關(guān)于提升供水管網(wǎng)建設(shè)質(zhì)量以改善管網(wǎng)漏損率的思考

文／郜炳凱 中國水務(wù)投資有限公司 北京 100053

引言：

城市供水系統(tǒng)直接影響人們的日常生活和生產(chǎn)，供水系統(tǒng)的正常運行可以為城市供水。然而，在目前作為重要供水渠道的供水系統(tǒng)中，供水管網(wǎng)漏水并不少見。在相關(guān)數(shù)據(jù)摘要中，我國供水管道泄漏不僅對城市居民的日常生活造成了負面影響，也給相關(guān)供水企業(yè)造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟損失。因此，必須重視相關(guān)維修研究。

1、供水管網(wǎng)漏損原因分析

1.1 管材質(zhì)量缺陷

目前，越來越多的新水管進入市場，但城市供水具有一定的特殊性，管網(wǎng)結(jié)構(gòu)改造不可能一蹴而就。許多舊管道有很多質(zhì)量隱患，更換起來比較困難。在此之前，水泥、鍍鋅等管道被廣泛使用，但都有其他缺陷，在規(guī)定的使用壽命之前基本無法正常工作，容易發(fā)生泄漏。地基處理不當(dāng)會導(dǎo)致地面沉降不平衡、管道移動、漏水等問題。鋼筋抗拉強度的降低會導(dǎo)致水泥管道開裂，嚴(yán)重時會發(fā)生爆炸事故。鑄鐵管通常有兩種連接形式:橡膠圈柔性連接和膨脹水泥剛性連接。其中膨脹水泥剛性連接應(yīng)用廣泛，但長期使用后，外部環(huán)境因素會導(dǎo)致開裂。鑄鐵管本身含有更多的磷和硫，并可能在外力不均勻時破裂。鍍鋅管道通常用鎧裝連接，但在運輸過程中容易損壞涂層。如果防腐工作做得不好，在使用過程中可能會出現(xiàn)氧化、腐蝕等問題。因此，水管中不允許使用鍍鋅管。

1.2 施工方式存在問題

供水管網(wǎng)為地下設(shè)施，大部分管道埋在地下。如不嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)定施工，將存在短時間內(nèi)難以暴露的隱患。具體表現(xiàn)為:（1）在管道設(shè)計中，由于道路空間限制，管道未正確截斷以減少設(shè)計難度，從而給管道帶來嚴(yán)重的安全風(fēng)險；（2）在路邊溝渠中鋪設(shè)管道。在這種情況下，由于水中余氯的侵蝕，管道內(nèi)壁不斷變薄，管道外壁也受到水的侵蝕。同時，將受到地表和地下污水滲透的腐蝕，導(dǎo)致管道腐蝕面積增加，導(dǎo)致管道應(yīng)力能力逐漸降低，泄漏量逐漸減少。與污水管道相鄰的供水管道發(fā)生泄漏時，泄漏的水主要進入污水管道，難以及時檢測；（3）施工前未進行嚴(yán)格的管道質(zhì)量檢查。無論是哪根管子，進入現(xiàn)場前都要經(jīng)過很多裝卸和運輸，容易損壞。例如，鑄鐵管開裂或被防腐涂層損壞，水泥管因碰撞而破裂或被接頭損壞。管道安裝過程中，現(xiàn)場施工人員對管道接頭基本不進行檢測和過濾，導(dǎo)致新安裝的管道可能發(fā)生泄漏；（4）建筑工程是非規(guī)范驅(qū)動的。例如，安裝前不檢查橡膠環(huán)接頭，導(dǎo)致一些孔位置不正確，清洗工作不正常；石棉與膨脹水泥之間的表面填充不足，支撐不均勻、不穩(wěn)定或不足；（5）地基加固不當(dāng)，回填層壓實不夠，管道關(guān)鍵部位未用混凝土加固等。

1.3 供水管網(wǎng)的使用以及維護存在問題

城市供水管道一般鋪設(shè)在地下，維護過程復(fù)雜，管網(wǎng)現(xiàn)有問題無法及時發(fā)現(xiàn)和維護。因此，只有在出現(xiàn)嚴(yán)重后果后，問題才能得到解決。另外，在供水管網(wǎng)的應(yīng)用中，地下管線的復(fù)雜性會受到其他管網(wǎng)的影響，從而導(dǎo)致漏水。

1.4 規(guī)劃設(shè)計不合理

隨著城市人口的激增，對水資源的需求迅速增長，對供水網(wǎng)絡(luò)的要求也越來越高。同時，揭示了現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)計劃的問題：首先，城市發(fā)展預(yù)測不完整，受資金等因素的影響，管網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)不到位。一些現(xiàn)有的排水管在設(shè)計時只考慮現(xiàn)有的用水者，但是現(xiàn)在太小了，管道流速太高了，容易發(fā)生滲漏；第二，供水管道是壓力管道。在一些大直徑網(wǎng)絡(luò)中，水流通常處于機頭的混合狀態(tài)。在某些情況下，分散的氣囊會影響水流，管道中的壓力也會產(chǎn)生引發(fā)爆炸的錘擊。設(shè)計時只考慮地形問題，許多管道不設(shè)計排氣閥，導(dǎo)致爆管危險進一步增加；第三，對管道膨脹變量理解不夠。部分金屬管道易受溫度影響，但供水企業(yè)在新建城市管道時沒有充分考慮環(huán)網(wǎng)的需求，僅根據(jù)水量和供水點之間的距離進行設(shè)計。管網(wǎng)設(shè)計不合理，運行安全難以保證。

2、供水管網(wǎng)漏損控制的意義

（1）城市水的路徑。隨著城市化進程的推進，我們城鎮(zhèn)的自來水供應(yīng)增加，公共供水供應(yīng)也在增加。城市水管漏水率有所下降，但全國各地區(qū)的控制損失不平衡。在許多城市，水管的損失率較高，東北部分地區(qū)的損失率超過20%。在一些城市，城市供水矛盾，排污率很高。遏制水源地是實現(xiàn)“水供應(yīng)、具體地點的住區(qū)、水生產(chǎn)”的重要舉措，這對緩解城市用水需求的緊張局勢和提高城市用水效率至關(guān)重要；（2）城市供水安全。在一些城市，50 歲以上或較低的線路仍在使用，供水網(wǎng)絡(luò)問題越來越明顯。管網(wǎng)會老化、嚴(yán)重損壞，并且會在管網(wǎng)內(nèi)產(chǎn)生許多線種設(shè)定和人工因素。當(dāng)污垢和生物標(biāo)本落入不穩(wěn)定的反應(yīng)中，容易導(dǎo)致“黃水”和“紅水”，影響供水。另一方面，管道壁上附著了大量管道，從而減少了管網(wǎng)的輸水量，增加了用水量，增加了“爆炸風(fēng)險”。城市電網(wǎng)改造不僅減少滲漏，而且提高城市供水的穩(wěn)定性，減少用水量，保護城市供水；（3）城市優(yōu)質(zhì)供水的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。水管中的擾動控制是一種系統(tǒng)設(shè)計，由設(shè)備更新、分區(qū)測量、供水系統(tǒng)優(yōu)化方案、供水網(wǎng)絡(luò)的建立、機械優(yōu)化等組成。該系統(tǒng)為了彌補水管的不足，優(yōu)化城市水循環(huán)，建立完善的城市供水系統(tǒng)、先進的城市供水系統(tǒng)和高度平衡的供水系統(tǒng)，從而促進城市優(yōu)質(zhì)供水的發(fā)展。

3、提升建設(shè)質(zhì)量改善管網(wǎng)漏損的思考

3.1 深化設(shè)計

供水管網(wǎng)需要與城市總體規(guī)劃進行有效整合，通盤考慮全局綜合系統(tǒng)設(shè)計，才能有效避免施工過程中的圖質(zhì)量差、二次變更，減少臨時修改路由或增加彎頭造成的接口數(shù)量增加，降低漏點隱患。首先要充分對城市規(guī)劃和區(qū)域發(fā)展情況進行總體把控，應(yīng)以區(qū)域總體規(guī)劃、城市總體規(guī)劃和鎮(zhèn)總體規(guī)劃為依據(jù)，應(yīng)與水資源規(guī)劃、水污染防治規(guī)劃、生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃和防災(zāi)規(guī)劃等相協(xié)調(diào)。還要對建設(shè)項目所在地進行詳細考察，做好地質(zhì)勘察，了解水文地質(zhì)條件、地下水源以及其生態(tài)環(huán)境等情況。其次為確保設(shè)計可行性，需要和有關(guān)建設(shè)管理部門進行溝通協(xié)調(diào)，如各市委辦局及其燃氣、電信、交通、熱力、綠化等各產(chǎn)權(quán)單位。盡最大限度做到管線布局和設(shè)計合理。同時了解拆遷進展及難度等問題。提前模擬施工實施，利用計算機將抽象設(shè)計進行展示，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)計漏項及可優(yōu)化環(huán)節(jié)?？傊O(shè)計人員除嚴(yán)格執(zhí)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計外，還應(yīng)更好的將理論聯(lián)系實際。

3.2 嚴(yán)格把關(guān)材料質(zhì)量與施工過程

重視供水工程管網(wǎng)改造及維修等工作，采取科學(xué)的方案，做好相應(yīng)的規(guī)劃，確保材料的選擇符合標(biāo)準(zhǔn)，并且嚴(yán)格把控施工過程。管網(wǎng)更新改造與維修的時候，使用的管材必須符合國家的相關(guān)規(guī)定與要求，要選擇質(zhì)量過硬的產(chǎn)品，安裝的時候要根據(jù)相應(yīng)的操作規(guī)范進行。完善基本的管線工程更新及驗收制度，對材料和施工質(zhì)量的不合格情況進行嚴(yán)格審查，及時優(yōu)化供水工程管網(wǎng)建設(shè)。有計劃地對管網(wǎng)進行更新改造是控制漏損的有效措施之一，主要包括3 種方法：第一，拆除舊管敷設(shè)新管；第二，在大管內(nèi)套口徑較小的管道；第三，對舊管進行刮管涂襯。在實際操作過程中，相關(guān)人員結(jié)合實際情況進行技術(shù)手段的選擇與應(yīng)用，具體案例具體分析。其中用水泥砂漿對管道內(nèi)壁進行噴涂是最經(jīng)濟的方法。如灰口鑄鐵管用水泥砂漿噴涂后除了能避免管道內(nèi)壁結(jié)垢和管道內(nèi)出現(xiàn)黃水現(xiàn)象外，還可延長其使用壽命。鋼管出現(xiàn)部分破損時，工作人員需要對其實際強度進行判斷，當(dāng)內(nèi)部的強度可以達到使用的情況下，還可以在內(nèi)部噴灑混凝土漿料，可以很好的堵住由于腐蝕造成的細小泄漏，從而避免管線的進一步侵蝕，這對我國可持續(xù)發(fā)展也會產(chǎn)生積極的促進作用。

3.3 采用分區(qū)管控、定期檢測和維護

管理具有測量區(qū)域、壓力區(qū)域和控制區(qū)域組合概念的區(qū)域。第一部分是測量區(qū)(DMA)，有小、中、大三個尺度，相應(yīng)的家庭數(shù)量少于1000，1000-3000，3000-5000。通過區(qū)域測量，通過測量數(shù)據(jù)，可以直觀地確定及時檢測到管子爆炸和泄漏的位置，然后及時有效地修復(fù)和修復(fù)缺失的位置。在壓力分割的情況下，總用水量、總產(chǎn)量、總損失在年終統(tǒng)計中總是很容易獲得和整合的，更直觀。但是，將街區(qū)的位置區(qū)域分為多個部分，很難收集和記錄具體的水文學(xué)信息。每一集都受到壓力。因此，城市地形知識和所有地區(qū)的局部供水可以有效地緩解整個管網(wǎng)的水壓。最后是控制部分。面積管理的最佳方法是通過鐵路、道路等一系列自然地理條件或邊界符號劃分地塊，從而簡化小地塊面積管理的困難。監(jiān)測、持續(xù)實時監(jiān)測聽地面聲音，比較觀察管網(wǎng)漏水的老方法。雖然還在使用，但缺點也很明顯。噪音對他影響很大。一般來說，夜深人靜的時候，負責(zé)人可以進行檢查，反饋信息有限，效率很低。儀器的準(zhǔn)確性和技術(shù)人員的工作能力對監(jiān)測結(jié)果有重要影響。隨著新的智能技術(shù)的發(fā)展，古代聽力測試被廢棄了。自動化管道網(wǎng)絡(luò)可以通過發(fā)射電磁波或水分子的管道內(nèi)部的金屬布線，甚至移動微型機器人等新發(fā)明進行實時監(jiān)控，但目前成本更高，更難獲得。但是隨著高科技的現(xiàn)代化，管網(wǎng)泄漏的智能檢測和控制技術(shù)將越來越成熟。智能電網(wǎng)泄漏檢測的長期效益非常顯著，大大減少了損失。通過管網(wǎng)數(shù)據(jù)的智能預(yù)測，徑流預(yù)測包括遺傳算法、螞蟻算法、替代貝葉斯公式、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)理論等多種算法公式。不斷分析數(shù)據(jù)，并提供泄漏概率預(yù)測報告。在重大泄漏發(fā)生之前，及時進行維護和修理。通過更智能的管理減少人工技術(shù)的錯誤，通過大數(shù)據(jù)探索規(guī)律。

3.4 嚴(yán)格控制施工質(zhì)量

（1）選擇相應(yīng)的支管，并盡可能使用間隙；（2）下水道應(yīng)盡可能遠離排水溝；（3）安裝前仔細檢查管道的質(zhì)量。使用球墨鑄鐵時，您可以執(zhí)行以下操作:觀察、敲門、聆聽和判斷聲音是否合適；（4）施工嚴(yán)格按照有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)進行。想像一個圓珠筆的例子，每次連接時都會檢查橡皮環(huán)并確保它的完整性。橡膠環(huán)應(yīng)安裝在密封孔中，插頭插座必須正確，旋轉(zhuǎn)角度必須正確。重要元件，例如擋板、彎管等。用混凝土固定；（5）填縫基礎(chǔ)還必須按照規(guī)定進行，以便填縫基礎(chǔ)保持平整。多層充填、堆疊列印品質(zhì)、低于95%壓縮；（6）管溝回填工程中不得野蠻使用機械設(shè)備。根據(jù)規(guī)范要求，0.7m 管道底部和頂部采用人工回填，其他回填采用機器回填。但是，兩邊同時，樓層高度不能超過0.2m，管道頂部以上0.4m 范圍內(nèi)的土不能機械夯實，管道損壞，防止?jié)B漏。

3.5 提高管理性方法的應(yīng)用

第一，改善主要用水單位的控制。在泄漏控制過程中，要將主動預(yù)防和被動維護有機結(jié)合起來。尤其是在一些“龍須臺”企業(yè)中。要建立完整的漏電保護機制，在檢測水位表異常的同時，選擇水平平衡檢測技術(shù)，發(fā)現(xiàn)可能發(fā)生的“兩個管道跳閘”現(xiàn)象。其次，完善用水量統(tǒng)計機制，防止系統(tǒng)誤差和隨機誤差造成的額外成本，建立合理的統(tǒng)計體系，防止用水量統(tǒng)計的泄漏和誤航問題，控制供水管道的泄漏率。數(shù)量計也要盡量引進先進產(chǎn)品，保證測量結(jié)果的準(zhǔn)確性。對于一些無償用水行為，可以建立合理的測量機制，例如在消火栓上安裝計量計，引導(dǎo)灑水裝置。第三，改善供水巡邏制度(如違反水或拖欠水費等)會對供水企業(yè)產(chǎn)生一定影響，甚至?xí)?dǎo)致輸電網(wǎng)泄漏。因此，要與執(zhí)法機關(guān)協(xié)調(diào)，避免違法行為，提高警告力度。

3.6 開展專業(yè)培訓(xùn)活動，建立供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)

對于相關(guān)的人員，應(yīng)該做好科學(xué)的培訓(xùn)和指導(dǎo)，尤其是管道維護人員，更應(yīng)該接受專業(yè)的作業(yè)培訓(xùn)和技能培訓(xùn)等，使得管道搶修的基本質(zhì)量明顯提升，還可加快維修速度。對此相關(guān)企業(yè)需要重視人員培訓(xùn)工作，定期開展專業(yè)技能培訓(xùn)，促使工作人員專業(yè)水平得到提高。同時城市漏損率較高原因有許多種，其中以設(shè)備、積水水平落后與投入不足為主要原因，因此為了能夠改善這一現(xiàn)狀，需要不斷提高工作人員專業(yè)水平，并加強先進設(shè)備投入力度，合理應(yīng)用先進技術(shù)，例如GPRS 與GIS 技術(shù)，實現(xiàn)整個城市供水管網(wǎng)實時監(jiān)測控制，從而可以在短時間內(nèi)發(fā)現(xiàn)供水管網(wǎng)問題，防止爆管現(xiàn)象發(fā)生，防患于未然。

4、管網(wǎng)漏損檢測方法

4.1 音聽法

音聽法是目前管網(wǎng)中常用的泄漏檢測方法，分為閥門監(jiān)聽和地面監(jiān)聽。技術(shù)人員使用監(jiān)聽器和電子放大監(jiān)聽器，檢測閥門、火災(zāi)探測器和管道暴露中管道泄漏引起的泄漏聲音。該方法設(shè)備簡單，效果好，性價比高。缺點是環(huán)境噪音對清法的影響很大，很大程度上取決于工作人員的經(jīng)驗。

4.2 紅外光譜(I R)法

當(dāng)機體表面溫度大于零度時，電磁波就會發(fā)射，電磁波輻射和波長分布的特性隨溫度變化。管道泄漏時泄漏區(qū)域的溫度也會發(fā)生變化。使用紅外接口熱成像方法確定溫度變化，以確定管網(wǎng)中的泄漏點。本文研究了不同條件下紅外光譜實際檢測泄漏的效率。除了其他三個地點的天氣和照明條件的影響外，還考慮到鄰近污水管道的存在和紅外攝像機的移動對泄漏效率的影響。此方法不需要挖方，且簡單，但由于天氣、土壤和道路條件，并非所有城市都提供此方法。

4.3 相關(guān)儀法

該方法基于利用消聲器技術(shù)檢測管網(wǎng)泄漏流量。該原理是，當(dāng)泄漏的液體通過通道速度傳輸?shù)墓艿佬孤r產(chǎn)生聲信號，安裝在通道外墻其他地方的聲傳感器可以接收聲信號。泄漏的確切位置是通過兩個傳感器之間的管道距離和兩個聲信號之間的時間差計算出來的。由于此方法對環(huán)境噪聲影響很大，因此作者可以通過使用直通濾鏡消除噪聲效果來獲得更好的效果。該方法具有檢測精度高、定位精度高的優(yōu)點，但必須從打開的管道中檢索。

4.4 智能球

Smart Ball 是加拿大采購科技公司開發(fā)的消聲器。機箱內(nèi)裝有電源、聲傳感器、旋轉(zhuǎn)傳感器和脈沖發(fā)生器，安裝在彈殼上裝有泡沫塑料子彈，以減少在移動過程中與通道壁碰撞引起的聲波。智能球的基本缺陷在于，智能球在網(wǎng)絡(luò)上的位置是由超聲參考接收機在流過脈沖發(fā)生器時接收超聲波信號的時間決定的。同時，智能球中的聲學(xué)傳感器接收泄漏產(chǎn)生的聲波信號。當(dāng)一個智能球從遠處到達泄漏點時，噪聲信號也弱到強。

4.5 數(shù)據(jù)驅(qū)動方法

采用數(shù)據(jù)驅(qū)動模型識別泄漏的過程是提取大量水力數(shù)據(jù)和非泄漏數(shù)據(jù)，然后進行統(tǒng)計分析和評估。然后，您可以使用反饋信息確定當(dāng)管網(wǎng)中的管道泄漏或分解時監(jiān)視數(shù)據(jù)的規(guī)則特征。存在監(jiān)視特征時爆炸是可疑的。描述了矢量設(shè)備在供水系統(tǒng)時間序列分析中的應(yīng)用。通過對壓力和流量數(shù)據(jù)進行調(diào)查和分析，您可以在線監(jiān)控傳感器損壞、管道泄漏、管道炸彈等情況。對于大型復(fù)雜的管網(wǎng)，這是當(dāng)前建模方法中最精確的方法。但是，如果該方法不將液壓模型解釋為數(shù)據(jù)證明，而只依賴于數(shù)理統(tǒng)計模型，則與實際液壓情況可能有很大差異。

結(jié)語：

措施的實施直接取決于自來水管故障控制策略的制定。所有員工都了解泄漏的組成部分和數(shù)量，并知道流程的進一步發(fā)展可以減少泄漏，從而為公司帶來巨大的潛在利益。在明確的業(yè)務(wù)目標(biāo)和準(zhǔn)則指導(dǎo)下，有針對性地制定科學(xué)可行的控制戰(zhàn)略，包括技術(shù)和行政行為，是供水企業(yè)深入控制水管波動率從而改善企業(yè)管理的指導(dǎo)工具。