樹狀供水管網(wǎng)泄漏水力計算及分析

范艷婷

摘要：本文采用EPANET軟件對樹狀供水管網(wǎng)的泄漏問題進行了研究。針對樹狀管網(wǎng)的泄漏問題，討論主干管路泄漏及支路管路泄漏兩種情況進行分析。通過軟件分析及計算結(jié)果的研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)主干管路發(fā)生泄漏時，與無泄漏情況下流量情況相比，主干管道的流量會增大；支路管道發(fā)生泄漏時，與該節(jié)點形成供水關(guān)系的各管路流量與無泄漏情況下的流量情況相比會發(fā)生變化，樹狀管網(wǎng)中其它支路的管段流量與無泄漏情況下的管段流量情況相同，流量大小保持不變。

關(guān)鍵詞：樹狀管網(wǎng)，泄漏，水力特性

中圖分類號：G64文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

1.前言

供水管網(wǎng)漏損問題十分普遍，部分漏損問題較為嚴重的城市，供水管網(wǎng)漏失率高達21.4%左右，此外部分的北方地區(qū)城市供水管網(wǎng)漏失率甚至達到了40%[1]。因此，有必要對供水官網(wǎng)的泄漏問題加以研究。

1991年，Ligget提出基于壓力和流量，以動態(tài)的形式判斷管網(wǎng)是否發(fā)生泄漏，進行管道破裂問題的研究[2-3]。Ligget于1994年通過數(shù)據(jù)分析及研究，對管網(wǎng)的漏損問題進行線性求解，更好地對瞬變流問題進行了研究[4]。2008年，Shridhar Yamijala以管道的泄漏量等數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，進行時間序列上的統(tǒng)計及分析[5]。上述學(xué)者的研究內(nèi)容都各有其側(cè)重點。本文基于EPANET軟件，對樹狀管網(wǎng)的泄漏問題進行了水力計算，在此基礎(chǔ)上對供水管網(wǎng)的水力特性進行了分析，對供水管網(wǎng)的漏損檢測以及漏損控制提供一定的理論基礎(chǔ)。

2.樹狀管網(wǎng)泄漏

圖1所示的節(jié)點（1）為一水池，該水池為樹狀管網(wǎng)提供水源。管段[1]上設(shè)有泵站，其水力特性為： ， m， =1.852。節(jié)點（1）處的水頭為 ，各節(jié)點地面標(biāo)高見表1。

2.1 主干管路發(fā)生泄漏

假設(shè)泄漏發(fā)生于主干管路中的3節(jié)點處，泄漏量從0開始逐漸變大。利用EPANET軟件計算3節(jié)點泄漏時各管段的流量以及各節(jié)點處水頭隨時間的變化過程。

圖2給出了主管段2內(nèi)的流量在無泄漏和泄漏時隨時間的變化過程。從圖2可以看出，當(dāng)節(jié)點3發(fā)生滲漏時，主干管道2的管段流量與無泄漏情況相比會隨時間逐漸增大。

圖2 無泄漏和3節(jié)點泄漏情況下主干管段2內(nèi)流量隨時間的變化

2.2支路管道發(fā)生泄漏

假設(shè)泄漏發(fā)生于支路管段的節(jié)點8處。泄漏量仍然從0開始逐漸變大，利用EPANET軟件計算8節(jié)點泄漏時各管段的流量以及各節(jié)點處水頭隨時間的變化過程。

圖3給出了主管段5內(nèi)的流量在無泄漏和泄漏時隨時間的變化過程。從圖3可以看出：泄漏節(jié)點所在支路的管段流量與主干管道的管段流量在泄漏發(fā)生以后會減小。節(jié)點未發(fā)生泄漏的管網(wǎng)支路的管段流量與無泄漏情況相比管段流量不發(fā)生變化，即泄漏對支路管段流量沒有影響。

圖3無泄漏和8節(jié)點泄漏情況下主干管段5內(nèi)的流量隨時間的變化

3.結(jié)論

本文利用EPANET軟件分別對樹狀管網(wǎng)中的主干管道泄漏和子管道泄漏進行了水力計算，通過以上分析得出下面的結(jié)論：

1）對于樹狀管網(wǎng)，當(dāng)主干管路發(fā)生泄漏時，為滿足支路中各節(jié)點的需水量，僅主干管路流量與無泄漏相比會增加，支路管段各流量保持不變。

2）當(dāng)樹狀管網(wǎng)中的支路節(jié)點發(fā)生泄漏時，與該節(jié)點形成供水關(guān)系的各管路流量與無泄漏情況相比發(fā)生變化，與泄漏處支路管段呈并列關(guān)系的支路管段流量不發(fā)生變化。

參考文獻：

1 勾曉峰.管網(wǎng)滲漏流走巨額財富.經(jīng)濟參考報，2004，1

2 Pudar R S， Liggett J A.Leaks in pipe networks.Journal of Hydraulic Engineering， ASCE， 1992，118（7）：1031-1046

3 Liggett J A， Chen L C.Inverse transient analysis in pipe networks.Journal of Hydraulic Engineering， ASCE， 1994， 120：934-955

4 E.B. 懷利，V.L. 斯特里特.瞬變流.水利電力出版社，1987，1

5 Shridhar Yamijala， Seth D.Guikema， Kelly Brumbelow.Statistical models for the analysis of water distribution system pipe break data.Reliability Engineering and System Safety.2008，1