張洪鳳
青島市海潤自來水集團(tuán)有限公司 山東 青島 266001
城市供水管網(wǎng)的損漏問題會帶來嚴(yán)重的影響,造成損漏現(xiàn)象出現(xiàn)的原因較多,并且一般是相互耦合的作用效果,供水行業(yè)的輸送管網(wǎng)較高的破損現(xiàn)象,除了會導(dǎo)致較為嚴(yán)重的水資源浪費(fèi),并且易導(dǎo)致輸送水資源的二次污染問題,嚴(yán)重影響著供水企業(yè)的發(fā)展和居民的用水安全[1]。因此,研究城市供水管網(wǎng)損漏的原因和控制方案,既可以節(jié)省稀缺的水資源,還可以降低供水管網(wǎng)的運(yùn)行成本,保證經(jīng)濟(jì)效益和社會長治久安。
圖1 我國水資源分布情況
我國的疆域幅員遼闊,國土面積較大,因?yàn)橛兄^好的氣候條件和優(yōu)異的地理位置,所以我國是世界上水資源儲量較為豐富的國家之一,但是在水資源總體較為充沛的情況下,我國的用水存在著以下問題。首先我國的人口總數(shù)和耕地總數(shù)非常大,因此人均和耕地畝均的水資源量就非常小,我國當(dāng)前有十六個?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市)的人均水資源是沒有達(dá)到嚴(yán)重缺水線的標(biāo)準(zhǔn),并且寧夏、河北、山東、山西、河南和江蘇六個省甚至沒有達(dá)到極度缺水的標(biāo)準(zhǔn)線,人均的水資源量低于五百立方米[2]。其次,我國的水資源地域分布極不均勻,長江流域以南的區(qū)域,雖然只有百分之三十五的國土面積,卻擁有著百分之八十的水資源。全國有四百多個城市缺水,一百多個城市嚴(yán)重缺失,其中大部分在北方地區(qū)。
2.2.1 供水需求集中,矛盾尖銳
在我國的城市地區(qū),居住、工業(yè)等的人口和需求非常集中,但是供水水源地一般數(shù)量有限、水量有限,常年的持續(xù)為城市供水,并且需要保證較高的流量,供需矛盾日趨尖銳。
2.2.2 供水管網(wǎng)老舊、損漏嚴(yán)重
早在2002年,我國的建設(shè)部門就發(fā)布了關(guān)于供水管網(wǎng)損漏的評定標(biāo)準(zhǔn),其中嚴(yán)格要求單個城市的供水企業(yè)負(fù)責(zé)的輸水管網(wǎng)損漏率應(yīng)小于百分之十二,但是同年的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,全國的四百多個城市,其平均的損漏率達(dá)到了百分之二十以上。并且從2006年來,很多城市的供水管網(wǎng)損漏率仍然在逐年增加,截止今年,很多城市的供水管網(wǎng)損漏率已經(jīng)超過了百分之二十,單個城市的年自來水損耗接近0.5億噸[3]。因此,降低管網(wǎng)損漏率,保證供水效率已經(jīng)是迫在眉睫的問題。
城市供水管網(wǎng)的損漏,因?yàn)樵虿煌?、位置不同、漏水方式不同等可以分為多種類型,常見的損漏形式如下。
按照供水管網(wǎng)的損漏位置,可以分為如下幾類:①管道損漏;供水管道的組成,有管體、接口和配件三個主要部分,其中,管體、配件這兩個部件的損漏一般是因?yàn)槌霈F(xiàn)了腐蝕破裂,或者腐蝕穿孔,而接口部分的損漏一般是由于接口的防水膠圈出現(xiàn)了損壞,或承插式的接口出現(xiàn)了損壞脫落等原因造成。②調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的損漏;在城市的供水管網(wǎng)體系中,需要一些調(diào)節(jié)功能的構(gòu)筑物進(jìn)行中繼,包括水塔、水池、水箱、泵站等,這些構(gòu)筑物本身存在著出現(xiàn)破損漏水的可能性,并且其進(jìn)水口、出水口等位置也極易出現(xiàn)破損。③管道附屬件的漏損;供水管道中有著較多的附屬配件,這些構(gòu)件的損壞也會導(dǎo)致漏水現(xiàn)象,包括沖洗排水閥門出現(xiàn)密閉不嚴(yán)、閥門軸桿的填充密封損漏、濾網(wǎng)腐蝕破裂、法蘭接口損漏等很多破損的情況出現(xiàn)。
圖2 閥門損漏
按照供水管網(wǎng)的損漏方式,又可以分為背景滲漏、明漏和暗漏三種類型:①背景滲漏;背景滲漏是指管道發(fā)生單個漏水點(diǎn)每小時(shí)不超過五百升水量的漏水情況,這種情況因?yàn)槁┧枯^小,一般的設(shè)備無法準(zhǔn)確的檢查出滲漏情況,背景滲漏一般發(fā)生在密閉性存在問題或穿孔腐蝕的管道中,背景滲漏雖然單個漏點(diǎn)的水量較小,但是數(shù)量龐大,因此漏水總量也非常多,是物理損漏中占比很大的部分。更換新的輸水管件可以有效避免背景滲漏,但該操作成本較高,一般會通過控制供水壓力的方法來減少背景滲漏量。②明漏;明漏一般是工程建設(shè)過程中,輸水管網(wǎng)受到了外力破壞,或者長期遭受腐蝕的部位在外力荷載作用下發(fā)生的管道爆裂等,明漏因?yàn)榱髁繕O大,一般情況下可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn),處理速度較快,所以總損失不會很大。③暗漏;暗漏指的是檢測裝置可以捕捉到的漏水情況,管網(wǎng)中超過百分之八十的漏水點(diǎn)屬于暗漏,超過百分之五十五的漏水量是由暗漏引起的,暗漏的持續(xù)時(shí)間是由供水公司的檢測裝置發(fā)現(xiàn)速度和后續(xù)維修速度決定,供水公司縮短檢測間隔可以更為有效地發(fā)現(xiàn)暗漏現(xiàn)象。
城市供水管網(wǎng)在運(yùn)行中,因一些無法預(yù)測或避免的原因出現(xiàn)不同程度的損漏后,如何及時(shí)對其進(jìn)行檢測發(fā)現(xiàn),及時(shí)修復(fù),是減少損失的要點(diǎn)[4],因?yàn)槎鄶?shù)情況下,損漏出的水資源不是直接從地面流出的,因此技術(shù)檢漏一直是研究的要點(diǎn),當(dāng)前常用的手段有被動檢測法和主動檢測法。
被動檢測法主要檢查的是明漏損害,是一種最原始的檢測方法,也就是等待破損管道中的漏水已經(jīng)流出地面后,再進(jìn)行開挖,尋找漏水點(diǎn)。該檢測方式需要供水企業(yè)組織專業(yè)的檢測團(tuán)隊(duì),對轄區(qū)內(nèi)的管線進(jìn)行定期巡查,并且安排專用的調(diào)度部門,對于發(fā)現(xiàn)的損漏點(diǎn)進(jìn)行檢測,并且還需要損漏管線所在轄區(qū)的居民等進(jìn)行配合和義務(wù)上報(bào)。該方法簡單方便、使用的設(shè)備和技術(shù)較少,管理成本低,但缺點(diǎn)是無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)確定漏水點(diǎn),即使發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下也是居民的上報(bào)反饋,社會影響較大。
主動檢測法是通過技術(shù)和設(shè)備手段,在地下漏水溢出地面之前便將其發(fā)現(xiàn)并找出,主要有以下幾種方法:
4.2.1 音聽檢漏法
該方法是目前國內(nèi)外在檢測損漏方面最常用的一種方法,該方法可以檢出百分之八十的地下?lián)p漏情況。該方法采用音聽設(shè)備,布置在輸水管沿線的水表、閥門等部位,檢測其是否存在損漏。音聽檢測方法又分為栓閥音聽和地面音聽兩部分,通過栓閥音聽大致確定漏水點(diǎn)的位置,圈定范圍,隨后在漏水點(diǎn)附近使用地面音聽,確定具體的滲漏所在,減少工作量。因?yàn)槁┧a(chǎn)生的聲音與輸水管的尺寸、材料、所在環(huán)境、損漏尺寸、輸水壓力等都有著密切的聯(lián)系,并且受環(huán)境噪音影響較大,因此該方法在檢測時(shí)需要在夜間進(jìn)行,適用于埋深深度較淺的輸水管線。音聽檢漏法是當(dāng)前檢測中比較有效和常用的手段之一,但該方法的檢測周期較長、范圍較小、成本偏高。
4.2.2 區(qū)域裝表法
區(qū)域裝表法是在需要檢測損漏區(qū)域的進(jìn)水位置和出水位置分別安裝流量測算裝置,分別測得進(jìn)水總量和出水總量,統(tǒng)計(jì)其差值可算出區(qū)域的漏水量,再根據(jù)測得的漏水量大小,判斷是否有必要進(jìn)一步詳細(xì)檢測維修。該方法適用于單管供水的居民區(qū),或其他外聯(lián)閥門可關(guān)閉的地區(qū)。
4.2.3 最小夜流量法
該方法是使用流量檢測裝置測量并統(tǒng)計(jì)某一時(shí)間段內(nèi)的管道水流量,對于數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理:對比測得的夜間最小流水量,并對比日均用水量,若這一對比值超過了特定的百分比,則認(rèn)為期間出現(xiàn)了損漏,該方法適用于對城區(qū)中的大片居民區(qū)送水的管道,實(shí)際應(yīng)用中準(zhǔn)確性較高,但操作繁瑣復(fù)雜。
4.2.4 雷達(dá)探測法
雷達(dá)探測法是使用探地雷達(dá)對地磁波進(jìn)行收集,得到檢測結(jié)果后,可精確描繪出水管的斷面圖,以此來判斷是否有損漏,適用于輸水過程中的郊區(qū)、曠野等人員較為稀疏的地區(qū)。
4.2.5 壓力波檢測法
當(dāng)供水管道發(fā)生損漏時(shí),在損漏點(diǎn)會出現(xiàn)瞬態(tài)壓差突降,同時(shí)產(chǎn)生一個負(fù)壓力波,以損漏發(fā)生點(diǎn)為基準(zhǔn),該壓力波可向管道上下方向傳遞,在管道過程中間隔一定距離布置壓力檢測傳感器,根據(jù)其分別得到的壓力數(shù)據(jù),可以推算出漏水點(diǎn)的大致位置。
在建筑行業(yè)中,供水管材有很多種類,其材料、性能、價(jià)格等也各不相同,選擇合適的管材用于輸水管道的建設(shè),是降低管道損漏率、保證城市供水的重要基礎(chǔ)。在供水管道的建設(shè)規(guī)范中,對于管道提出了如下要求:具有較高的可靠性、后期維修保養(yǎng)需求低、粗糙系數(shù)好、輸送能力強(qiáng)、耐久性良好、造價(jià)合理。對于管材選擇標(biāo)準(zhǔn)一般如下:①管徑1200—1800毫米,輸水壓力大于1.6兆帕?xí)r,應(yīng)選用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、鋼管;輸水壓力小于1.6兆帕?xí)r,除上述兩種管道外,還可以選擇玻璃鋼管。②管徑600—1200兆帕,輸水壓力大于1.2兆帕?xí)r,應(yīng)選用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、鋼管、球墨鑄鐵管;輸水壓力小于1.2兆帕?xí)r,除上述三種管道外,還可以選擇三階段預(yù)應(yīng)力管和玻璃鋼管。③管徑小于600毫米時(shí),可選用聚乙烯管材和配件、熱熔或電熔接口管件。④注意,在具有強(qiáng)腐蝕性土壤、水域等區(qū)域,供水管道建議選擇具有良好抗腐蝕性的玻璃鋼管[5]。
在實(shí)際的供水管道損壞漏水現(xiàn)象中,有很大一部分是因?yàn)楣艿澜涌诘膿p漏引起的,在早期建設(shè)投入使用的管道中,比較常用的是青鉛接口,該類型的接口很容易在受到拉力作用時(shí)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象,因此很快就被成本更低且抗?jié)B能力更好的石棉水泥接口取代,但這種接口屬于是剛性材料,在管道通入使用后會產(chǎn)生一定的不均勻沉降,導(dǎo)致接口處產(chǎn)生環(huán)向裂縫或者接口扭轉(zhuǎn)破裂。在之后最普遍使用的是橡膠圈的柔性管道連接口,該接口因?qū)囟茸兓?、管道不均勻沉降、上部荷載等情況時(shí)都表現(xiàn)良好,是使用最廣泛的管道接口。近些年來,在我國的輸水管道施工中,開始嘗試使用擴(kuò)張成型是的承插柔性接口,該接口可以克服橡膠接口易老化的特性,且抗震效果良好。
在冬季,尤其是我國北方的冬季結(jié)冰區(qū),對于使用中處于半開狀態(tài)的管道閥門,應(yīng)在官網(wǎng)的承壓能力允許的情況下,加大開啟度,提高管網(wǎng)的流速,減少冰碴的阻力,保證管道不會上凍。管道中的閥門部位需要進(jìn)行保暖措施,一般采用草袋等保暖物品覆蓋,若閥門已經(jīng)出現(xiàn)凍結(jié),不可直接使用熱水澆燙,虧導(dǎo)致閥門破裂,應(yīng)用加溫設(shè)施緩慢解凍。對于使用中的管道,在水流較緩、容易結(jié)冰的分段,可以考慮布置水泵提高流速;已凍結(jié)的管道,在條件允許的情況下可以使用點(diǎn)燃鋸末、草殼等物體進(jìn)行加溫,較長的結(jié)冰管道應(yīng)停止使用,通入蒸汽進(jìn)行加熱。
輸水管網(wǎng)的損漏和流水大多都是因?yàn)檩斔艿莱霈F(xiàn)腐蝕后,滲漏和破裂導(dǎo)致的,為此,管道鋪設(shè)中的防腐措施是必要的,當(dāng)輸水的PH數(shù)值低于8時(shí),管道內(nèi)部必須做防腐措施,水泥砂漿抗腐蝕性較好、成本低,因此管道內(nèi)部防腐大多采用水泥砂漿。此外,對于直徑小于三百毫米的管道,其內(nèi)部涂料可以選用薄涂層的環(huán)氧煤瀝青。此外,在做好內(nèi)層防腐的同時(shí),外層防腐也要同步跟上,普通鑄鐵管、球墨鑄鐵管的外層防腐材料仍然可以采用環(huán)氧煤瀝青,此外,在同樣的環(huán)境條件下,鋼管比其他兩種管更容易出現(xiàn)腐蝕,因此鋼管的防腐需要采用三油(環(huán)氧煤瀝青)加二布(玻璃纖維布)或四油加三布。
提高施工質(zhì)量代表著兩部分內(nèi)容,首先是管線本身的施工質(zhì)量,其次是投入使用的輸水管線其附近進(jìn)行其他施工時(shí)的情況。保證管線本身的施工質(zhì)量,是使得上述材料、防護(hù)措施等發(fā)揮其效力的根本,在輸水管道的基礎(chǔ)工作完成后,要保證管道的鋪設(shè)平整,其基底和周圍不應(yīng)存在可以破壞管道的硬物,管道的支墩必須固定在原土層上,回填時(shí)要分層夯實(shí),保證回填土的密實(shí)度達(dá)到原土層的百分之九十以上,回填必須豎直方向受力。對于施工過程中的材料堆放要嚴(yán)格且符合標(biāo)準(zhǔn),建成后的管道要按照規(guī)范進(jìn)行試壓,詳細(xì)登記施工中用到的資料。
其次是管線附近的后續(xù)施工,據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示,有54%—61%的地下輸水管線的破壞是由其他不合理施工導(dǎo)致的,管線附近的施工應(yīng)提前探明地下情況,并與專門的官網(wǎng)負(fù)責(zé)人員溝通,供水公司應(yīng)派專人到場指導(dǎo)。
在后續(xù)使用過程中,應(yīng)對官網(wǎng)的水流量進(jìn)行及時(shí)檢查,選用高精度、穩(wěn)定性好的流量計(jì),縮短對于轄區(qū)水表的檢查周期;培養(yǎng)一支專業(yè)素質(zhì)較高的損漏檢查隊(duì)伍,定期對管線進(jìn)行巡排,對于發(fā)現(xiàn)的損漏點(diǎn)及時(shí)補(bǔ)漏,減少損失。
隨著我國城市化水平的推進(jìn)和城市人口的增長,城市居民對于水資源的需求會不斷攀升,這也會增大供水管網(wǎng)的壓力,因此各類損漏問題的發(fā)生也會越來越多、影響越來越廣,為此本文提出了對于城市供水管損漏的原因分析和對策研究,希望可以為我國城市供水的建設(shè)提供幫助。