城市供水管網(wǎng)漏損現(xiàn)象的控制及研究現(xiàn)狀*

林英姿 周金良

(1:吉林建筑大學松遼流域水環(huán)境教育部重點實驗室,長春 130118;2:吉林省城市水資源與水環(huán)境修復工程實驗室,長春 130118;3:吉林建筑大學市政與環(huán)境工程學院,長春 130118)

0 引言

給水管網(wǎng)系統(tǒng)是給水工程設施中重要的組成部分,不僅承擔著供水的輸送與分配,同時還起到對水量和水壓進行調節(jié)及維護水質的作用,從而保障了用戶用水的需求.然而，給水管道在輸水的過程中往往會因種種原因而發(fā)生不同程度的漏水現(xiàn)象,我國在供水過程中出現(xiàn)漏水現(xiàn)象十分嚴重,給水管網(wǎng)的漏失率平均為28 %,中小城市的管網(wǎng)漏失率則是高達35 %～42 %,有的甚至超過50 %,遠高于發(fā)達國家.因此,控制管網(wǎng)漏損現(xiàn)象的發(fā)生,不僅可以節(jié)約水資源,還對城市的健康發(fā)展起到積極促進作用.

1 管網(wǎng)漏失的原因

給水管道漏損的原因比較復雜,影響因素諸多,但最主要因素有以下幾方面:

(1) 管材及配件質量參差不齊. 目前，我國主要使用的管材有鋼管(SP)、球墨鑄鐵管(DIP)、玻璃鋼管(FRPM)、預應力鋼筋混凝土管(PCP)、預應力鋼筒混凝土管(PCCP)、高密度聚乙烯管、聚氯乙烯管等.幾種管材的漏失率分別為:鋼管>鑄鐵管>預應力混凝土管>球墨鑄鐵管>塑料管.管道漏失的原因主要是管材漏失和管件漏失.在幾種管材中,鑄鐵管質量參差不齊,壁厚不均,鋼性接口宜在外部因素作用下開裂,或在施工過程中產(chǎn)生的裂紋加劇了鑄鐵管本身不適用于高壓環(huán)境的弊端;鋼筋混凝土管出現(xiàn)漏失現(xiàn)象往往存在于設計或者使用的過程中,例如，頻繁變更施工情況造成的鋼筋設置不當[1]或鋼管內外壁防腐面受到損傷后被腐蝕,以及在安裝螺栓松緊不適當時,在外力作用時最容易遭到損壞,這些情況都會使管道發(fā)生漏水現(xiàn)象;塑料管道容易老化且遇熱容易發(fā)生變形,拉伸強度及韌性較差,容易斷裂.管件漏水現(xiàn)象主要是因為管件自身質量原因造成的.閥門的漏水現(xiàn)象是最普遍的,主要由于焊接缺陷、閥桿周圍密封不嚴、連接不牢等,這些原因都將會引起不同程度的漏水.消防栓管道附件中發(fā)生漏水現(xiàn)象最多的是消防栓,由于銹蝕關閉不嚴引起的滴漏及外界施工破壞和撞擊造成的斷裂漏水等[2-3];

(2) 設計及施工過程中存在問題. 給水管網(wǎng)在最初設計時僅對主要管道進行了水力計算,采用簡化的計算方法,從而使水泵和管網(wǎng)的實際運行情況與設計參數(shù)不相符;同時由于附近的水文地質等資料不全面,導致施工過程中的變更較多,增大了管網(wǎng)的局部阻力系數(shù);管道覆土過淺或承受壓力過大;未安裝管道伸縮器,在熱脹冷縮的變化下造成焊縫開裂,都是引起漏失的原因[4];

(3) 溫度變化的影響. 在發(fā)生溫差相對較大的區(qū)域,溫度是造成管道頻繁發(fā)生損壞現(xiàn)象的主要原因,特別是在冬季易發(fā)生管網(wǎng)的損壞.發(fā)生這種情況的主要原因，是因為溫變應力和冰凍荷載兩方面共同作用而引起的,由于管道內的水溫和管外土壤的溫度隨季節(jié)性變化,從而在管壁上產(chǎn)生了相應的軸向力,致使管道也隨溫度的變化而發(fā)生應變伸縮造成破損[5];

(4) 管理調度中存在的問題. 當供水管網(wǎng)運行相當長的一端時間后,主體水中的氧化鐵、碳酸鹽、細菌及其其它微生物將會沉積在管壁上,在內壁上形成銹和沉積物.因此改變了水質,降低了供水的能力,也改變了管道的阻力系數(shù);或者由于該區(qū)域土地用地功能的變化,導致了用水量也發(fā)生相應的改變,實際運行情況與設計參數(shù)不相符,發(fā)生供水事故而漏水;

(5) 周圍環(huán)境因素. 如其他工程造成挖損(包括管道附近的施工、礦區(qū)開采等)、交通、土壤類型、環(huán)境破壞及外物侵入等.

2 漏損的檢測方法

為了減少管道的漏水量,降低供水成本,節(jié)約用水,管網(wǎng)管理部門應定期進行管網(wǎng)檢漏工作,從而及時發(fā)現(xiàn)滲漏進行補救.常用的檢漏方法可分為被動檢漏法和主動檢漏法.被動檢漏法是最經(jīng)濟、最原始的方法.當?shù)叵鹿艿腊l(fā)生滲漏并有水冒出地面后,才能發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象并進行檢測維修的方法,發(fā)現(xiàn)的漏點明漏為主,通常是發(fā)生大量漏水后才能被察覺.主動檢漏法是指發(fā)生了漏水現(xiàn)象,水未冒出地面,應用相應的檢測儀器和檢漏方法檢查地下管道漏水的方法.主要漏損控制方法見表1.

表1 主要漏損控制方法

(1) 聽漏法. 聽漏法是最常用且使用時間最長的方法[6].聽漏法不但能檢測明漏，也可發(fā)現(xiàn)暗漏.當發(fā)生漏水現(xiàn)象時,由于水流的噴擊作用引起管道一定頻率的震動,聽漏法就是通過對震動聲音的監(jiān)聽來判斷是否漏水，以及發(fā)生漏水的地點.聽漏工具有聽漏棒、半導體檢漏儀、相關檢漏儀等，聽漏棒若使用得當,檢漏準確率可高達95 %以上;

(2) 間接測定法. 此方法主要通過測量管線的流量及節(jié)點壓力來確定漏水點.如管段上兩點間壓力差相對較大,并且在沒有關閉閥門的情況,則可以判斷管段上存在漏點，漏水點的水力坡降線有突然下降的現(xiàn)象;

(3) 分區(qū)檢漏法. 分區(qū)檢漏的方法是用水表測出漏水的地點及漏水量的大小,可在允許短時間停水的小范圍內進行.檢漏時將整個管網(wǎng)分成若干個小區(qū),小區(qū)內進行停水并關閉和其他地區(qū)相通的閥門,只對裝有水表的一條進水管通水.如果區(qū)內管道發(fā)生漏水,水表轉動便可讀出漏水量，這樣逐步縮小檢測范圍,最后結合聽漏法來確定漏水點;

(4) 區(qū)域裝表法. 將供水區(qū)域劃分為若干小區(qū),每個小區(qū)內可達2 000～3 000用戶.在接入小區(qū)的總管上安裝總水表,如總管經(jīng)過該區(qū)域后還供下游的小區(qū)用水時,則在流入其他小區(qū)的水管上再裝若干水表,抄表員在固定時間段抄錄該區(qū)域內的用戶水表,加抄少量測漏專用的總水表后,即可計算出該區(qū)域是否存在較大的漏水.此法可減小聽聲檢漏范圍,但投資較大,若水表發(fā)生故障或估表則會影響漏水的判斷,但最終確定漏水點的位置還需用聽漏法;

(5) 利用管網(wǎng)漏失模型進行檢測. 最常見的診斷及檢測方法是水壓測量檢漏,即測量出管道內的水壓及其變化量,計算管網(wǎng)供水過程中出現(xiàn)的流量擾動現(xiàn)象引起的水力、水壓狀態(tài)變化方程式,分析管網(wǎng)內壓力變化趨勢及漏水點的位置與漏水量之間的關系,利用測壓方法測出壓力變化 ,以達到尋求漏水管段的目的.此方法需要通過蟻群算法、層次分析法(AHP)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡等算法結合EPANETH，MATLAB等軟件建立管網(wǎng)漏損模型[7-8],進行模擬計算得出相應的水力模型,從而進行漏失診斷.目前，很多水廠采用管網(wǎng)遠程監(jiān)測(SCADA 監(jiān)控)系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡技術聯(lián)合應用,該方法改變了供水行業(yè)被動式的漏損管理模式,為在管道漏損方面做到早預防和早解決提供了一個新思路.

3 給水管網(wǎng)漏損控制措施

給水管網(wǎng)的漏損控制是一個龐大的系統(tǒng)工程,若想有效地減少漏損現(xiàn)象,必須從設計、施工、運行管理等諸多方面綜合考慮.在設計方面，主要從管道的選材、工作壓力、埋深、接口形式、埋設位置及防腐等因素考慮；在管材選取方面,要考慮到城市近期與遠期的發(fā)展及規(guī)劃目標,所采用的管道材質應具有安全可靠性高,使用壽命時間長,內壁阻力系數(shù)低,維護簡單的特點;接口形式應盡量選擇柔性接口;管道的工作壓力不宜選取得過高,若采用較高的工作壓力進行供水時,要與分區(qū)供水設計方案進行技術上和工程經(jīng)濟效益對比,并驗證方案是否經(jīng)濟合理.施工時,覆土質量、管底基礎等都需要按照要求嚴格執(zhí)行;管道的防腐工作是決定管道使用年限和輸配水能力的一項重要措施,當土壤和水侵蝕性較強時，必須要采取防腐措施對管道內外壁進行防護；在供水管網(wǎng)日常管理上，要保證管道基礎資料的正確性,完善供水管網(wǎng)信息系統(tǒng);及時對管道進行更新,制定管道更新計劃安排;加強對管道的檢查維護和檢漏力度,提高管網(wǎng)工作水壓的合理性與調度的科學化,實現(xiàn)安全供水.

4 結語

城市的供水管網(wǎng)系統(tǒng)是一個既復雜又龐大的系統(tǒng),造成管網(wǎng)漏損的影響因素有很多,管網(wǎng)漏損現(xiàn)象的檢測與控制是一項較為復雜的系統(tǒng)工程,單純靠儀器和設備是無法完成的.故需要采用不同的系統(tǒng)方法,采取學科間的交叉應用和先進的科學技術,對城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)漏損控制技術進行研究；建立管網(wǎng)漏失模型對管網(wǎng)進行控制就是一項較為有效的方法,這將是今后重點研究的內容.

參 考 文 獻

[1] 李燕京.供水管網(wǎng)系統(tǒng)漏損智能化控制技術研究與應用[D].青島:青島理工大學,2010.

[2] 高亞萍.供水管網(wǎng)漏損原因與控制措施的研究[D].天津:天津大學,2006.

[3] 鄧曉婷.城巿供水管網(wǎng)漏損因素分析及控制[D].太原理工大學,2012.

[4] 李 鵬,張 鵬,孫小波.淺談城市供水管網(wǎng)漏失成因及控制措施[J].科技資訊,2009(14):67-69.

[5] 沈志云,張曉東,沈 旭.供水管網(wǎng)漏損控制研究[J].城鎮(zhèn)供水,2012(3):73-77.

[6] 徐 強,陳求穩(wěn).供水管網(wǎng)漏損控制研究進展[J].中國給水排水,2012,28(24):5-9.

[7] 姜 帥,吳 雪,劉書明.我國部分城市供水管網(wǎng)漏損現(xiàn)狀分析[J].北京水務,2013(3):14-16.

[8] 李樹平.供水管網(wǎng)漏損控制理論研究進展[J].給水排水,2011,37(1):162-165.