯浓度，在管网余氯浓度较低处适当增加二次加氯点；加强供水管网管理，尤其加强对供水分界线附近及管网末梢的在线监测，必要时要对管道进行冲洗，放水；在管网改造和管网扩建过程中尽量采用球墨铸铁管或钢管等优质管材；增设或改善地下水厂的除铁、锰工艺，降低管网水中铁、锰浓度。加强老化管道以及易受腐蚀的铸铁管等管道的监测管理，定期对铁、锰经常超标的管段排放，冲洗。提高出厂水的水质稳定性，使铁、锰以离子形态稳定存在，减少和其他物质的反应；改进混凝工艺，选择更为安全的新型混凝剂；在改造和扩建管网时，采用优质管材，避免二次污染。在控制管网爆管方面，可以采取以下措施：将爆管相对集中的区域内埋设的管段列为重要检测对象，加强日常的漏水监测；适时改变管网运行压力，合理选用供水管网管材；在必要的位置安装减压恒压阀以及泄压保护装置，在敷设易受外界影响而腐蚀的管段时，应采取特殊的防腐措施；在市政建设中，施工单位与城市管网有关部门之间应做好充分沟通，避免施工过程中管道被挖断或与其他管道发生冲突的现象；改进管道接口形式，提高接口质量；重视地裂缝活动对供水管网的影响，合理必要措施降低其对供水管网的破坏；建立供水管网GIS地理信息系统、建立管网动态运行模拟系统、建立管网安全运行预警系统、采用先进的管道定位和漏失检测系统等措施。48 西安建筑科技大学硕士论文致谢首先，我要感谢我的导师黄廷林教授，本论文是在他的悉心指导下完成的。老师那严谨细致、一丝不苟的作风、渊博的知识一直是我工作和学习的榜样；老师循循善诱的指导和清晰无碍、不断创新的思路给了我无尽的启示；老师在我学习、工作、生活中的关心和呵护让我真正的感受到“恩重如山”！师恩难忘，请允许学生向恩师致以崇高的敬意和由衷的感谢！感谢课题组全体老师的教导，尤其感谢王旭冕老师、张卉老师！可以说没有她们就没有我今天的成绩，两位老师的耐心、宽容、谆谆教诲、无私奉献和热情帮助，让我得以顺利的完成学业。你们的关心和爱护，让学生铭记于心，永远难忘！感谢我的辅导员姬晓琴老师！她的豁达、细心、睿智和善良无一不是我要学习的，她是我生活中一盏明灯，指引我前行的方向，让我勇敢的面对一切困难和挑战。感谢A自来水公司的各位领导、东郊管网所的领导和师傅对我的帮助，在此献上我真诚的谢意和敬意。感谢我们课题组中任瑛师姐、尚修竹师妹在现场和实验室给予我的帮助和支持，感谢李娜、杨凤英、王堃、张骞、史建超等同门给予我的帮助和支持！我尤其要感谢尚修竹师妹在课题中给予我的帮助和支持！此外，我还要感谢我的同学刘新安、刘孝坤、刘华印、李宪、王锋锋等，他们都是我生活和学习中的榜样；我的家人和女朋友对我学习、生活中关心和爱护都是我前进的动力！三年生涯马上就要过去了，这三年倾注了欢乐与汗水，更倾注了青春和时光，但时光挥不去我对建大的眷恋，带不走我对亲爱的老师和同学们的情谊，抹不掉这三年历历在目的回忆！最后，真心感谢每一位关心和帮助过我的朋友，祝你们事事顺心！邢翔轩2012年5月49 西安建筑科技大学硕士论文参考文献[1]国家水利部.2010年中国水资源公报[R].北京：中华人民共和国水利部，2012年.[2]傅涛.中国水业市场研究报告（2012版）[R].北京：中国水网，2012年.[3]宫靖.自来水的真相.[EB/OL].财新网，2012-05-07.[4]赵杰.城市供水管网泄露报警系统研究[D].天津大学硕士学位论文，2006.[5]国家建设部.全国城市供水管网改造近期规划[M].中华人民共和国建设部，2005.[6]宋仁元,沈大年.城市供水企业的神圣使命.全国城镇供水管网暨配水系统安全与技术发展战略研讨会论文集[M].2007.11[7]刘文杰，苏晓洲.施工不当导致废水入湘江镉污染影响长沙湘潭.[EB/OL].人民网，2006-01-08.[8]李润文，戴袁支.江苏盐城化工厂污染自来水数十万人饮水受影响[N].中国青年报，2009-02-21[9]左志英.南漳“泥水门”事件调查[N].南方都市报，2009-06-08[10]上官敖铭.内蒙赤峰水污染事件暴露供水设施安保缺失[N].南方都市报，2009-08-05[11]宁冉.城市给水管网事故分析及评价研究[D].哈尔滨:哈尔滨工业大学，2006.[12]面向21世纪的上海非开挖行业[J].上海市政，2006(162).[13]孙秉志，刘俊.冯家山输水管昨第11次爆管宝鸡城区大面积停水[N].A晚报，2008-12-18.[14]刘锋范，曲维奇，王为强.我国给水事业发展初探[J].山东水利，2007，7：84-85.[15]赵新华，刘洪波.输配水工程[M].北京：化学工业出版社，2006.[16]魏后凯.2011年中国城市发展报告蓝皮书[M].北京.社会科学文献出版社，2011.[17]王梦奎.我国城市供水现状与问题[J].经济参考消息，2008，25：8-14.[18]谭铁强，黄渤．城市管网末梢水监测效果评价[J].中国卫生工程学，2001，14（4）：149-151.[19]丰韦佳，王蕊，王驰．城市居民生活饮用水水质分析报告[J].中国公共卫生管理，2002，18（2）：131-132.[20]刘东山，罗启芳．湖源水和自来水中三氮变化及迁移研究[J].卫生研究，2002，31（3）：160-162.[21]李晓东，蔡国庆，马军．水中有机成分及其对饮用水水质的影响[J].给水排水，1999，50 西安建筑科技大学硕士论文25（5）：12-14.[22]黄晓东，谭为民，曹天洪等．自来水厂亚硝酸盐问题及处理方法的试验研究[J].给水排水，1998，24（12）：23-25.[23]李欣，王郁萍，赵洪宾．给水管道材质对供水水质的影响[J].哈尔滨工业大学学报，2001，33（5）.[24]罗岳平．自来水管道内腐蚀对管网水质的影响研究[J].中国给水排水，1998，14（2）：58-60.[25]余国忠，王根凤，龙小庆等．给水管网的细菌生长可能机制与防治对策[J].中国给水排水，2000，16（8）：18-20.[26]任瑛.城市供水管网风险分析与评价[D].A：A建筑科技大学，2011.[27]丁峰,娄性义.城市输配水管道爆破机理与防护技术分析[J].青岛建筑工程学院学报，1994，15(4):30-35.[28]JonMakar.InspectingSystemforLeaks,PitsandCorrosion[J].AmericanWaterWorksAssociation,1999,91(7):36-45.[29]LiggettJ.A.,ChenL-C.InverseTransientAnalysisinPiPeNewtorks[J].JournalofHydraulicEngineering,1994,(120):934-955.[30]StephenR.Mounce,AsarKhan.Sensor-fusionofhydraulicdataforburstdetectionandlocationinatreatedwaterdistributionsystem[J].InformationFusion,2003,4:217-229.[31]孙文深,韩德宏.城市供水管网爆管抢修关阀的计算机策略[J].给水排水,1998,24(8):10-13.[32]W.M.Grayman,R.M.Clark,R.M.Males.ModelingDistributionSystemWaterQuality:DynamicApproach[J].JournalofWaterResourcesPlanningandManagement,1988,114(3):295-312.[33]L.A.Rossman,PaulF.Boulo,TomAltman.DiscreteVolume-elementMethodforNetworkWater-qualityModels[J].JournalofWaterResourcesPlanningandManagement,1993,119(5):32-40.[34]刘翔，乔杉，蔡社蕊.A市水资源现状与展望[J].山西建筑，2008，34（10）：181-182.[35]宁冉，袁一星，邓涛.供水管网中三卤甲烷变化研究[J].净水技术，2006，25（4）:5-7.[36]李欣，张继良.配水管网水质变化的研究—三卤甲烷的研究[J].哈尔滨建筑大学学报，2000，33(2)：58-61[37]Clement,JonathanA.,Moderator.TheDisinfectantResidualDilemma[J].AmericanWater51 西安建筑科技大学硕士论文WorksAssociation,1999,91(2).[38]章诗芳，郑锋.降低饮用水浊度保障水质安全[J].净水技术，2005,24(2):39-41.[39]张艳霞.供水管网水质模拟与管理软件方法[D].同济大学，2003.[40]国家环境保护局.水和废水监测分析方法[M].北京：中国环境科学出版社，2002：365.[41]崔福义，李名锐，王志红等.饮用水中铝的危害、来源和现状[J].哈尔滨建筑大学学报，1997，30（6）：51-54.[42]赵明.定西市城区居民饮用水硬度分析[J].甘肃高师学报，2010,15(5):25-27.[43]王旭冕，黄延林.供水管网水质分区聚类分析中的指标三步筛选法[J].A建筑科技大学学报，2009，41(5):708-714.[44]李欣，宋学峰，赵洪宾.配水管网水质变化的研究一余氯消耗动力学机制的研究[J].哈尔滨建筑大学学报.1999，32(3):52-56.[45]王康乐,郑飞飞,刘遂庆.多水源供水管网余氯浓度优化调度[J].同济大学学报，2009,37(9):1217-1220.[46]黄廷林,于蕾.A市自来水中铁锰来源的分析[J].供水技术，2007，1(1):50-52[47]于蕾，黄延林.A市饮用水中铁含量的变化趋势分析[J].供水技术，2008，2(5):34-36[48]石宏志.A市老旧管网更新改造研究[D].A：A建筑科技大学，2009.[49]张铁刚.天津市供水管网爆管折管分析及降漏对策研究[D].A：A建筑科技大学，2006.[50]章孟才.埋地铸铁给排水管线爆裂原因分析及对策[J].石油化工建设，2007，,2（4）：60-62[51]黄廷林，邢翔轩.地裂缝活动对城市供水管网供水安全性的影响研究[J].给水排水，2011，37（12）：109-112.52 西安建筑科技大学硕士论文附录攻读硕士研究生期间发表的论文及科研成果¾黄廷林，邢翔轩，郭新潮，王峰林.地裂缝活动对城市供水管网供水安全性的影响研究[J].给水排水，2011，37（12）：109-112.已发表53 西安建筑科技大学硕士论文54'