（水利工程专业论文）昆明市西片区供水管网漏损控制研究.pdf

中文摘要 我国是一个水资源严重短缺的国家，随着社会经济的发展，水资源供需矛盾 进一步加剧，城市缺水问题尤为突出。供水管网漏损不但浪费宝贵的水资源，而 且浪费供水设施投资，增加供水成本。所以，进行供水管网漏损控制研究，降低 管网漏损，既可节约宝贵的水资源，又可降低供水成本，提高供水企业的经济效 益和社会效益，具有重要的现实意义。本文分析了管道漏水原因，对漏水概率预 测、漏损控制方法进行了研究，为供水企业改变被动的管理现状提供切实可行的 方法和实用的工具。 综合论述了导致供水管道漏水的原因，提出了相应的对策；采用漏水概率较 大的d n l 0 0 2 0 0 灰口铸铁管和镀锌管维修记录统计数据，建立管道漏水概率预 测模型，根据预测结果对昆明市西片区开展检漏工作，提高了主动检漏率：利用 试验小区测试数据，建立了管网漏失水量随供水压力增大而增加的回归方程，根 据这一理论制定了昆明市西片区供水压力控制方案；将管道按使用年限、材质、 管径分类，把相同类别的管道作为一个检漏目标，以是否有经济效益为标准，建 立检漏周期决策模型；，对管网漏水损失和漏损控制费用进行经济分析，以是否有 经济效益为标准，建立供水管网漏损控制费用模型j 为供水企业提供漏损控制费 用的计算方法；对管道漏水损失、维修费用和更新费用进行经济分析比较，建立 管道更新时间决策模型。为供水企业开展漏损控制工作提供了技术支持和实用工 具。 本文旨在提出一些想法和见解，为供水企业提供一些技术理论和实用工具上 的支持，提高管网漏损控制工作的针对性和预见性，对将管网漏损控制在经济合 理的水平，具有重要的指导意义和使用价值。 关键词：供水管网漏水概率预测压力控制主动检漏管道更新 a b s t r a c t w ea r el a c ko fw a t e rr e s o u r c es e r i o u s l yi no u rn a t i o n w i t ht h ed e v e l o p m e n to f s o c i a le c o n o m y ，t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nw a t e rs u p p l ya n dc o n s u m p t i o n ，i sb e c o m i n g m o r ea n dm o r el a r g e e s p e c i a l l yi nc i t y , t h ew a t e rs h o r t a g ei sah o tp r o b l e m t h e w a t e rl o s si nd i s t r i b u t i o ni sn o to n l yt h el o s so fp r e c i s ew a t e rr e s o u r c e ，b u ta l s o i n c r e a s et h ei n v e s t m e n to fi n f r a s t r u c t u r ea h dc o s to fw a t e rt r e a t m e n t s o ，+ t h es t u d yo f w a t e rl o s sa n dw a t e rl o s sc o n t r o l ，c a ns a v et h ew a t e rr e s o u r c ea n dr e d u c et h ec o s to f w a t e rs u p p l y t h i sp r a g m a t i cw o r kh a sb o t hb e n e f i t si ns o c i e t ya n de c o n o m y i nt h i s p a p e r , w ea n a l y z e dt h er e a s o n so fw a t e rl o s s ，t h ef o r e c a s t i n go fw a t e rl o s sp r o b a b i l i t y a n dt h em e t h o do fw a t e rl o s sc o n t r 0 1 it h i n ki ti su s e f u lt oi m p r o v eo u r m a n a g e m e n t f r o mt h er e a s o n sa n a l y s i si nw a t e rl o s s ，w ed i s c u s ss o m ep o s s i b l es o l u t i o n i n v o l v e d a c c o r d i n gt ot h es t a t i s t i c so f m a i n t a i n i n gr e c o r d s ( d n l 0 0 。2 0 0 ，g r e yi r o n a n ds t e e lp i p e ) ，w eb u i l taf o r e c a s t i n gm o d e li nw a t e rl o s sp r o b a b i l i t y t h e n ，w e h a v et a k e na c t i v el e a k a g ed e t e c t i o ni nw e s t e r nk t m m i n g w ec o l l e c t e ds o m ed a t ai n p i l o ta r e a sa n db u i l tar e g r e s s i o ne q u a t i o n a n di nt h er e g r e s s i o ne q u a t i o n ，w e d i s c u s s e dt h er e l a t i o n s h i pb e t w e e nw a t e rl o s sv o l u m ea n dw a t e rp r e s s u r e w ep r o p o s e t oc o n t r o lt h ew a t e r p r e s s u r ei nw e s t e r nk u n m i n g i nw a t e rl o s sc o n t r o l ，w ed i v i d e d p i p e si n t om a n yt y p e sa c c o r d i n gt oa g e ，p i p em a t e r i a la n dp i p ed i a m e t e rd i f f e r e n t t y p eo fp i p e ，h a sd i f f e r e n tw o r k i n gr e s u l ti ne x p e c t a n c y t h eb e n e f i to rs a v i n gi so u r a i mi nw a t e rl o s sc o n t r 0 1 t ob u i l dt h ec o s tm o d e lo fw a t e rl o s sc o n t r 0 1 i tw i l lp r o v i d e t h ec o s t c a l c u l a t i o nm e t h o dt ow a t e r - s u p p l yc o m p a n y i nt h i sp a p e r , w ec o m p a r e dt h e w a t e rl o s s ，m a i n t a i n i n gc o s ta n dp i p er e p l a c i n gc o s t a tl a s t ，w ea l s ob u i l tt h em o d e l o f p i p er e p l a c i n g a l lo f w o r k s ，w i l ls u p p o r tt h ew a t e rl o s sc o n t r o li nt e c h n o l o g y t h ep u r p o s eo ft h i sp a p e r ，i st op r o v i d es o m eo p i n i o n sa n dp r o p o s i t i o n sa n d s u p p o r tt h ew a t e r s u p p l yc o m p a n yi nt e c h n o l o g ya n dp r a g m a t i ct o o l s t h e i m p r o v e m e n to fw a t e rl o s sf o r e c a s t i n ga n dp r o j e c tp l a n n i n g , w i l lc o n t r o lt h ew a t e r l o s si nar e a s o n a b l ea n de c o n o m i cl e v e l t h i sp a p e ri sv a l u a b l ea n dr e f e r e n c et ow a t e r l o s sc o n 仃o lw o r k k e yw o r d s ：w a t e rd i s t r i b u t i o n ，t h ef o r e c a s to fw a t e rl o s sp r o b a b i l i t y ， p r e s s u r ec o n t r o l ，a c t i v el e a k a g ed e t e c t i o n ，p i p er e p l a c i n g 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得苤盗盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：伤呸签字日期：抄7 年石月，日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解苤盗盘鲎 有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤盗盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 髭芬 签字日期：u7 年月f 日 导师签名： 签字醐渺夕 幸纵 月，日 第一章绪论 1 1引言 第一章绪论 水是生命之源，是人类赖以生存和发展不可缺少的宝贵资源，是自然环境的 重要组成部分，是可持续发展的必要条件。 我国是一个水资源严重短缺的国家1 1 1 ，世界人均水资源8 8 0 0 m 3 ，而我国人 均水资源2 2 0 0m 3 ，只有世界平均水平的四分之一，居世界第l1 9 位，被列为全 球最缺水的十三个国家之一。我国正处于经济快速增长时期，城市化进程加快不 可避免地增加城市人1 2 1 及水资源需求【2 】，1 9 9 0 年 - - 2 0 0 3 年我国城市增加了1 9 3 个，城市用水人口由1 5 6 亿增加到2 9 2 亿，城市供水总量由每年3 8 2 3 4 亿m 3 增加到1 9 9 5 年的4 8 1 6 亿m 3 ，2 0 0 4 年达到了4 9 0 亿m 3 ，其中生活用量水呈上 升趋势，生产用水量在1 9 9 4 年出现峰值后呈下降趋势。据统计8 0 年代全国缺水 城市2 3 6 座【，缺水量1 2 0 0 万m 3 d ；9 0 年代全国缺水城市3 0 0 座，缺水量1 6 0 0 万m 3 d ；2 0 0 0 年全国缺水城市4 5 0 座，缺水量2 0 0 0 万m 3 d 。而且由于水污染严 重、浪费用水、不合理用水等问题，使得水资源供需矛盾迸一步加剧，城市缺水 问题尤为突出，为了缓解这一矛盾，国家大力推行节水政策、措施和技术，部分 城市花巨资实施外流域引水工程，例如：引滦入津、引黄济青、引碧济大连、昆 明掌鸠河引水工程等。近5 年来平均每年城市节水量约3 5 亿m 3 t ”，而供水管网 漏损率在2 0 左右，按照这一漏损率计算，全国城市供水年漏损量近1 0 0 亿m 3 4 1 ， 接近全国三年的节水量。一方面大力倡导节约用水，投入大量资金实施引水工程， 另一方面自来水在白白地流失，这必须引起高度重视。据专家预测，2 0 1 0 年后 我国将进入严重缺水期，2 0 3 0 年我国入口达到1 6 亿，水资源缺口4 0 0 5 0 0 亿 m 3 ，人均占有水量仅1 7 6 0 m 3 ，接近国际承认的“用水紧张”国家标准1 7 0 0m 3 ， 到时城市人口将占到全国人口的4 5 ，超过7 亿( 世界发达国家的城市人口占 到总人口的6 0 ) 。所以要保持城市可持续发展，就应该有效地用好有限的水资 源。 城市供水是以宝贵的水资源为原料，经取水、输水、净化及配水等设施，消 耗一定数量的电能、药剂、人员投入才能达到城市供水标准，供水设施投资一般 为1 0 0 0 - 3 0 0 0 元m 3 天，全国平均吨水售水成本从1 9 9 9 年的0 9 8 5 7 元m 3 升至 2 0 0 1 年的1 1 7 9 5 元m 3 ，由于原材料上涨及生活水平不断提高等因素，售水成 本不断增加，供水企业将水处理达到饮用水标准后却又白白流失，不但浪费供水 设施的投资，而且增加供水成本，降低供水企业的经济效益睁儿引。昆明也是一个 缺水城市，近几年供水管网漏损率平均为1 5 9 5 ，昆明市年供水量约2 7 亿m 3 ， 第一章绪论 若将漏损牢降低到城市供水管网漏损控制及评定标准提山的1 2 ，按照目前 的综合水价2 5 2 元佃3 计算，则企业一年可增加收入2 6 8 7 5 8 万元。供水管网的 漏损不仅是成品水的流失，而且增加了自来水二次污染的机会，一旦发生爆管会 引起局部断水和水压降低，影响了供水的连续性、安全性，同时还会造成水淹等 次生灾害，影响了人民的生产、生活，造成社会损失1 5 】【7 1 。所以降低供水管网漏 损，供水企业也就降低了成本，提高了经济效益和社会效益。 进行供水管网漏损控制目的就是通过研究漏损的原因、机理和规律，制定改 进措施和应急对策并付诸实践，把漏损减少到经济合理的程度，从而有效降低供 水企业的生产经营成本，减少对公共环境的危害，提高供水企业的经济效益和服 务质量；同时能够更加有效、合理地利用宝贵的水资源。所以，管网漏损控制对 供水企业的健康发展和城市的可持续发展都有着非常重要的现实意义。 1 2 国内外研究现状 管道漏损可分为明漏、暗漏和背景渗漏：明漏可通过巡检或用水户报漏及时 发现修复，暗漏则需一定的方法和技术才能发现并确定漏点，背景渗漏又称为不 可检测的管道泄漏，一般而言，当漏点的漏水量低于4 0 0 - - - 5 0 0 l h ，检漏设备就 难以检测到了。对供水管网漏损问题的研究，主要在漏损控制理论、漏损检测技 术及管道更新等方面。 1 2 1 漏损控制理论 管网漏损的原因、机理和控制，国内外学者进行了不同程度的研究，发达国 家很早就成立了研究机构，例如，英国水研究中心( w a c ) 专门发表报告，论 述漏水控制的内容、方法和对策：美国供水协会( a 、翮队) 成立了漏水检测和 计量委员会；日本水道协会( j w w a ) 专门对漏水问题进行研究【8 1 ，在实践中取 得了较好的漏水控制效果。g o o d w i n 等学者研究发现管网泄漏与供水压力有直接 关系f 9 j ，泄漏水量随压力增加而增加，在满足用户用水需求的前提下尽量降低供 水压力，则可降低管网漏水量，所以降低管网漏损可通过控制管网供水服务压力 来实现。通过检测管网中测压点的压力变化，及时调整过剩供水服务压力至适当 水平，理论上可行，经济效益也可观，得到了很多学者的关注；b a r g i e l a 【l o j 、 m i y a o k a 1 1 】以系统剩余压力平方和最小为目标函数，在满足系统运行的约束条件 下建立模型，调整管网中自动阀的开启度，从而降低管网供水服务压力，可使泄 漏水量降低2 0 3 0 ，但模型未考虑管网漏损的因数，会导致供水服务压力不 能满足用户需求的情况发生；g e r m a n o p o u l o s 、j o w i t t 1 2 】弥补了他们的缺陷，将与 压力有关的泄漏因素引入模型，使其在管网漏损控制领域又前进了一步。英国的 筇一章绪论 博内茅斯供水管网的压力控制项目i b l ，就是采用压力调整控制器，达到并保持 了经济、良好的漏损控制水平。这些控制器确保管网中减压阀输送出的水压更为 接近供水量的需要，它既可以在高用水量开大阀门允许流过较大的流量，也可以 在用水量小的时段内关小阀门到某一程度。也就是说当夜晚需求降低时管道中压 力就会下降，从而减小管网中存在漏点的流速，达到减少漏失水量的目的。安装 控制器前后对漏点进行测试，泄漏流速从9 5 l s 降到5 l s ，这个结果为在整个管 网安装减压阀及压力控制器提供了信心，实施后夜晚管网漏失水量明显减少。对 季节性的需求变化，也可通过减压阀及压力控制器改变输出压力。经过相应试验， 试验区内平均日用水量减少了约2 0 。通过压力控制降低管网漏损，近年也成 为国内新兴的研究领域，哈尔滨工业大学的余涛研究证明了管段漏失量与管段水 压之间的指数关系【i4 1 ，将漏失量最小化问题转变为节点压力最小化问题，通过 优化管网阀门控制来减少漏损；同济大学的耿为民以管断漏水量之和为目标函 数，建立了供水管网阀门优化控制的数学模型，并利用遗传算法对其进行求解 n 习；天津大学的张宏伟、张丽将自控调节阀用于管网漏损控制【1 6 1 ，通过优化阀 门开启度控制管网压力，以实现均衡管网压力，降低管网漏损的目标。+ 另外，天 津大学的张宏伟、陈超还在大量供水管网漏损数据的基础上 1 7 】，采用多元线性 回归理论，对供水管道投入使用后漏水的初始时间进行预测，建立了供水管道漏 损控制预测模型和管道生命年限的微观模型；段焕丰、俞国平建立的漏损预测模 型【l 引，将因变量与自变量的关系设定为非线性关系( 多元多次关系) ，考虑了更 多影响管道漏水的因数，引入遗传算法对模型进行参数优化求解；哈尔滨工业大 学的陈宾采用时间序列分析方法研究漏失流量与压力、漏点直径的关系【1 9 1 ，根 据供水管网的漏失数据，建立了供水管网漏失预测的线性指数平滑模型和二次曲 线平滑模型，引入经济漏失评价观念，给出了漏失经济检测周期；天津大学的连 鹏以经济漏损率为目标，建立了供水管网经济检漏周期模型 2 0 1 。这些供水管道 漏损控制预测模型，可以为供水企业改变被动的漏损管理模式提供一定的技术支 持，但由于影响管网漏损因素的复杂性和不确定性，模型的灵敏度和准确性与实 际情况还存在差距。 1 2 2 漏损检测技术 国内供水企业通常采用被动检漏法或以此法为主，待发现水漏到地面才去检 修，被动检漏法主要用于明漏的定位和开挖、维修，仅用该方法不可能有效控制 管网漏损。地下管道漏水的规律是：先产生暗漏，暗漏有可能发展为明漏，但也 可能不形成明漏，而是流入河道、下水道或电缆沟，这种情况若不进行主动检漏 是发现不了的。目前使用的主动检漏技术主要有：音听检漏法、相关检漏法、区 域检漏法、区域装表法。 第一章绪论 1 2 2 1 音听检漏法 管道内的压力水从漏点喷f l 产生的漏水声，能够被人的听觉系统感受到的主 要是以下两种【2 l 】： 漏u 摩擦声，喷；j 管道的水与漏口摩擦产生的声音，沿管道传播，并以 指数规律衰减，其频率金属管道为5 0 0 - 3 0 0 0 h z ，非金属管道为1 0 0 - - 7 0 0 h z ，不同频率的漏水噪声在不同管材、管径中传播距离不一样，表1 1 列出了三种频率的漏水噪声在d n l 0 0 管道的三种管材中的传播距 离： 表l 一1不同频率漏水噪声在不同管材、管径中的传播距离 管材频率( h z )管壁厚( m m ) 传播距离( m ) 钢管 1 0 0 1 0 2 0 0 0 0 钢管 1 0 0 01 05 0 0 0 钢管1 0 0 0 01 01 2 5 0 铸铁管 1 0 0 1 0 1 0 0 0 0 铸铁管 1 0 0 01 03 0 0 0 铸铁管 1 0 0 0 01 05 0 0 p v c 管 1 0 0 1 0 1 0 0 p v c 管 1 0 0 01 01 0 p v c 管1 0 0 0 01 01 另一种是水头撞击声，喷出管道的水与周围介质撞击产生的声音，以漏 斗形式通过土壤向地面扩散，或以球面波向地面传播，其频率为1 0 0 7 0 0 h z 。 漏水产生的其它声音，频率不在2 0 h z , - - 一，2 0 0 0 0 h z 之间，就超出了人的听觉 系统能感受到的范围，例如，喷出管道的水带动周围粒子( 土粒、沙粒等) 相互 碰撞摩擦产生的声音就很难听到。 漏水声的强弱与漏水量大小基本无关，而与管网压力密切相关，在0 3 m p a 以上，漏水声基本不变；低于0 3 m p a 漏水声急剧下降，低于0 1 m p a 就很难听到 漏水声了。所以在管网压力较低的区域，为了提高音听检测效果，可以利用消防 车或空气压缩机为管道增压。在瑞士苏黎世供水局使用过氮气增压检漏设备，即 向管道中注入高压氮气，如果管道有漏点，氮气会顺着漏点泄露出来，气泡破裂 发出较大的声音，再用音听检漏法寻找漏点位置。 利用听音棒和听漏仪辨别漏水声及其强弱来检测暗漏就是音听检漏法。听音 棒需直接接触到消防栓、阀门或裸露的管道上，主要是听取喷出管道的水与漏口 摩擦产生的声音。首先需辨别听到的声音是否是漏水声，如果是漏水声说明附近 有漏点；再根据漏水声的强弱来判断漏点距离听音点的远近，距离漏点越近听到 的声音越强。听漏仪是利用传感器把地面的震动声转变为音频电压输出，然后通 第一章绪论 过电子放火器放大至用耳机可以听到的音晕，目前听漏仪已由原来的模拟信号处 理发展为现代数字信号处理，增强了抗环境噪声干扰能力，随着微电脑的发展还 具备了记忆功能，可将所测数据储存显示进行比较，从而提高判断漏水点的准确 性f 2 2 】。通过听音棒确定了管道存在漏点后，在地面一卜采用听漏仪沿管线位置检 测漏点的具体位置，主要是检测喷出管道的水与周围介质撞击产生的声音，一般 情况下，在漏点位置的上方地面，检测到的漏水声最强。 音听检漏法仪器设备简单，操作方便，成本低廉，是目前国内外使用最广泛 的一种检漏方法，据英国水研究中心( w a c ) 估计，可检测到地下8 0 的漏水 点。但音听检漏受外界噪音干扰较大，其检测漏点的准确性高低主要取决于检测 人员经验的积累程度。 漏水噪声自动记录仪是另一种漏水噪声检测设备，是由一台控制器和多台数 据自动记录仪( 接收储存探头) 组成的整体化声波接收系统。工作原理是：在 管网阀门、消防栓及其它管道暴露点上安放自动记录仪，记录仪将接收到的漏水 噪声信号数字化并储存，因为漏水点会产生持续的漏水声，计算机软件就可根据 记录的噪声强度和频繁度来判断记录仪附近是否有漏水点存在。人耳通常能听到 3 0 d b 以上的漏水声，而噪声记录仪可探测到1 0 d b 的漏水声。 1 2 2 2 相关检漏法 大部分管道漏水可通过音听检漏法找到漏点位置，但部分漏水点因为以下原 因没有条件采用音听检漏法： 管道埋设太深，漏水声能量被泥土吸收； 漏点被水淹没，漏水声能量被水吸收； 水压低导致漏水声微弱； 漏点上方有下水管道隔音； 地面有建筑物或堆积物，无听漏条件。 对于以上情况可采用相关仪检漏，相关仪是八十年代中期，英国、美国、法 国、日本相继研究开发的，其工作原理是检测漏水声沿管道向两个相关点传播过 程中产生的时间差，计算出漏点与相关点的距离，从而确定漏点的具体位置。使 用相关仪首先需要在可能有漏点的管道上寻找两个相关点，两相关点之间的管道 长度不宜大于1 0 0 m ，因为漏水声沿管道传播过程中逐渐衰减，传播距离越远， 衰减幅度越大。长度过大时，信号受到较大干扰，影响相关分析和漏点定位的精 度。在两个相关点上分别连接好传感器后，将相关点间的管道长度、管材和管径 输入相关仪主机。传感器将检测到的漏水声信号传送给主机，相关仪主机会根据 接收到的信号检测出漏水声传播到两个相关点的时间差，并根据输入的管材及管 径在系统中查出漏水声沿管道传播的速度，计算出漏点与相关点的距离。在实际 第一章绍论 检测工作巾，输入相关仪主机的管道k 度是相关点问的地面距离，与实际管道k 度存在误差；管道被腐蚀或结垢会影响声速数据产生偏差；管道上的三通、弯头、 渐缩等部件会导致漏水声音信号变形或产生共振。由于以上因素的影响，检测到 的漏点位置很可能发生偏差，甚至就是管道部件的位置，所以，如果有条件相关 检漏法的结果应和其它检漏法的结果相互验证。 九十年代初，水传声相关检漏仪研制成功，它的两个探头可从水表或消防栓 直接进入管道内，接收管内水流传播的漏水噪声进行相关分析，对管材、管径及 配件没有要求，两探头间的管道长度可增加至1 0 0 0 - - - 2 0 0 0 m 。 多探头相关仪由英国b a d c o m 公司研究生产，埃德尔集团自主开发中文操 作界面。多探头相关仪最多可配置1 9 2 个探头，任意两个探头均可进行相关分析， 所以一次检测可定位多个漏水点，而且两两探头之间所测的结果可以相互验证 2 3 1 ，为确定漏水点位置提供了更有力的依据。与之相比，两探头相关仪只能对 管道逐段进行相关检查，而多探头相关仪可以对一片管网进行漏损检测分析，既 可发现漏水管段，又可进行漏点定位，明显提高了检漏工作效率。尽管多探头相 关仪在抗干扰能力和测试精度上较两探头相关仪有优势，但还是应尽量避免在多 管材、多口径、多配件的管网上使用，因为不同管材、管径及配件漏水声的传播 速度各不相同，会影响相关可信度导致检测误差。 1 2 2 3 区域检漏法 区域检漏法是用流量计检测管道中的水流量，来确定漏水产生范围( 管段) 的方法，主要用于某一区域的检漏。音听检漏法主要是根据漏水声音的大小来确 定可能的漏点位置，这种方法不能区分漏水量的大小，漏水的声音大，并不等于 漏水的水量大，同一管段，裂缝小的漏水处所产生的漏水声音大于裂缝大的漏水 处所产生的漏水声音。相对于音听检漏法，区域检漏法系统地监测流量和压力， 可以进行管网运行状况分析；用所测流量与正常流量相比较，可以迅速发现漏损 较大的管段。区域检漏法不能找出漏点的具体位置，还需采用其它检漏方法及时 找出漏水量较大的漏点位置，减少暗漏持续时间，从而提高检漏效率。实际上， 每个管网区域都存在多处小的漏水点和几处大的漏水点，迅速发现较大的漏水 点，具有明显的经济效益。 1 2 2 4 区域装表法 区域装表法是在管网中安装漏控水表，统计和对比该区域的进水流量和出水 流量，如果差额较大，可能有漏水。在供水管网中通过安装水表划分漏损控制区， 采用最小夜间流量法评估区域的管网漏损水平，是一种效率较高的流量监测分析 方法。国外城市供水管网区域化起步较早【2 4 1 ，英国伦敦的供水管网分为1 6 个区， 日本东京的供水管网分为5 0 多个区，香港自1 9 4 0 年建立第一个漏损控制区， 第一章绪论 至1 9 9 9 年，全部供水管网已划分为6 8 0 多个控制区。困内供水管网分区才起步， 9 9 年上海依据河流地理位置分为4 个区域，沈阳则根据行政区分为8 个区域， 城市供水管网分区管理逐渐兴起，已成为供水企业研究和发展的方向。1 9 9 9 年 昆明世界银行贷款项目中，提供工程咨询服务的英国某公司曾向昆明水司提交了 一份昆明市管网分区建议书，建议供水管网分为2 0 至2 5 个大区，然后再分 成1 5 0 至2 0 0 个计量分区。上述方案由于耗资巨大( 估算资金1 6 0 0 万美元) ，并 需要四年时间来完成，因而后来没有实施。所以，划分漏损控制区应与供水规划 和管网设计、改造配合逐步推广实施。 1 2 2 5 国内外漏损检测情况 发达国家的漏损检测工作开展比较早，目前主要采用区域检漏法、区域装表 法、音听检漏法及复合法( 多种方法一起使用) ，主动检漏程度较高，比例大于 被动检漏。检漏仪器设备采用地质雷达探测仪、水传声相关仪及各种智能流量仪。 国内检漏工作起步较晚，大部分供水企业主要采用被动检漏辅以不同的主动检漏 方法，建立报漏、维修调度系统，加大管线巡检力度，加强主动检漏工作，使用 较多的是音听检漏法，其次是两探头相关仪检漏法，部分供水企业已开始实践多 探头相关仪检漏法、区域检漏法及复合法。所以，我国供水行业的漏损控制水平 还有待于提高，需要借鉴国外同行业的先进技术、方法和经验，同时根据我国的 实际情况加强漏损控制的研究实践，才能提高主动检漏率，有效控制供水管网漏 损。 1 2 3 管道更新 美国供水协会( a 、网忱) 1 9 6 9 年针对管网漏失严重的问题就提出建议：发 展一种有效的方法和工具，将管道漏损、维修费用与更新管道费用联系起来考虑， 确定合理的管道更新时间。s h a m i r 和h o w a r d ( 2 5 j 认为供水管道发生漏水的次数与 管道的铺设年限有关，建立了供水管道漏损随使用年限变化的回归预测模型，但 他们关注的是分析方法，对管网漏损数据和模型分析参数缺乏重视：w a l s k i 和 p e l l i c i a l 2 6 1 将管道e l 径、温度因素引入模型，致力于收集确定建立模型所需的数 据和参数，为理论转变为具有使用价值的工具做出了探讨；t h o m a sm w a l s k i 2 丌、 e n r i q u ec a b r e r a t 2 8 】建立了供水管网随使用年限变化的回归预测模型；天津大学的 傅玉芬以经济决策为目标函数，以管道漏损预测为基础，比较管道维护费用和安 装费用，建立了管道更新经济决策模型2 9 j 。这些研究和模型的建立为供水管理 部门进行管道更新决策提供了理论基础，但定性分析的成份较多，还需与实际进 一步结合。 在理论研究的同时，供水管理部门也逐步将管道更新作为工作重点，国外早 就将管道更新纳入了正常的工作日程。日本从1 9 8 0 年开始，就将在用的铅管更 第一章绍论 换为不锈钢管，将狄u 铸铁管更换为有防腐层的球墨铸铁管或钢管，1 9 9 5 年完 成了石棉水泥管的全部更换工作；美国一直在进行管网更新工作，预计今后2 0 年将在水行业投资1 5 1 0 亿美元，其中5 6 将用于管网改造。我国不少城市也将 管网改造提上了工作日程并己实施，2 0 0 0 年1 1 月7 日国务院 2 0 0 0 3 6 号文件 要求“各省、市、区采取有效措施，加快城市供水管网技术改造，降低管网漏失 率，对运行使用年限超过5 0 年，以及旧城区严重老化的供水管网，争取在2 0 0 5 年前完成更新改造工作”。管道更新作为供水企业的一项日常工作，什么时间更 新经济合理，需要根据管网运行现状和城市发展要求，综合考虑各方面因素研究 决定。 1 3 本文的工作 根据供水企业的实际状况及多年的工作实践，加强理论与实际应用的结合， 总结经验，研究理论，为供水企业在管网漏损控制方面提供一些简便、适用的方 法和工具。论文主要包括以下内容： 分析管道漏水原因并提出相应对策，针对漏水概率较大的d n 2 0 0 以下灰 口铸铁管和镀锌管，采用近几年的漏水概率统计数据建立漏水概率预测 模型，以便供水企业有针对性的开展检漏工作，提高检漏效率。 根据管网漏损随供水服务压力增加而增加的理论，对控制区域的压力、 漏失水量观测数据进行回归分析，建立了指数回归方程和多项式回归方 程，分析供水压力和漏失水量的关系是开展管网漏损控制工作的基础， 以分析结果为依据制定漏损控制方案。 提出将管道按使用年限、材质、管径分类，把相同类别的管道作为一个 检漏目标，改变过去以区域管网为目标的检漏模式，以是否有经济效益 为标准，建立检漏周期决策模型，有利于提高检漏效率。 对管网漏水损失和漏损控制费用进行经济分析，以是否有经济效益为标 准，建立供水管网漏损控制费用模型，为供水企业提供漏损控制费用的 计算方法，保证合理的资金投入，才能有效开展管网漏损控制工作。 对管道漏水损失、维修费用和更新费用进行经济分析比较，建立管道更 新时间决策模型，作为供水企业何时更新管道比较经济合理的判断依据。 第一：章供水管网漏损预测酬究 第二章供水管网漏损预测研究 2 1供水管网漏损的组成及分类 管网漏损指的是通过输配管网及水池和设备渗漏、漏失及溢流到外界的水 量，它增加了不必要的供水设施建设，加大了运行成本，是对水资源的一种巨大 浪费。管网漏损一般被认为发生在供水系统的以下几个部分： 原水干管及输水干管， 城市配水管网 连接用户的支管 输配水系统的管件，比如：阀门、计量仪表等 水池、水塔等渗漏及溢流 根据法国和欧洲的经验，通过水池、水塔等渗漏及溢流量一般都不高，通过 输水干管的漏失可占总漏量的1 0 ，通过阀门、计量仪表等管件的漏失可占总漏 量的1 0 ，其他的则通过配水管道及连接用户的支管漏掉了。 按照发现管网漏水的途径和方法，管网漏水可以分为： 明漏( r e p o r t e db u r s t ) 暗漏( u n r e p o r t e d b u r s t ) 背景渗漏( b a c k g r o u n dl e a k a g e ) 明漏是可以被用户或路人发现的管道泄漏，多为爆管事件，虽然具有较大的 漏水流量，但易于发现，能够及时抢修。明漏具有突发性，容易造成其它的次生 灾害( 损坏道路、房屋) 。 暗漏是通过主动检漏的方式检测到的管道泄漏。在输配系统中经常出现，用 户或路人发现不了，漏水持续时间较长，根据以往经验，暗漏平均持续时间为检 测周期的一半，即检测周期为一年，则平均暗漏的持续时间为半年，所以漏水量 较大。 背景渗漏又称为不可检测的管道泄漏，一般而言，当漏点的漏水量低于 4 0 0 5 0 0 l h ，检漏设备就难以检测到了。例如：输配系统的接头和连接部位容 易产生滴漏，虽然每个漏点漏水量很小，但由于它们难以被检测到，并且数量较 多，所以漏水量也较大。漏点直径、漏水时间和漏水量的关系如表2 1 【3 0 】： 第：章供水管网漏损预测研究 表2 一l漏点、漏水时间和漏水量关系表 漏点直径( m m ) 漏水量 酞| 食锇升d , 时吨日吨年 1 00 7 5 4 51 0 83 9 4 2 0 2 02 4 3 1 4 63 5 01 2 7 7 5 3 o6 2 83 7 8 9 0 43 2 9 9 6 0 4 01 1 4 6 8 41 6 4 15 9 8 9 6 5 5 o1 7 1 7 1 0 3 02 4 7 39 0 2 6 4 5 6 02 3 1 01 3 8 63 3 2 61 2 l3 9 9 0 7 o3 0 2 618 1 64 3 5 8l5 9 0 6 7 0 表中漏水量仅适用于0 3 m p a 的管网压力，压力变化时需要进行修正，管网 压力为0 2 m p a 时，修正系数为0 8 1 ，0 4 m p a 时，修正系数为1 1 6 ，0 5 m p a 时， 修正系数为1 3 0 。由此可见漏水量随漏水持续时间延长而增大，随管网压力增加 而增大，在0 3 m p a 的管网压力下，漏点直径在3 0 r a m 左右的漏损就属于背景渗 漏了，使用检漏设备也难检测到，所以降低漏损率的关键只有加强暗漏检测( 通 常所说的主动检漏) ，尽早发现漏点，减少漏水时间，降低漏水量。 2 2 供水管网漏损原因分析 2 0 0 0 年国内部份城市供水管网( 管径 ，7 5 m m ) 漏水和爆管调查统计情况如 表2 2 3 1 】： 表2 2 部分城市供水管网漏水和爆管调查统计表 管网长度维修频率爆管频率 城市名称 维修次数爆管次数 ( k m )( 舳年) ( e x l a n 年) 宁波8 4 2 78 8 51 0 51 8 5o 2 2 长春1 1 6 6 64 1 20 3 52 l0 0 2 贵阳 8 8 7 04 3 20 4 97 0o 0 9 南宁5 2 8 33 7 6o 7 l1 3 60 2 6 重庆1 2 8 5 03 2 7o 2 5 郑州9 7 7 78 7 80 9 08 40 0 9 南京1 5 4 9 44 6 30 3 01 8o 0 1 深圳1 7 6 3 01 2 9 80 7 4 银川i 4 1 6 o3 80 0 94 0 0 1 沈阳1 6 5 6 64 0 50 2 4l0 0 0 南昌7 3 8 01 3 2 71 81 2 0 0 2 北京 3 9 5 9 87 6 2 0 1 9 武汉 3 9 7 1 03 0 7 8 0 7 8 成都 1 2 7 5 0 6 3 7 65 0 03 9 20 3 1 上海市北 3 0 9 3 52 8 8 0o 9 34 5 o o l 佛山6 6 4 02 1 5o 3 25 5o 0 1 济南1 2 2 9 01 0 2 00 8 3 1 5 6o 1 3 合计2 6 0 0 2 62 0 8 4 20 8 41 5 0 6 0 0 9 第二章供水管旧漏损预测研究 2 0 0 5 年度统计资料显示，昆明市d n l o o 及以卜管网长度己达1 6 0 0 公里， 全年维修7 1 9 次，维修频率0 4 5 次k m 年。管网漏损原因复杂，影响因素很多， 经统计分析主要原因有：管材质量不佳、管道腐蚀、管道接口不好、安装质量不 良、温度变化、水锤破坏、人为损管等。 2 2 1管材问题 供水管网早期采用的管材以灰口铸铁管为主，铸铁是铁( f e ) 与碳的合金， 碳在铸铁中的质量分数要高于2 1 l ，含碳量低于这个比例，就是低碳钢，采用 低碳钢制作的钢管，加工和安装比较方便。钢管的各项力学性能优于其他管道， 但是它的耐腐蚀性却很差，进行表面防腐处理麻烦且增加成本，其使用寿命仅 2 0 - - 一3 0 年，所以，一般只在特殊地段采用钢管。而铸铁管的寿命可达8 0 - - - 1 0 0 年，所以曾经是使用最为广泛的管材，据统计，我国8 0 以上的供水管道是灰 口铸铁管。 随着铸铁管生产工艺的发展和技术进步【3 2 1 ，离心球墨铸铁管已成为世界上 最主要的铸铁管生产工艺。灰口铸铁管由于原材料和生产工艺的原因，含有大量 的渗碳体和球光体，管道断口能看到白口组织( 俗称灰口) ，比较球墨铸铁管和 灰口铸铁管的金相分析照片，可以看到球化的石墨( 碳) 和丝状石墨( 未球化的 碳) 。所以，灰口铸铁管材质较脆，没有韧性，延伸率几乎为零，导致由于压力 变化、路面负荷及震动等因素造成的爆管，已逐渐被离心球墨铸铁管代替。球墨 铸铁管不仅应具有较高的抗拉强度，同时具有较高的延伸率，按照国际标准 i s 0 2 5 3 1 的要求，球墨铸铁管的抗拉强度 ，4 2 0 m p a ，d n 4 0 - 一1 0 0 0 的管道，延伸 率1 0 ，d n l 2 0 0 2 6 0 0 的管道，延伸率7 。灰口铸铁管由于不要求管道的 延伸率，对铁水原料的控制范围较宽，二者化学成分含量比较如表2 3 ： 表2 3球墨铸铁管和灰口铸铁管化学成份含量比较表 管材碳( ) 硅( ) 锰( )磷( ) 硫( ) 球墨铸铁管3 5 3 61 6 1 8 0 2 o 4 0 0 4 0 0 2 灰口铸铁管3 3 - - - 3 81 4 - - - 2 60 6 0 9 o 3o 1 0 球墨铸铁管还通过加热和冷却的整体热处理方法，来改善管材的性能，例如 将球墨铸铁管放在加热炉内加热到8 3 0 0 c ，然后让管道和加热炉同时冷却到室 温，这种管道随炉冷却的整体热处理方法叫“退火”，“退火”提高了球墨铸铁管的 冲击韧性。 供水管网小口径管道主要以镀锌管为主，镀锌管是在小口径的钢管上镀一层 锌作为防腐层，但这层锌比较薄，消耗殆尽管道就产生锈蚀结垢，发生漏水并影 响水质，成为小口径管道漏水的主要原因，已逐渐被塑料管、复合管代替。 第：章供水管纠漏损预测研究 常用于供水管网r f l 的颦料管道可分为两类：一类是聚烯烃材料，例如：聚乙 烯( p e ) 、聚丙烯( p p ) 、聚j 。烯( p b ) ，这类塑料管道适用于熔合( 加热) 连接； 另一类是氯乙烯材料，例如：聚氯乙烯( p v c ) ，硬质聚氯乙烯( u p v c ) 、过氯 化聚氯乙烯( c p v c ) ，这类塑料管道适用于粘接( 胶水) 连接。p v c 管道由于 施工简易、水力条件好，在供水管网中曾得到广泛应用，但随着环保要求日趋严 格，水质指标增加，考虑到健康、安全方面的因素，p v c 管道在以下两方面受 到质疑：一方面是p v c 管道使用的添加剂中含有重金属，有一种稳定剂如酞酯 酸，其中含有金属铅，铅有可能析入水中；另一方面是p v c 管道的含氯量过高， 可能有负面影响。p v c 管道的上述两方面的问题，使其他塑料管材，如：p e ( 聚 乙烯) 、p p ( 聚丙烯) 扩大了市场。 塑料管暴露在阳光下容易老化变形，影响其稳定性及使用年限，所以不宜安 装成明管，但有的地方没有条件安装成暗管，例如：一户一表改造，安装时做到 了管道横平竖直，但经阳光暴晒后，就发生了颜色和形状变化等老化现象。目前 有一种复合管材钢塑复合管应用比较广泛，这种管材是将镀锌管的内防腐改 为p e 内衬，这样就解决了镀