（土木工程专业论文）供水管网爆管分析方法与预防技术研究.pdf

摘要 摘要 国内外城市的发展表明，城市的规模越大、功能越多，它潜在的风险就越大，即城 市基础设施、公共卫生、 通讯等任何一个方面出 现问 题， 都会威胁城市公共安全。 城市 供水管网系统是城市重要的基础设施之一， 但近年来呈现出爆管事故频率增加、 规模扩 大、 危害程度加剧的发展趋势。目 前， 对于管网爆管尚 缺乏有效的安全保障技术和事故 快速处理能力， 供水安全问题日益突出，己 直接影响城市公共安全。本文基于数据挖掘 的思想对爆管分析方法进行了 研究，为提高爆管分析水平， 及提出有效的、以 信息化技 术为主的预防爆管措施提供思路。 随着供水企业信息化水平的逐步提高， 为爆管研究提供了更为丰富的数据资源。 本 文对爆管分析方法及爆管预测模型进行了较为全面的阐述，确定了 爆管分析步骤。 传统 统计分析方法是爆管研究的重要手段， 同时管道生存分析及爆管空间分析等方法是爆管 研究的新兴分析方法， 可以充分利用数据资源寻求更多的爆管规律， 为管网管理提供决 策依据; 建立爆管预测模型可以 量化爆管规律， 从而使爆管研究从定性分析转向定量分 析，为建立供水管网安全决策支持系统提供模型支持。以s h市管网为研究实例，首先 以传统统计方法分析爆管发生的影响因素及一般规律， 然后采用生存分析方法和g i s 空 间分析方法进一步分析了爆管发生与管龄的关系、 爆管的空间分布规律， 得到了若千较 有价值的结论。 针对供水管网爆管事故预防提出了两类措施， 即爆管预防主动措施和被 动措施。 在主动措施中提出建立供水管网安全运行信息化管理平台的设想， 并对供水管 网爆管预警系统的构成与功能模块进行了划分， 初步建立了供水管网爆管预警系统的基 本框架。最后，以s h 市a 供水区为例提出了该区爆管预防方案。 关键词:给水管网，爆管，数据挖掘，预防措施，信息化，安全运行 英文摘要 abs t r act t h e d e v e l o p m e n t p r o c e s s e s o f a l l c it i e s i n t h e w o r l d h a v e i n d i c a t e d t h a t t h e l a r g e r i s t h e c i t y , t h e m o r e p o t e n t i a l r i s k s a r e t h e r e . i f a n y o f t h e c i t y s i n fr a s t r u c t u r e s , o r p u b l i c h e a l t h o r c o m m u n i c a t i o n s y s t e m s e t c . c o m m i t s a n e r r o r , t h e p u b l i c s e c u r i t y s h o u l d b e i m p e r i l e d . wa t e r d i s t r i b u t i o n s y s t e m i s o n e o f t h e m o s t i m p o r t a n t i n fr a s t r u c t u r e s i n a c i t y , b u t i t i s s h o w n t h a t i n r e c e n t y e a r s , t h e fr e q u e n c y o f p i p e b u r s t s i s i n c r e a s i n g , a n d t h e s c a l e s o f b u r s t s a r e e x p a n d in g , w i t h t h e h a r m f u l n e s s a g g r a v a t i n g . n o w , f o r l a c k o f e ff e c t i v e e n s u r i n g t e c h n i q u e s , p i p e b u r s t s h a v e b e c o m e s e r i o u s p r o b l e m s , w h i c h h a v e d i r e c t l y t h r e a t e n t h e w a t e r s a f e t y a n d e v e n t h e p u b l i c s e c u r i t y . t h i s d i s s e r ta t i o n i s d e v o t e d t o d e v e l o p m e n t o f p i p e b u r s t s a n a l y s i s m e t h o d s a n d i t s p r e v e n t i v e t e c h n i q u e s , b a s e d o n d a t a m i n i n g a n d i n f o r m a t i o n t e c h n i q u e s . wi t h t h e i m p r o v e m e n t o f i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y o f w a t e r s u p p l y e n t e r p r i s e s , t h e d a t a s o u r c e f o r p i p e b u r s t s a n a l y s i s i s m o r e a b u n d a n t t h a n b e f o r e . i n t h i s p a p e r , t h e p r o c e s s o f p i p e b u r s t a n a l y s i s i s s e t u p , a n d s e v e r a l a n a l y s i s m e t h o d s a n d p r e d i c t i v e m o d e l s a r e d e s c r i b e d i n d e t a i l s . t h e t r a d i t i o n a l m e t h o d o f s t a t i s t i c s i s s t i l l m o s t i m p o r t a n t t o o l s , b u t t h e n e w m e t h o d s , s u c h a s s u r v i v a l a n a l y s i s a n d s p a t i a l a n a l y s i s , a r e e v e n e s s e n t i a l t o fi n d m o r e rul e s o f p i p e b u r s t s i n w a t e r d i s t r i b u t i o n s y s t e m . e s t a b l i s h i n g p r e d i c t i v e m o d e l s c o u l d q u a n t i t a t e t h e ru l e s o f p i p e b u r s t s , a n d m a k e p i p e b u r s t s a n a l y s i s fr o m q u a l i t a t i v e a n a l y s i s t o q u a n t i t a t i v e a n a l y s i s , w h i c h w i l l p r o v i d e m a t h e m a t i c a l m o d e l s t o d e c i s i o n - m a k i n g s y s t e m s . t a k i n g t h e w a t e r d i s t r i b u t i o n n e t w o r k o f t h e c i t y o f s h a s a n e x a m p l e , t h e t r a d i t i o n a l m e t h o d o f s t a t i s t i c s , s u r v i v a l a n a l y s i s a n d g i s s p a t i a l a n a l y s i s m e t h o d s a r e a p p l i e d f o r p i p e b u r s t s a n a l y s i s , a n d s o m e v a l u a b l e r e s u l t s a r e o b t a i n e d . a s t o p i p e b u r s t s p r e v e n t i v e t e c h n i q u e s , t w o k i n d s o f m e a s u r e s a r e p u t f o r w a r d , t h e a c t i v e m e a s u r e s a n d t h e p a s s i v e m e a s u r e s . t h e a c t iv e m e a s u r e s m a i n l y i n c l u d e t h e f i r s t c o n c e i v e d i d e a o f s e tt i n g u p a n in f o r m a t i o n - b a s e d p l a t f o r m f o r s a f e o p e r a t io n o f w a t e r d i s t r i b u t i o n s y s t e m s , a n d a fr a m e w o r k o f e a r l y w a rni n g s y s t e m o f p i p e b u r s t s i s e s t a b l i s h e d . f i n a l l y , a p r a c t i c a l l y m e t h o d o l o g y f o r p r e v e n t i o n o f p ip e b u r s t s o f c i t y s h i s p r o p o s e d k e y wo r d s : w a t e r d i s t r i b u t i o n s y s t e m s , p i p e i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y , s a f e o p e r b u r s t s , d a t a m i n i n g , p r e v e n t i v e t e c h n i q u e s , a t i o n 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、保存、使用学位论文的规定 同意如下各项内容:按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版 本;学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、 扫描、 数字化或其它手段保存论文; 学校有权提供目 录检索以及提供 本学位论文全文或者部分的阅览服务; 学校有权按有关规定向国家有 关部门或者机构送交论文的复印件和电子版; 在不以赢利为目的的前 提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学 位 论 文 作 者 签 名 : 坏芳 2 0 0 5年 乡月 l 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明: 所呈交的学位论文， 是本人在导师指导下， 进行 研究工作所取得的成果。 除文中己 经注明引用的内容外， 本学位论文 的研究成果不包含任何他人创作的、 已公开发表或者没有公开发表的 作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集 体， 均己在文中以明确方式标明。 本学位论文原创性声明的法律责任 由本人承担。 1- 才 丁兰 -6: 净 必 2 o o s年 多 月/ 日 第 1 章 绪论 第 1 章绪论 1 . 1引言 世界城市发展的一般规律表明，人均g d p 超过 1 0 0 0 美元时，城市化进程进入成长 期，当人均g d p 超过 3 0 0 0 美元时， 城市化进程进入高速成长 期。 个国家和地区的人 均g d p 处于1 0 0 0 美元一3 0 0 0 美元的发展阶段时，就进入 “ 非稳定状态”的危机频发期 n l 。 进入新世纪以 来， 我国的人均g d p 突破1 0 0 。 美元， 相当数量的大城市人均g d p 已 经 达到或超过 3 0 0 0美元，这标志着我国城市进入快速建设期和发展期，我国大中城市也 同时迈入了 “ 非稳定状态”的危机频发期。 据统计， 2 0 世纪九 卜 年代的中国， 各类灾害 损失占 到全球损失的近1 / 4 ，而其中有近8 0 % 发生在城市及其社区中 n 城市安全是指城市在生态环境、经济、社会、文化、 人身健康、资源供给等方面保 持的一种动态稳定与协调状态， 以及对自 然灾害和社会与经济异常或突发事件干扰的一 种抵御能力。 中国城市 “ 十一五”核心问题研究报告指出， “ 十一五”时期，我国将 进入突发性事件高发期，尤以城市安全问题最为突出。 在此时期，我国城市基础设施建 设的重点将转向环境与生态安全，高度重视城市基础设施的安全功能，在继续完善水、 电、 气等服务设施的安全保障的同时，加强地震、火灾、风灾、洪水、地质破坏、传染 病及其它新城市灾害的防灾减灾设施和系统的建设。 城市供水管网系统是城市重要的基础设施之一， 是当前城市基础设施建设的重点领 域。 近 2 0 年来， 我国供水行业经过迅速发展， 城市供水普及率己达到 9 5 0% ， 城市供水能 力和用水量分别增长了4 . 0 和2 . 5 倍，已基本地满足了城市发展和提高居民生活水平的 需求。 在此期间， 根据城市发展需求还改扩和新建了许多供水管网， 据 ( 2 0 0 4 年城市供 水统计年鉴 ，全国5 9 3 个城市中，供水管道总长度 ( d n 7 5 m m以上)为2 2 3 3 8 0 . 0 4 k m , 平均日 供水总量达 7 2 3 5 . 2 7万m / d 。 但是，目 前普遍存在的问 题是:我国 各城市现 役供水系统管网日益老化， 管网更新改造速度相对较慢、 更新改造的技术水平和管网管 理水平较低，以及各种环境因素或人为因素对管网造成的破坏性影响，导致管网漏损和 爆管事故率高， 事故规模扩大，危害程度加剧的发展趋势。日前，对于管网爆管尚 缺乏 有效的安全保障技术和事故快速处理能力，已成为日益突出的供水安全问题，并直接影 响城市公共安全。 2 爆管事故的危害 由 于供水管网系统分布于整个城市， 系统庞大且隐蔽性强、 外部干扰因素多， 且管 道自身材料质量和安装质量差异较大，容易发生爆管事故。近年来， 我国各地供水管道 第 1 章 绪论 第 1 章绪论 1 . 1引言 世界城市发展的一般规律表明，人均g d p 超过 1 0 0 0 美元时，城市化进程进入成长 期，当人均g d p 超过 3 0 0 0 美元时， 城市化进程进入高速成长 期。 个国家和地区的人 均g d p 处于1 0 0 0 美元一3 0 0 0 美元的发展阶段时，就进入 “ 非稳定状态”的危机频发期 n l 。 进入新世纪以 来， 我国的人均g d p 突破1 0 0 。 美元， 相当数量的大城市人均g d p 已 经 达到或超过 3 0 0 0美元，这标志着我国城市进入快速建设期和发展期，我国大中城市也 同时迈入了 “ 非稳定状态”的危机频发期。 据统计， 2 0 世纪九 卜 年代的中国， 各类灾害 损失占 到全球损失的近1 / 4 ，而其中有近8 0 % 发生在城市及其社区中 n 城市安全是指城市在生态环境、经济、社会、文化、 人身健康、资源供给等方面保 持的一种动态稳定与协调状态， 以及对自 然灾害和社会与经济异常或突发事件干扰的一 种抵御能力。 中国城市 “ 十一五”核心问题研究报告指出， “ 十一五”时期，我国将 进入突发性事件高发期，尤以城市安全问题最为突出。 在此时期，我国城市基础设施建 设的重点将转向环境与生态安全，高度重视城市基础设施的安全功能，在继续完善水、 电、 气等服务设施的安全保障的同时，加强地震、火灾、风灾、洪水、地质破坏、传染 病及其它新城市灾害的防灾减灾设施和系统的建设。 城市供水管网系统是城市重要的基础设施之一， 是当前城市基础设施建设的重点领 域。 近 2 0 年来， 我国供水行业经过迅速发展， 城市供水普及率己达到 9 5 0% ， 城市供水能 力和用水量分别增长了4 . 0 和2 . 5 倍，已基本地满足了城市发展和提高居民生活水平的 需求。 在此期间， 根据城市发展需求还改扩和新建了许多供水管网， 据 ( 2 0 0 4 年城市供 水统计年鉴 ，全国5 9 3 个城市中，供水管道总长度 ( d n 7 5 m m以上)为2 2 3 3 8 0 . 0 4 k m , 平均日 供水总量达 7 2 3 5 . 2 7万m / d 。 但是，目 前普遍存在的问 题是:我国 各城市现 役供水系统管网日益老化， 管网更新改造速度相对较慢、 更新改造的技术水平和管网管 理水平较低，以及各种环境因素或人为因素对管网造成的破坏性影响，导致管网漏损和 爆管事故率高， 事故规模扩大，危害程度加剧的发展趋势。日前，对于管网爆管尚 缺乏 有效的安全保障技术和事故快速处理能力，已成为日益突出的供水安全问题，并直接影 响城市公共安全。 2 爆管事故的危害 由 于供水管网系统分布于整个城市， 系统庞大且隐蔽性强、 外部干扰因素多， 且管 道自身材料质量和安装质量差异较大，容易发生爆管事故。近年来， 我国各地供水管道 第 1 章 绪论 爆管事故带来的 各种直接或间接损失触目 惊心。 例如， 北京市自 来水公司于1 9 7 4 -1 9 7 5 年间 敷设的d n 1 2 0 0 m m 连续灰铸铁管5 8 4 3 m ， 由 于在施工试压时发生多次爆管， 达不到设 计 和 使 用 标 准， 结 果 全线 拆 除， 换 用 钢 管， 损失3 5 0 万 元3 ; 天 津市自 来 水公 司 1 9 8 7 年黑牛城道的d n 1 2 0 0 m m 连续灰铸铁管， 一次爆管淹没农田 赔偿达3 0 万元， 后因多次爆 管被迫改 为钢管j3 ; 上海四 平路的d n 1 5 0 0 m m 的 灰铸铁管， 1 9 7 7 年 投产通水后， 在1 9 8 2 . 1 9 8 5 . 1 9 8 6 年前后，连续三次发生特大爆管，共有1 6 4 3 户居民进水受淹，一批工厂停 产， 马 路 积 水 及 膝， 交 通中 断， 直 接经 济 损失 近8 0 0 万 元t3 ; 2 0 0 3 年8 月1 6 日 ， 哈 尔 滨市 “ 人和世纪广场”地下工程由于水管爆裂发生塌方事故， 造成1 3 人死亡， 8 人受伤; 南京中华门内西干长巷地下一直径近 1 0 0 0 m m的自 来水总管突然爆裂，强大的水流冲塌 民房4 间， 6 人受伤， 几户居民的家产冲入3 0 多米外的护城河内， 同时造成该路段交通 瘫痪，等等。 其次， 供水管道爆管事故也是供水水质不安全因素之一。 爆管事故可能首先导致管 网 局部水质降低， 如不迅速加以 有效控制， 不符合水质标准的水经过管网 转输作用， 水 质污染范围迅速扩大， 最终可能导致大范围的水致疾病的爆发。 据资料显示， 在过去的 十几年中， 美国2 4 %的水致疾病爆发与水处理过程无关， 而与供水管网系统的水质污染 有关。 例如， 在m i s s o u r i州的c a b o o l 区， 在1 9 8 9 年1 2 月到1 9 9 0 年的1 月2 0 日间， 居民 和旅游者中 发生了2 4 0 例痢疾, 6 例死亡， 其原因 就是管道爆裂和水表更换引 起的管 网 水 质 污 染 叫 。 总结爆管事故带来的众多危害，可以分为以下两种: ( 1 ) 直接危害 直接危害包括:功 服务区断水，给人们的生产生活带来不便; 2 ) 大量的水溢流到 路面， 既造成水资源的浪费， 也影响正常的生产和生活， 例如影响交通; 有压的水流可 能涌入民居、厂房、仓库或地下室等， 造成经济财产损失，甚至危害人身安全;3 ) 造 成管网局部水质降低。 ( 2 ) 间 接危害 间接危害包括:7 ) 溢出的水流浸泡管道基础、建筑物地基或地下工程设施，形成 事故隐患，可能造成重大事故，导致生命财产的重大损失;2 )由于事故断水导致重要 用户的停水， 例如医院或其他重要生产部门，间接导致生命财产损失;3 )由管网爆管 带来各种损失，要求供水部门给予赔偿或向保险公司索赔，亦可能会导致社会纠纷. 1 . 3 爆管事故研究的目的和意义 我国政府和供水企业十分重视城市供水安全工作，中华人民共和国建设部建城 2 0 0 3 1 7 1 号 文件 “ 关于进一步加强城市节约用水和保证供水安全工作的通知”明 确提 出 要加快供水管网改造、 要加强城市供水安全保障及应急系统建设、 要加强对城市节水 和供水安全工作的领导。 供水管网 爆管分析及预防关键技术研究以 提高 现有管网系统安 2 第 1 章 绪论 爆管事故带来的 各种直接或间接损失触目 惊心。 例如， 北京市自 来水公司于1 9 7 4 -1 9 7 5 年间 敷设的d n 1 2 0 0 m m 连续灰铸铁管5 8 4 3 m ， 由 于在施工试压时发生多次爆管， 达不到设 计 和 使 用 标 准， 结 果 全线 拆 除， 换 用 钢 管， 损失3 5 0 万 元3 ; 天 津市自 来 水公 司 1 9 8 7 年黑牛城道的d n 1 2 0 0 m m 连续灰铸铁管， 一次爆管淹没农田 赔偿达3 0 万元， 后因多次爆 管被迫改 为钢管j3 ; 上海四 平路的d n 1 5 0 0 m m 的 灰铸铁管， 1 9 7 7 年 投产通水后， 在1 9 8 2 . 1 9 8 5 . 1 9 8 6 年前后，连续三次发生特大爆管，共有1 6 4 3 户居民进水受淹，一批工厂停 产， 马 路 积 水 及 膝， 交 通中 断， 直 接经 济 损失 近8 0 0 万 元t3 ; 2 0 0 3 年8 月1 6 日 ， 哈 尔 滨市 “ 人和世纪广场”地下工程由于水管爆裂发生塌方事故， 造成1 3 人死亡， 8 人受伤; 南京中华门内西干长巷地下一直径近 1 0 0 0 m m的自 来水总管突然爆裂，强大的水流冲塌 民房4 间， 6 人受伤， 几户居民的家产冲入3 0 多米外的护城河内， 同时造成该路段交通 瘫痪，等等。 其次， 供水管道爆管事故也是供水水质不安全因素之一。 爆管事故可能首先导致管 网 局部水质降低， 如不迅速加以 有效控制， 不符合水质标准的水经过管网 转输作用， 水 质污染范围迅速扩大， 最终可能导致大范围的水致疾病的爆发。 据资料显示， 在过去的 十几年中， 美国2 4 %的水致疾病爆发与水处理过程无关， 而与供水管网系统的水质污染 有关。 例如， 在m i s s o u r i州的c a b o o l 区， 在1 9 8 9 年1 2 月到1 9 9 0 年的1 月2 0 日间， 居民 和旅游者中 发生了2 4 0 例痢疾, 6 例死亡， 其原因 就是管道爆裂和水表更换引 起的管 网 水 质 污 染 叫 。 总结爆管事故带来的众多危害，可以分为以下两种: ( 1 ) 直接危害 直接危害包括:功 服务区断水，给人们的生产生活带来不便; 2 ) 大量的水溢流到 路面， 既造成水资源的浪费， 也影响正常的生产和生活， 例如影响交通; 有压的水流可 能涌入民居、厂房、仓库或地下室等， 造成经济财产损失，甚至危害人身安全;3 ) 造 成管网局部水质降低。 ( 2 ) 间 接危害 间接危害包括:7 ) 溢出的水流浸泡管道基础、建筑物地基或地下工程设施，形成 事故隐患，可能造成重大事故，导致生命财产的重大损失;2 )由于事故断水导致重要 用户的停水， 例如医院或其他重要生产部门，间接导致生命财产损失;3 )由管网爆管 带来各种损失，要求供水部门给予赔偿或向保险公司索赔，亦可能会导致社会纠纷. 1 . 3 爆管事故研究的目的和意义 我国政府和供水企业十分重视城市供水安全工作，中华人民共和国建设部建城 2 0 0 3 1 7 1 号 文件 “ 关于进一步加强城市节约用水和保证供水安全工作的通知”明 确提 出 要加快供水管网改造、 要加强城市供水安全保障及应急系统建设、 要加强对城市节水 和供水安全工作的领导。 供水管网 爆管分析及预防关键技术研究以 提高 现有管网系统安 2 第 1 章 绪论 全运行管理水平为目 标， 是供水管网安全运行管理的重要基础。 本课题研究目 的在于 通 过供水管网爆管事故分析与预防关键技术的研究， 探索爆管分析的方法， 揭示爆管发生 的内 在规律，为提高供水管网爆管事故的预测、 预防和快速反应及事故处理能力， 有效 降低爆管事故发生率和事故损失， 提供可靠依据及技术支持; 对采用信息化技术加强管 网运行管理， 建立供水管网安全运行预等系统， 实现供水管网安全信息化管理、 提高供 水安全水平提供思路。 供水管网爆管事故研究对有效预防和消除管网爆管事故的发生， 加强供水管网运行 安全可靠性将发挥重要作用。 有效的爆管分析可以为管网管理、 维护和更新改造优化方 案提供可靠依据，具有重要的社会效益、环境效益和经济效益。 4论文研究内容 由 于供水管网规模庞大， 全面的爆管事故资料收集难度较大， 且小口 径管道爆管事 故影响较小，所以本课题研究的对象主要是供水管网中d n 3 0 0 及以上的主干管段。 主要研究内容为: . 总结分析国内外供水管道爆裂事故分析与预防的 研究成果 供水管网爆管问题是当前国内外供水部门普遍面临的问题， 许多研究者已 在该领域 进行了 较长时间的 研究， 取得了 颇有价值的研究成果， 研制开发了 相关计算机软件， 并 应用到实际管网管理中，使爆管问题在一定程度上得到了控制。 . 供水管网爆管分析方法研究及应用 我国供水管网爆管分析一般以传统的定性分析方法为主，获得的信息相对较缺乏。 本研究建立爆管分析研究的步骤，提出供水管网爆管分析定量分析方法。以s h 市a 供 水区和b 供水区所辖管网为例， 采用多种分析方法，如传统统计分析方法及空间分析等 方法，分析和探讨s h 市供水管网爆管的规律和原因。 . 预防爆管主要对策研究 供水管网爆管问题的预防涉及诸多方面， 包括各种规范和制度的完善， 管网管理水 平的提高， 如管网压力的合理调度、管网监控技术的加强等等。 对于供水管网爆管事故 预防提出了 两类措施， 即爆管预防主动措施和被动措施， 本研究将从供水管网爆管防治 主动措施和被动措施两方面入手，以加强供水管网安全运行信息化管理为重点， 提出爆 管事故的预防对策。 第 1 章 绪论 全运行管理水平为目 标， 是供水管网安全运行管理的重要基础。 本课题研究目 的在于 通 过供水管网爆管事故分析与预防关键技术的研究， 探索爆管分析的方法， 揭示爆管发生 的内 在规律，为提高供水管网爆管事故的预测、 预防和快速反应及事故处理能力， 有效 降低爆管事故发生率和事故损失， 提供可靠依据及技术支持; 对采用信息化技术加强管 网运行管理， 建立供水管网安全运行预等系统， 实现供水管网安全信息化管理、 提高供 水安全水平提供思路。 供水管网爆管事故研究对有效预防和消除管网爆管事故的发生， 加强供水管网运行 安全可靠性将发挥重要作用。 有效的爆管分析可以为管网管理、 维护和更新改造优化方 案提供可靠依据，具有重要的社会效益、环境效益和经济效益。 4论文研究内容 由 于供水管网规模庞大， 全面的爆管事故资料收集难度较大， 且小口 径管道爆管事 故影响较小，所以本课题研究的对象主要是供水管网中d n 3 0 0 及以上的主干管段。 主要研究内容为: . 总结分析国内外供水管道爆裂事故分析与预防的 研究成果 供水管网爆管问题是当前国内外供水部门普遍面临的问题， 许多研究者已 在该领域 进行了 较长时间的 研究， 取得了 颇有价值的研究成果， 研制开发了 相关计算机软件， 并 应用到实际管网管理中，使爆管问题在一定程度上得到了控制。 . 供水管网爆管分析方法研究及应用 我国供水管网爆管分析一般以传统的定性分析方法为主，获得的信息相对较缺乏。 本研究建立爆管分析研究的步骤，提出供水管网爆管分析定量分析方法。以s h 市a 供 水区和b 供水区所辖管网为例， 采用多种分析方法，如传统统计分析方法及空间分析等 方法，分析和探讨s h 市供水管网爆管的规律和原因。 . 预防爆管主要对策研究 供水管网爆管问题的预防涉及诸多方面， 包括各种规范和制度的完善， 管网管理水 平的提高， 如管网压力的合理调度、管网监控技术的加强等等。 对于供水管网爆管事故 预防提出了 两类措施， 即爆管预防主动措施和被动措施， 本研究将从供水管网爆管防治 主动措施和被动措施两方面入手，以加强供水管网安全运行信息化管理为重点， 提出爆 管事故的预防对策。 第z 章 国内外供水管网爆管分析研究进展 第2 章 国内外供水管网爆管分析研究进展 2 . 1 国内研究现状 加快供水管网 现代化管理技术发展， 提高供水水质安全、 设施运行安全和防灾技术 水平己经成为我国城市供水管理部门及科研单位研究的重要研究内容。 对供水管网爆管 规律的掌握和深入的爆管机理分析研究是解决爆管问题的前提， 是提高管网安全可靠性 的关键，我国研究者己经在该方向上开展了不少研究工作，取得了一些成果。 上海市自 来水公司曹增万13 1 等在上世纪九十年代初，收集了上海地区 1 9 8 4 -1 9 8 6 年及 1 9 8 8 - 1 9 9 1 年的爆管统计资料，并根据我国其它城市的调研情况，对爆管统计规 律及爆管原因进行了比 较详细的分析和论述，从供水管材的选用、铸铁管接口的改进、 管道工程设计等方面提出 预防爆管的对策。 西北建筑工程学院赵乱成【6 1 分析归纳了 爆管 事故的若干原因 ( 重点论述了温变应力导致的爆管事故) ，解释了爆管发生的一些统计 规律，并提出了 相应的预防对策。上海原水股份有限公司沈之基17 1 提出 埋设铸铁管受力 一般包括受内压引起的环向拉应力、 外压引起的环向弯曲应力、 温度变化引起的纵向拉 应力、 管基不均匀沉降或土体位移引起的纵向弯曲 应力或承口开裂应力， 并认为可以 通 过分析和计算来确定管线的薄弱环节， 从而判定管线是否有爆裂危险及危险程度。 余承 烈等【5 ， 归纳总结了 爆管发生的内因和外因， 认为水锤是引 起爆管主要内因，管材质量是 导致爆管的主要外因。 清华大学土木系朱东海18 1 基于人工神经元网 络原理，结合城市给 水管网室内 模型试验研究， 通过 b p神经网络模型的模式分类和辨别功能，对城市给水 管网 爆管点的动态定位进行了 研究。 武汉水务集团有限公司王萍1- 1 等从管道维护一记 录中 分析管道爆裂的统计规律，为管道的更新改造提供依据。 当前， 我国的部分供水企业己经建立或者正在建立供水管网信息管理系统， 例如沈 阳市供水管网地理信息系统、 南京供水管网地理信息管理系统、 广州市供水管网地理信 息系统等，已不同程度地实现了对管网进行信息化管理的一些基本功能， 如实现综合管 网普查结果的图形数据和属性数据快速入库、 图形数据分层等g i s 数据库建立及维护功 能、管网用户管理功能、管网工况模拟功能、管网规划功能、管网辅助设计功能等。已 经建成或正在构建的供水管网信息管理系统大多数是通过g i s 的集成，使管网图形库、 属性数据库融为一体，不仅图文并茂、准确高效， 而且易于动态更新，从而提高了管网 管理工作的效率和质量， 初步实现了供水管网的信息化管理。 然而， 对于供水管网维护 和事故分析及处理功能还很不完善， 一般只是停留在建立管网维护记录数据库， 不具备 对已 有的维护数据进行分析和利用的功能; 在已知爆管管段或漏水地点的情况下， 能实 现迅速、 合理地确定关阀方案， 并生成受影响用户报表， 若某个应关阀门出现故障无法 关闭， 可迅速制订出二级关阀方案，使爆管造成的用水影响降低到最小。实际上，只是 a 第z 章 国内外供水管网爆管分析研究进展 第2 章 国内外供水管网爆管分析研究进展 2 . 1 国内研究现状 加快供水管网 现代化管理技术发展， 提高供水水质安全、 设施运行安全和防灾技术 水平己经成为我国城市供水管理部门及科研单位研究的重要研究内容。 对供水管网爆管 规律的掌握和深入的爆管机理分析研究是解决爆管问题的前提， 是提高管网安全可靠性 的关键，我国研究者己经在该方向上开展了不少研究工作，取得了一些成果。 上海市自 来水公司曹增万13 1 等在上世纪九十年代初，收集了上海地区 1 9 8 4 -1 9 8 6 年及 1 9 8 8 - 1 9 9 1 年的爆管统计资料，并根据我国其它城市的调研情况，对爆管统计规 律及爆管原因进行了比 较详细的分析和论述，从供水管材的选用、铸铁管接口的改进、 管道工程设计等方面提出 预防爆管的对策。 西北建筑工程学院赵乱成【6 1 分析归纳了 爆管 事故的若干原因 ( 重点论述了温变应力导致的爆管事故) ，解释了爆管发生的一些统计 规律，并提出了 相应的预防对策。上海原水股份有限公司沈之基17 1 提出 埋设铸铁管受力 一般包括受内压引起的环向拉应力、 外压引起的环向弯曲应力、 温度变化引起的纵向拉 应力、 管基不均匀沉降或土体位移引起的纵向弯曲 应力或承口开裂应力， 并认为可以 通 过分析和计算来确定管线的薄弱环节， 从而判定管线是否有爆裂危险及危险程度。 余承 烈等【5 ， 归纳总结了 爆管发生的内因和外因， 认为水锤是引 起爆管主要内因，管材质量是 导致爆管的主要外因。 清华大学土木系朱东海18 1 基于人工神经元网 络原理，结合城市给 水管网室内 模型试验研究， 通过 b p神经网络模型的模式分类和辨别功能，对城市给水 管网 爆管点的动态定位进行了 研究。 武汉水务集团有限公司王萍1- 1 等从管道维护一记 录中 分析管道爆裂的统计规律，为管道的更新改造提供依据。 当前， 我国的部分供水企业己经建立或者正在建立供水管网信息管理系统， 例如沈 阳市供水管网地理信息系统、 南京供水管网地理信息管理系统、 广州市供水管网地理信 息系统等，已不同程度地实现了对管网进行信息化管理的一些基本功能， 如实现综合管 网普查结果的图形数据和属性数据快速入库、 图形数据分层等g i s 数据库建立及维护功 能、管网用户管理功能、管网工况模拟功能、管网规划功能、管网辅助设计功能等。已 经建成或正在构建的供水管网信息管理系统大多数是通过g i s 的集成，使管网图形库、 属性数据库融为一体，不仅图文并茂、准确高效， 而且易于动态更新，从而提高了管网 管理工作的效率和质量， 初步实现了供水管网的信息化管理。 然而， 对于供水管网维护 和事故分析及处理功能还很不完善， 一般只是停留在建立管网维护记录数据库， 不具备 对已 有的维护数据进行分析和利用的功能; 在已知爆管管段或漏水地点的情况下， 能实 现迅速、 合理地确定关阀方案， 并生成受影响用户报表， 若某个应关阀门出现故障无法 关闭， 可迅速制订出二级关阀方案，使爆管造成的用水影响降低到最小。实际上，只是 a 第2 章 国内外供水管网 爆管分析研究进展 简单地实现了数据存储功能和事故后的处理功能， 而通过对管网事故历史数据分析实现 预警的功能， 建立管网 管理决策支持系统， 并利用该决策系统制定相应的控制方案和预 防爆管事故发生的功能尚不具备。 在国内， 不论从理论研究还是从实践工作来看， 在爆管分析研究方面开展的深层次 研究相对较少，理论深度不够，对爆管统计规律的认识比较有限， 对管网运行管理实践 工作缺乏有效的理论指导， 难以有针对性的提出有效的预防爆管对策。以管道事故分析 结论为依据对管网状态进行现状评价， 建立管网修复更新的费用效益分析经济模型， 制 定有效的管网修复更新计划以 及对修复更新计划的方案优化更有待进一步的研究。 2 . 2 国外研究现状 国外发达国家城市管理和供水部门 较早开展供水管网系统经济安全运行研究和技 术开发与应用， 针对城市供水系统安全运行保障需求，开展了比较全面的运行安全管理 理论与技术研究。国外研究者从供水管网维护数据记录中挖掘爆管统计规律， 并辅以大 量的现场实测与实验对爆管事故进行物理原因分析， 再利用可靠性分析理论、经济漏损 函数等， 将可靠性的评价与优化模型相结合， 用以预测在紧急情况下的运行情况。国外 研究部门在爆管预测、 管网资产模拟、 管网维护决策系统方面的研究己 经取得了 较为丰 富的成果，建立爆管预测的统计模型、 物理模型、管网资产风险评价模型等，且开发了 相关计算机软件，在生产实践中得到了初步应用。 2 . 2 . 1 爆管预测模型研究进展 国外管网爆管预测模型方面的研究一般以与管道状态密切相关的管道爆管次数为 评价指标，了解和量化管道损坏的机理，找出影响爆管的主要因素及其相互关系，建立 爆管的预测模型: 对管网安全性进行评价和预测， 建立管网维护管理的运行安全决策系 统。 从研究方法来看， 提出的爆管预测模型可以 分为两类 in ) 1 11 .2 1 13 1 :第一类是物理模 型，第二类是统计模型。 ( 1 )物理模型 导致爆管的物理机理极其复杂， 有些情况尚无法完全解释清楚， 爆管预测的 物理模 型试图通过分析管道荷载、 管道抗荷载能力、 管道内外腐蚀程度和范围来预测管道事故。 这些物理机理通常包括以下三个主要方面:1 )管道结构特性、管道材料类型、管道与 土壤的相互作用、管道安装质量; 2 )管道内部水流的压力和管道外部荷载 ( 包括土壤 荷载、车辆荷载、冰冻造成的荷载等) ;3 )管道内外发生的化学反应、生物反应和电化 学反应对管道材料的腐蚀。 物理模型又分为单因素物理模型、确定性物理模型和概率性物理模型三种。 s 第2 章 国内外供水管网 爆管分析研究进展 简单地实现了数据存储功能和事故后的处理功能， 而通过对管网事故历史数据分析实现 预警的功能， 建立管网 管理决策支持系统， 并利用该决策系统制定相应的控制方案和预 防爆管事故发生的功能尚不具备。 在国内， 不论从理论研究还是从实践工作来看， 在爆管分析研究方面开展的深层次 研究相对较少，理论深度不够，对爆管统计规律的认识比较有限， 对管网运行管理实践 工作缺乏有效的理论指导， 难以有针对性的提出有效的预防爆管对策。以管道事故分析 结论为依据对管网状态进行现状评价， 建立管网修复更新的费用效益分析经济模型， 制 定有效的管网修复更新计划以 及对修复更新计划的方案优化更有待进一步的研究。 2 . 2 国外研究现状 国外发达国家城市管理和供水部门 较早开展供水管网系统经济安全运行研究和技 术开发与应用， 针对城市供水系统安全运行保障需求，开展了比较全面的运行安全管理 理论与技术研究。国外研究者从供水管网维护数据记录中挖掘爆管统计规律， 并辅以大 量的现场实测与实验对爆管事故进行物理原因分析， 再利用可靠性分析理论、经济漏损 函数等， 将可靠性的评价与优化模型相结合， 用以预测在紧急情况下的运行情况。国外 研究部门在爆管预测、 管网资产模拟、 管网维护决策系统方面的研究己 经取得了 较为丰 富的成果，建立爆管预测的统计模型、 物理模型、管网资产风险评价模型等，且开发了 相关计算机软件，在生产实践中得到了初步应用。 2 . 2 . 1 爆管预测模型研究进展 国外管网爆管预测模型方面的研究一般以与管道状态密切相关的管道爆管次数为 评价指标，了解和量化管道损坏的机理，找出影响爆管的主要因素及其相互关系，建立 爆管的预测模型: 对管网安全性进行评价和预测， 建立管网维护管理的运行安全决策系 统。 从研究方法来看， 提出的爆管预测模型可以 分为两类 in ) 1 11 .2 1 13 1 :第一类是物理模 型，第二类是统计模型。 ( 1 )物理模型 导致爆管的物理机理极其复杂， 有些情况尚无法完全解释清楚， 爆管预测的 物理模 型试图通过分析管道荷载、 管道抗荷载能力、 管道内外腐蚀程度和范围来预测管道事故。 这些物理机理通常包括以下三个主要方面:1 )管道结构特性、管道材料类型、管道与 土壤的相互作用、管道安装质量; 2 )管道内部水流的压力和管道外部荷载 ( 包括土壤 荷载、车辆荷载、冰冻造成的荷载等) ;3 )管道内外发生的化学反应、生物反应和电化 学反应对管道材料的腐蚀。