漏損管網(wǎng)壓降分析及漏損區(qū)域粗略定位實(shí)驗(yàn)研究

羅 義 周佳奇

(河北建筑工程學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

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漏損管網(wǎng)壓降分析及漏損區(qū)域粗略定位實(shí)驗(yàn)研究

羅 義 周佳奇

(河北建筑工程學(xué)院能源與環(huán)境工程學(xué)院，河北 張家口 075000)

通過(guò)漏損管網(wǎng)模擬實(shí)驗(yàn)對(duì)漏損管網(wǎng)水力特性的微觀分析為核心研究?jī)?nèi)容，并在實(shí)驗(yàn)條件下模擬管網(wǎng)漏損.通過(guò)分析漏損前后引起管網(wǎng)的壓降變化對(duì)管網(wǎng)漏損區(qū)域粗略定位.

模擬實(shí)驗(yàn)；水力特性；漏損；壓降；粗略定位

0 引 言

進(jìn)入21世紀(jì)，水資源短缺在世界范圍內(nèi)蔓延[1,2].因此，合理保護(hù)水資源成為世界學(xué)術(shù)界和科研界關(guān)注的焦點(diǎn)問(wèn)題之一.管網(wǎng)漏損是城市供水行業(yè)中普遍存在的現(xiàn)象.不僅浪費(fèi)大量的水源，而且使供水企業(yè)蒙受極大的經(jīng)濟(jì)損失[3,4,5].采用科學(xué)、有效的方法對(duì)漏損現(xiàn)象進(jìn)行控制，事前做到有效預(yù)防、事后能夠及時(shí)修補(bǔ)，對(duì)節(jié)約水資源、提高供水企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益具有重要意義[6,7].

1 研究

1.1 研究目標(biāo)

微觀模擬管網(wǎng)漏損實(shí)驗(yàn)，結(jié)合漏損前后管網(wǎng)中各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行管網(wǎng)整體壓降宏觀分析，并通過(guò)管網(wǎng)中各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)值的變化、管網(wǎng)整體壓力數(shù)值的變化判斷管網(wǎng)中是否存在漏損的管段，及時(shí)察覺(jué).其次通過(guò)分析管網(wǎng)的水力流線(xiàn)，分析出影響各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的管段區(qū)域，粗略的定位出漏損的區(qū)域.在城市供水中，降低供水管網(wǎng)漏損的關(guān)鍵在于在發(fā)生漏損的初期能夠被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，縮短漏損時(shí)間，降低漏損量[8].

1.2 研究思路

實(shí)驗(yàn)?zāi)M單點(diǎn)滲漏，節(jié)點(diǎn)爆管，得出漏損前后各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，對(duì)漏損管網(wǎng)進(jìn)行壓降分析.并且，通過(guò)管網(wǎng)漏損的模擬實(shí)驗(yàn)，分析管網(wǎng)中相同位置不同滲漏強(qiáng)度、不同位置相同滲漏強(qiáng)度的漏損前后對(duì)管網(wǎng)的整體壓降影響、對(duì)管網(wǎng)中各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)影響，結(jié)合管網(wǎng)中的水力流線(xiàn)能夠粗略的分析出漏損區(qū)域的大致范圍[9].

1.3 研究裝置

實(shí)驗(yàn)管網(wǎng)為單水源管網(wǎng)，由一個(gè)臥式二級(jí)泵加壓供水.6個(gè)大用戶(hù)供水閥門(mén)同時(shí)打開(kāi)，保證管網(wǎng)在漏損狀態(tài)下大用戶(hù)的供水量.管網(wǎng)管材均是PVC管，管徑分別是DN50、DN40、DN32、DN25、DN20，管網(wǎng)中水龍頭管段管徑為DN15，通過(guò)閥門(mén)不同開(kāi)度模擬管網(wǎng)漏損試驗(yàn)的滲漏與爆管強(qiáng)度.

2 實(shí) 驗(yàn)

2.1 單點(diǎn)滲漏實(shí)驗(yàn)[10]

本實(shí)驗(yàn)在管網(wǎng)的上游、中下游、下游不同管段上選取3點(diǎn)進(jìn)行單點(diǎn)漏損模擬，管段管徑分別為DN40，DN32，DN20.龍頭所在管段管徑為DN40，龍頭所在管段管徑為DN32，龍頭所在管段管徑為DN20，龍頭所在具體詳見(jiàn)圖1.龍頭所選位置具有實(shí)驗(yàn)代表性.

通過(guò)調(diào)節(jié)水龍頭閥門(mén)的不同開(kāi)度來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)滲漏模擬實(shí)驗(yàn)不同強(qiáng)度的控制，水龍頭的閥門(mén)為1#、2#、3#，模擬滲漏閥門(mén)的開(kāi)度分別控制在00、100、200和300.

實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，首先運(yùn)行管網(wǎng)，6個(gè)大用戶(hù)控制閥門(mén)同時(shí)打開(kāi)，調(diào)節(jié)各個(gè)閥門(mén)開(kāi)度，滿(mǎn)足各個(gè)大用戶(hù)的供水量，觀察并記錄此時(shí)刻各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力值，作為管網(wǎng)無(wú)漏損現(xiàn)象發(fā)生時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，及各龍頭閥門(mén)開(kāi)度為00時(shí)各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓力值.此后，保證各大用戶(hù)的閥門(mén)開(kāi)度不變，并且記錄龍頭閥門(mén)1#、2#、3#開(kāi)度控制在100、200、300時(shí)管網(wǎng)中各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的水壓力值，并用超聲波流量計(jì)對(duì)滲漏點(diǎn)上下游管段的水流方向進(jìn)行監(jiān)測(cè).壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)位置如圖1所示[11,12].

圖1 實(shí)驗(yàn)裝置示意圖

各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)在不同管段水龍頭、閥門(mén)開(kāi)度不同時(shí)監(jiān)測(cè)的水壓力值不同，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)見(jiàn)圖2、圖3、圖4：

壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn) 壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn) 壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)

圖2 龍頭1滲漏壓力監(jiān)測(cè)值 圖3 龍頭2滲漏壓力監(jiān)測(cè)值 圖4 龍頭3滲漏壓力監(jiān)測(cè)值

通過(guò)對(duì)圖2、圖3、圖4和表1的數(shù)據(jù)分析可以看出，同一管段上龍頭閥門(mén)開(kāi)度不同時(shí)各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)監(jiān)測(cè)壓力值不同：閥門(mén)開(kāi)度較大，壓力值較?。婚y門(mén)開(kāi)度較小，壓力值較大.在閥門(mén)開(kāi)度相同的情況下，不同管徑管道上引起的壓降也不同.因?yàn)楸迷诮o管網(wǎng)供水時(shí)對(duì)不同龍頭引起的壓降變化要結(jié)合整個(gè)管網(wǎng)的水力流線(xiàn)進(jìn)行分析.

龍頭1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：1#閥門(mén)位于管網(wǎng)上游，模擬1#閥門(mén)滲漏，2號(hào)、3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓降變化較顯著，其次是1號(hào)；6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓降變化不明顯.原因：1#閥門(mén)滲漏，位于其下游管段水量水壓下降，3號(hào)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)直接受其影響，所以壓降變化顯著；2號(hào)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)管段與滲漏點(diǎn)1#閥門(mén)管段并聯(lián)，1#閥門(mén)漏損，位于進(jìn)口并聯(lián)支路的2號(hào)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)管段供水量減少，水壓下降，壓降變化顯著；6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于管網(wǎng)有利供水區(qū)域，當(dāng)龍頭1處管段發(fā)生滲漏時(shí)對(duì)其影響較小，所以壓降變化不明顯.

龍頭2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：2#閥門(mén)位于管網(wǎng)中下游，模擬滲漏發(fā)生時(shí)4號(hào)、6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓力值變化顯著，3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)較明顯，7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓降變化不明顯.分析認(rèn)為其原因?yàn)椋?號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于發(fā)生漏損管段的并聯(lián)支路上，當(dāng)2#閥門(mén)漏損時(shí)，減少了4號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)管段的供水量，致使壓降變化顯著；6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于2#閥門(mén)下游，滲漏發(fā)生使得下游管段供水量減少，壓力降低，壓降變化顯著；2#閥門(mén)滲漏，對(duì)7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)所處管段供水量影響較小，壓降變化較低.

龍頭3實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：3#閥門(mén)位于管網(wǎng)下游，接近最不利點(diǎn)，依據(jù)超聲波流量計(jì)檢測(cè)的管網(wǎng)中各管段水流方向，3#閥門(mén)滲漏，影響壓降變化的監(jiān)測(cè)點(diǎn)有1號(hào)、3號(hào)2號(hào)，但7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓降變化顯著，因?yàn)?號(hào)壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)與3#閥門(mén)同處一片供水分區(qū)，3#閥門(mén)滲漏直接影響了該區(qū)域的壓降變化.

表1 模擬單點(diǎn)滲漏各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓降變化

2.2 節(jié)點(diǎn)爆管實(shí)驗(yàn)[10]

選取水龍頭1、2進(jìn)行管網(wǎng)爆管模擬試驗(yàn).水龍頭1、2閥門(mén)開(kāi)度分別為00、450、900，記錄各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)：

圖5 龍頭1爆管壓力監(jiān)測(cè)值 圖6 龍頭2爆管壓力監(jiān)測(cè)值

表2 模擬節(jié)點(diǎn)爆管各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓降變化

1#、2#閥門(mén)模擬節(jié)點(diǎn)爆管時(shí)，壓力值變化顯著的監(jiān)測(cè)點(diǎn)分別是2號(hào)、3號(hào)和6號(hào)，數(shù)據(jù)水力流線(xiàn)分析如同單點(diǎn)滲漏模擬試驗(yàn)，離流線(xiàn)距離較近的區(qū)域壓降變化較為明顯.

2#閥門(mén)爆管引起的管網(wǎng)整體壓降變化強(qiáng)于1#閥門(mén).原因一：2#閥門(mén)所在管段管徑為DN32，1#閥門(mén)所在管段管徑為DN40，爆管面積影響管網(wǎng)壓降；原因二：1#閥門(mén)接近水源點(diǎn)，漏損發(fā)生時(shí)，水量能夠得到及時(shí)補(bǔ)充，一定程度上對(duì)管網(wǎng)整體壓降起到減小作用.

對(duì)比表1和表2壓降變化可以看出，管段爆管引起的壓降變化遠(yuǎn)強(qiáng)于管段滲漏引起的壓降變化.

3 分析與結(jié)論

綜上對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理、分析，得出結(jié)論如下：

通過(guò)管網(wǎng)中各壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓降變化，可以判斷出管網(wǎng)中漏損現(xiàn)象是否發(fā)生，并粗略定位出漏損點(diǎn)所處區(qū)域.

(1)1#閥門(mén)模擬漏損實(shí)驗(yàn)的管網(wǎng)壓降分析，可知：1#閥門(mén)所處管段漏損，引起壓降變化顯著的是1號(hào)、3號(hào)、2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn).1號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于1#閥門(mén)上游，2號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于1#閥門(mén)并聯(lián)支路上，3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于1#閥門(mén)下游.所以根據(jù)該3處監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓降變化，可以粗略定位出漏損點(diǎn)所處區(qū)域位于1#閥門(mén)附近.

(2)2#閥門(mén)模擬漏損實(shí)驗(yàn)的管網(wǎng)壓降分析，可知：根據(jù)供水管網(wǎng)水力流線(xiàn)，當(dāng)2#閥門(mén)所處管段發(fā)生漏損時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1號(hào)、2號(hào)壓降變化較顯著；3號(hào)、4號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于2#閥門(mén)的并聯(lián)支路上，但由于4號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)距離2#閥門(mén)的水力流線(xiàn)較近，所以2#閥門(mén)漏損時(shí)壓降變化較顯著于3號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)；6號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)位于漏損點(diǎn)2#閥門(mén)下游，漏損發(fā)生時(shí)受其直接影響，壓降變化最顯著.所以依據(jù)該5處監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓降變化，可以粗略定位出漏損所處區(qū)域位于2#閥門(mén)附近.

(3)3#閥門(mén)模擬漏損實(shí)驗(yàn)的管網(wǎng)壓降分析，可知：根據(jù)供水管網(wǎng)水力流線(xiàn)，當(dāng)3#閥門(mén)所處管段發(fā)生漏損時(shí)，監(jiān)測(cè)點(diǎn)1號(hào)、2號(hào)、3號(hào)壓降變化較顯著；但由于7號(hào)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與3#閥門(mén)處同一片供水區(qū)域，壓降變化顯著.所以依據(jù)該4處監(jiān)測(cè)點(diǎn)壓降變化可以粗略定位出漏損點(diǎn)所處區(qū)域.

(4)供水管網(wǎng)有漏損現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，根據(jù)多壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)的壓降變化分析，可知壓降變化最顯著的區(qū)域距離漏損區(qū)域的水力流線(xiàn)最近.管段漏損，影響壓力變化的區(qū)域有其上游管段、下游管段、并聯(lián)支路管段，三者都發(fā)生顯著變化，但依據(jù)管網(wǎng)的供水水流線(xiàn)圖了解到漏損發(fā)生對(duì)水力流線(xiàn)最近區(qū)域的壓力影響最突出，所以可知漏損區(qū)域發(fā)生在壓降變化最大的壓力監(jiān)測(cè)點(diǎn)上游.

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Research on the Experiment of Leakage of Pipeline Pressure Drop and Rough Positioning of Leakage Area

LUOYi,ZHOUJia-qi

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou 075000,China)

In this article, the micro analysis was made on hydraulic characteristics of the leakage of pipe network through simulation experiment of water supply network leakage.And network leakage was simulated under the condition of the experiment.By analyzing the differential pressure variation before and after leakage,the leakage region is roughly located.

simulation experiment;hydraulic characteristics;leakage;pressure drop;rough location

2016-04-25

羅義(1979-)，男,副教授,從事市政工程與環(huán)境研究.

TU 991

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