（环境工程专业论文）城市供水管网漏损控制.pdf

中文摘要 随着社会和生产的发展，以及水资源的减少，供水行业面临重大的挑战。如何在现 有的条件下， 进行管网 漏失、 漏损研究， 控制管网 漏失率， 提高供水企业的经济效益 和服务效益，具有深远的实际意义。 本文从供水管道漏失预测、 漏损经济损失和管道更 新费用出发，以经济分析为基础，对管道漏损的控制方法进行了研究，为供水管理部门 改变被动的管理现状提供切实可行的方法和实用的工具 通过对现状供水部门管网漏损发生原因的综合论述，总结提出了漏失控制管理的预 防性、管理性、控制性措施，从设计、 施工、维护角度系统的并有针对性的提出了减少 漏子频率，降低漏水量的技术措施。通过灰色序列预测方法对管网漏子数据进行拟和， 建立了给水管道漏失预测模型，为漏损控制、管网维护等方面的经济分析提供了基础依 据。建立了管道维护费用模型，并引用了实用的数据参数，为判定管道漏损的经济损失 提供了方法;建立了管道建设费用模型，采用管道施工部门的实际费用数据，使模型贴 近实际，具有很强的可用性。引入经济概念，在漏失预测模型的基础上，通过对管道维 护费用与管道建设费用的经济分析与比较，确定了最佳更新管道时间，并提出了管道服 役寿命的概念，依据管道更新的经济决策模型，确定管道所能服务的最经济年限，为管 网管理部门对管道的合理使用和安全使用进行判定提供依据 。 建立了给定资金水平能力 下管道更新的最佳资金分配模型和管道更新经济决策系统，为供水管理部门合理使用资 金，科学的制定全年管道更新计划提供了技术支持和实用工具。 本文中模型的建立和研究，旨在为供水管理者提供技术理论和实用工具上的支持， 指导管理者制定科学的维护方案，达到合理使用资金，提高管网运行质量和节约能源的 目 的，具有重要的指导意义和使用价值。 关键词: 管网漏损 灰色序列 经济分析管网维护管道更新资金分配 模型 a b s t r a c t wit h t h e s o c i a l a n d p r o d u c t i o n d e v e l o p m e n t a n d r e d u c t i o n o f w a t e r r e s o u r c e , t h e w a t e r i n d u s t ry i s f a c in g s e r i o u s c h a l l e n g e s . i t i s p r a c t i c a ll y s i g n i f i c a n t t o s t u d y n e t w o r k l e a k a g e , c o n t r o l l e a k a g e r a t e a n d im p r o v e e c o n o m i c b e n e f it a n d s e r v i c e e ff e c t o f t h e w a t e r s u p p ly e n t e r p r i s e u n d e r p r e s e n t c o n d it i o n s . t h e c o n t r o l m e t h o d o n p ip e l e a k a g e w as s t u d i e d a n d a s u i t a b l e m e t h o d a n d p r a c t i c a l t o o l s f o r c h a n g i n g t h e p a s s i v e m a n a g e m e n t s t a t u s w e r e p r o v i d e d b a s e d o n t h e e c o n o m i c a n a l y s i s , a n d fr o m t h e v i e w p o i n t o f p i p e l e a k a g e f o r e c a s t , e c o n o m i c lo s s fr o m l e a k a g e a n d p i p e re n e w a l c os t i n t h i s p a p e r t h e r e a s o n f o r t h e n e t w o r k le a k a g e w a s s u m m a r i z e d , p r e v e n t i o n , m a n a g e m e n t , a n d c o n t r o l m e a s u r e s w e r e p r o p o s e d , e s p e c i a l l y t h e t e c h n i c a l m e a s u r e s f o r r e d u c i n g l e a k a g e fr e q u e n c y a n d l o w e r i n g l e a k a g e q u a n t it y w e r e p r e s e n t e d fr o m t h e v i e w p o i n t o f d e s i g n , c o n s t r u c t i o n a n d m a i n t e n a n c e . i n o r d e r t o p r o v i d e b a s i c d a t a f o r e c o n o m i c a n a l y s i s o n n e t w o r k l e a k a g e c o n t r o l a n d m a i n t e n a n c e , t h e w a t e r s u p p ly p i p e l e a k a g e f o r e c a s t m o d e l w a s e s t a b li s h e d t h r o u g h f it t i n g t h e l e a k a g e d a t a u s i n g g r a y s e r i e s f o r e c a s t m e t h o d ; t h e m o d e l o f p i p e m a i n t e n a n c e c o s t w a s e s t a b l i s h e d , w h i c h q u o t e d t h e p r a c t i c a l d a t a p a r a m e t e r s , p r o v i d e d a m e t h o d f o r m a k i n g d e c i s i o n o n t h e l e a k a g e e c o n o m ic l o s s ; t h e p ip e c o n s t r u c t io n c o s t m o d e l w a s e s t a b l i s h e d , a n d it h a s s t r o n g f e a s i b i l i t y f o r q u o t i n g t h e p r a c t i c a l d a t a fr o m p i p e c o n s t r u c t i o n d e p a r t m e n t ; t h e e c o n o m i c c o n c e p t w as i n t r o d u c e d ， a n d t h e m o s t e c o n o m i c p i p e r e n e w a l t i m e w a s d e c i d e d b a s e d o n t h e l e a k a g e f o r e c a s t m o d e l a n d t h r o u g h c o m p a r i s o n b e t w e e n p ip e m a in t e n a n c e c o s t a n d p i p e c o n s t r u c t io n c o s t ; a n d t h e c o n c e p t o f p i p e s e r v ic e l if e w a s p r o p o s e d . a t t h e s a m e t i m e a c c o r d in g t o t h e e c o n o m i c d e c i s i o n m o d e l o n p i p e r e n e w a l ,t h e m o s t e c o n o m i c f i x e d n u m b e r o f y e a r i n s e r v ic e w a s p r e s e n t e d ， s o it c a n p r o v id e f o u n d a t io n o n r e a s o n a b l e a n d s a f e u s e o f p ip e f o r n e t w o r k a d m i n i s t r a t i v e a u t h o r ity ; t h e o p t i m a l c a p i t a l d i s t r i b u t i o n m o d e l o n p i p e re n e w a l e c o n o m i c d e c i s i o n s y s t e m w a s e s t a b l i s h e d u n d e r g i v e n c a p it a l l e v e l , s o it c a n p r o v i d e t e c h n ic a l s u p p o rt a n d p r a c t i c a l t o o l s f o r r a t io n a l u s e o f c a p i t a l b y a d m i n i s t r a t i v e a u t h o r i t y , d r a w u p s c i e n t ifi c a l ly t h e p i p e r e n e w a l p l a n a ll t h e y e a r a r o u n d a l l t h e m o d e l s s t u d ie d a n d e s t a b l i s h e d i s f o r t h e p u r p o s e o f p r o v i d i n g t e c h n i c a l t h e o r y a n d p r a c t ic a l t o o l s f o r m a n a g e r , a n d g i v i n g g u i d a n c e t o m a n a g e r i n d r a w u p s c h e m e p la n , s o as t o r e a l i z e t h e r a t i o n a l u s e o f c a p it a l r a t i o n a l l y , i m p r o v e o p e r a t i o n q u a l it y a n d s a v e e n e r g y . i t i s o f in s t r u c t iv e s i g n i fi c a n c e a n d u s e v a l u e . k e y w o r d s : n e t w o r k le a k a g e a n d l o s s , e c o n o m i c a n a l y s i s , n e t w o r k m a i n t e n a n c e , p i p e r e n e w a l ， c a p i t a l d i s t r ib u t i o n , g r a y s e r ie s ， m o d e l 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 - 人全色或 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己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 * fly 论 文 作 者 签 “ : 睿 涝 v q- r m : 一， 年 6 z ， 日 学位论文版权使用授权书 本 学 位 论 文 作 者 完 全 了 解j进选星 匕有 关 保 留 、 使 用 学 位 论 文 的 规 定 。 特 授 权 达遴大生一 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:名 播 6 月 习日 。少) j 导 师 签 名 ， 了 扒-15 11 -) 护 签字日 期: - ) v v t 年 签 字 日 w : lp 年; 月 衫日 第一章前言 第一章前言 1 . 1 、城市供水管网漏损控制课题的提出 水资源的宝贵己是尽人皆知，人们想尽办法的节水、省水，与之形成反差的 却是每年大量经过处理的自 来水白白流失，在保证供水安全可靠的前提下，解决 管网漏耗严重的问题已是刻不容缓，成为长期困扰世界供水行业的一大难题。降 低供水产销差、有效的控制漏失等给水管网维护管理工作已成为各国科技人员和 学者致力研究的重要目 标，也是二十一世纪供水行业的重点研究问题。尤其对于 我国来说，我国数以千计的城市给水管网系统，按目前的经验方式运行能耗浪费 很大，在水资源匾乏、水源污染严重、建设资金短缺、城市供水难以满足需求的 情况下，减小管网漏失更具有非常的意义。探索适合中国国情的供水管网漏损控 制理论和方法，研究更多实用控制技术和工具，最大程度地提高供水服务水平， 是我国公用事业急待解决的问题之一。 1 . 1 . 1 城市供水系统存在的问题 为适应我国经济发展迅速、城市化进程发展快这一国情，自来水普及率迅速 提高，过快的增长速度也造成了我国过分注重管网系统的发展，忽略了供水系统 的科学布局和规划，过分强调供水可靠性，忽视了管网系统的优化是一个多目 标 问题。长期以来，管网大多凭经验运行、人为决策，使得管网系统改扩建缺乏科 学依据，致使管线连接复杂、铺设冗余，供水路径复杂，压力不均，事故多，漏 耗大，管理和维修困难等一系列问题，这是我国给水管网系统中普遍存在的现象 1 1 1 12 1 。 主 要 表现 在， 1 ) 漏耗严重， 产销差率大 管网漏失现已 成为供水行业普遍存在的严重现象， 给水管网漏损水量占总 用水量的比例越来越大，多在 2 0 % - 3 0 % 之间 3 1 。在我国，随着水厂和管网不断 建设和扩充，漏损水量日趋增加，据 0 3 年 1 0月 1 4日在沈阳召开的全国城市节水 工作座谈会暨城市供水管网漏损控制研讨会公布的数字，我国城市供水每年漏损 近 1 0 0 亿吨。 据对6 6 0 个城市的统计， 近3 年全国平均每年城市节水量约为3 5 亿 吨，因此每年漏损掉的水量就相当于全国3 年的节水量。2 0 0 2 年全国4 0 8 个城市 公共供水系统的管网漏损率平均达到 2 1 . 5 % 。 以昆明市自来水总公司为例， 全市每 第一章前言 第一章前言 1 . 1 、城市供水管网漏损控制课题的提出 水资源的宝贵己是尽人皆知，人们想尽办法的节水、省水，与之形成反差的 却是每年大量经过处理的自 来水白白流失，在保证供水安全可靠的前提下，解决 管网漏耗严重的问题已是刻不容缓，成为长期困扰世界供水行业的一大难题。降 低供水产销差、有效的控制漏失等给水管网维护管理工作已成为各国科技人员和 学者致力研究的重要目 标，也是二十一世纪供水行业的重点研究问题。尤其对于 我国来说，我国数以千计的城市给水管网系统，按目前的经验方式运行能耗浪费 很大，在水资源匾乏、水源污染严重、建设资金短缺、城市供水难以满足需求的 情况下，减小管网漏失更具有非常的意义。探索适合中国国情的供水管网漏损控 制理论和方法，研究更多实用控制技术和工具，最大程度地提高供水服务水平， 是我国公用事业急待解决的问题之一。 1 . 1 . 1 城市供水系统存在的问题 为适应我国经济发展迅速、城市化进程发展快这一国情，自来水普及率迅速 提高，过快的增长速度也造成了我国过分注重管网系统的发展，忽略了供水系统 的科学布局和规划，过分强调供水可靠性，忽视了管网系统的优化是一个多目 标 问题。长期以来，管网大多凭经验运行、人为决策，使得管网系统改扩建缺乏科 学依据，致使管线连接复杂、铺设冗余，供水路径复杂，压力不均，事故多，漏 耗大，管理和维修困难等一系列问题，这是我国给水管网系统中普遍存在的现象 1 1 1 12 1 。 主 要 表现 在， 1 ) 漏耗严重， 产销差率大 管网漏失现已 成为供水行业普遍存在的严重现象， 给水管网漏损水量占总 用水量的比例越来越大，多在 2 0 % - 3 0 % 之间 3 1 。在我国，随着水厂和管网不断 建设和扩充，漏损水量日趋增加，据 0 3 年 1 0月 1 4日在沈阳召开的全国城市节水 工作座谈会暨城市供水管网漏损控制研讨会公布的数字，我国城市供水每年漏损 近 1 0 0 亿吨。 据对6 6 0 个城市的统计， 近3 年全国平均每年城市节水量约为3 5 亿 吨，因此每年漏损掉的水量就相当于全国3 年的节水量。2 0 0 2 年全国4 0 8 个城市 公共供水系统的管网漏损率平均达到 2 1 . 5 % 。 以昆明市自来水总公司为例， 全市每 第一章前言 年有 2 0 0 。多万吨的自来水在白白流失，相当于一万个普通家庭 4 0年的用水量。 一些管道就算关死闸门、拧紧龙头、水表不动，漏水仍在 2 4小时打 “ 点滴” 。这 些漏掉的水都是经过处理加工的水，一方面水资源紧张、供水能力不足， 而另一方面大量的水却 白白漏掉。更严重的是 ，爆管发生时，会引起 局部 断水和水压降低，既造成较大社会损失，同时也带来企业经济损失，有时 还带来水淹、锅炉爆炸等次生灾害，给人民生活、工业生产和社会安定带 来了较大影响1 4 - 6 1 2 )水质偏低，二次污染严重 自来水出厂后到用户使用是通过无数的供水管道来进行输送的，在连续、不 间断的输送过程中，存在导致其受二次污染而影响水质的多种因素，诸如管道破 漏抢修、违章开口接管、管材质量问题、千管阀门关闭后开启过急，造成生锈的 水管内壁部分受水压冲击而脱落，二次供水设施影响及用户违章用水直接造成的 污染等。 3 )供水安全性差 城市供水与人民生活息息相关，并与城市的生存、建设和发展有着直接的 关系12 1 。 由于管网漏子的发生， 给人民生活和生产都带来了极大的不便， 供水压 力过大不稳和突变、 水质质量和管网的 “ 二次污染”等也不同程度的影响着百 姓的生活，供水系统故障的发生带来的影响和经济损失都是不可估计的 7 1 4 )管理科学性不强1 8 9 1 供水管网普遍具有以下特点:复杂性，供水管网年代久远、错综复杂:随 意性，城市建设不断改造和扩建管网，使得管网的敷设具有极强的随意性、隐 蔽性;管网埋入地下，年深日久，无法直观地判断和分析造成了维护、维修的 不可预见性和急迫性。现在，我国的城市用水管理状况基本上仍处于强化管理 阶段，迫切需要转向科学管理。管理体制、管理机构、政策机构、政策法规、 管理技术手段、基础工作、研究工作以及人们对城市水资源的价值观念等都不 能完全适应节约用水工作发展的要求。要考虑应用新的技术和方法来提高配水 管网的运作水平，改善水司配水系统服务质量并提高管网自身运作效率，向自 动化、科学化、实用化发展。 5 )管网布局不合理， 负荷不均 z l p o l 为适应经济迅速发展，过快的增长速度也造成了我国给水管网系统布局和 规划有欠科学的负面影响，长期以来，管网大多凭经验运行、人为决策，使得 管网系统改扩建缺乏科学依据。过分注重管网系统的发展，而忽略供水系统的 利学布局和规划;过分强调供水可靠性，致使管线连接复杂、铺设冗余，导致 第一章前言 管网优化运行决策难度大。 1 . 1 . 2 城市供水管网漏损带来的损失 随着能源费用的增加及水资源开发费用的提高，漏失带来的损失将不断增 大: 1 ) 城市水资源的浪费 水资源的短缺是我国也是全世界面临的一种隐患，随着经济的发展，水的供 需矛盾日 益突出1 川。 中国有世界上2 0 % 的人口， 但是中国平均来讲只有世界水资 源的 7 9 0 ，人均水资源量约 2 2 2 0立方米，只是全世界平均水平的 1 / 4 。 目前我 国三分之二的城市存在供水不足，其中比较严重的缺水城市达 1 1 0个，全国城 市缺水总量为6 0亿立方米。据预测，2 0 3 0年我国人口将达到 1 6亿，届时人均 水资源量仅有 1 7 6 0立方米。而且，而水资源的污染也日趋严重，全国 9 0 % 的城 市水源受到不同程度的污染，每年有 5 9 0亿吨的污水污染江河湖库 1 2 1 。管网的 漏失造成了对水资源的巨大浪费，而城市供水需要符合卫生要求的水资源为原 料，过高的漏损失率即浪费优质水资源。尤其目前， 我国为解决部分地区 吃水 难”问题， 制定了南水北调等大规模的方案措施， 但国家花巨资给城市调的水， 其中的一部分却白白地流失。水资源缺乏，且情况越来越严重，也严重制约了 社会经济的发展， 因此水漏失控制已经提上了日 程 1 2 1 1 1 3 1 2 )城市财政收入的流失 漏失带来了一系列资金投入的增加和资源的浪费，从而造成国家财政收入 的流失。 a . 水处理成本增加 随着能源费用，人员成本的提高，水处理的成本越来越高城市供水需经取 水，输水，净化及配水等供水设施并消耗一定数量的能源动力，药剂，人员投 入，才能达到城市供水标准。根据 城市供水价格全国统一审价工作 ，全国平 均吨水售水成本从 1 9 9 9年的0 . 9 8 5 7元/ m am升至 2 0 0 1 年的 1 . 1 7 9 5元/m 。城市 花费大量资金把水处理达到饮用水标准后却又白白 地流掉了f6 1 7 1 b . 出厂压力提高 管道的漏失使得出厂水压力增高， 电耗加大， 对水厂运行设备造成了影响， 同 时也对运行管道形成了损害。 c . 维修资金投入增加 管道漏水造成的每年刨漏、修漏量大.供水部门每年要投入大量的人力、 物力用于管道维修上，使管道运行费用增加。 第一章前言 3 ) 降低了输水可靠性 管道漏子频发影响了供水的连续性，安全性，不仅使用户使用压力降低，甚 至中断供水， 腐蚀的供水管网， 也增加了水的二次污染的机会， 使供水水质下降。 因此， 国内外供水企业无不把加强供水管网的水漏失控制作为企业管理的重要内 容之一。 4 )降低了服务水平 用户对供水安全可靠性要求的提高 缺水会给居民生活带来不便，也将影响 到工业生产的正常进行。随着社会的进步，用户对供水企业的服务水平的要求 越来越高，但管道漏子频发给居民生活带来严重影响，不仅使服务中断，影响 了居民群众的生活，而且道路刨修任务不断，妨碍了了城区交通，给广大人民 群众带来了极大的不便。 5 )对环境的污染 经常的刨漏，维修也对环境带来了污染，使社会、经济、环境综合敛益降 低，从而也降低了城市竞争力，造成整个社会环境水平的下降。 管网漏失不仅浪费了宝贵的水资源，也给供水企业造成了巨大的能源浪费 和经济损失，同时，严重影响了人民的生产和生活，对社会造成了很大的不便 和危害因此，对供水管网的漏水控制和维护管理工作的研究，不仅有益于供水 企业的经济效益，而且减少对周边环境造成危害，同时也可大幅度节约投资和 水资源，促进国民经济城市建设的发展。 1 . 1 . 3供水管网漏损控制的研究意义 针对上述存在的问题，从供水行业维护管理现状和研究现状出发，为了更 好地利用资源， 改善给水服务供应， 提高供水企业的经济效益和服务效益， 进行管网漏失、漏损管理研究，控制管网漏失率，具有深远的实际意义。世界 各国都把漏损控制作为一项重要工作来进行研究、 开发和实施， 它已成为 整个给水事业的一个不可分割的重要组成部分。 我国建设部也十分重视此 项工作， 在 城市供水行业 2 0 0 。年技术进步发展规划中明确提出把“ 降 低漏耗” 作为五个主攻方向之一。 作为一种潜在的利润，估计执行适当的 漏损控制策略后，有资料表明仅英国每年估计就会节省 3 0 0 0 万美元1 1 4 1 甚至这个数字可能也是比较保守的。 因此， 探索给水管网漏损控制理论和 方法 ， 提高供水安全可 靠性 ， 有效控制管 网漏损及突发事故的发生是很必 要 的 。 进行漏损控制，目的就是通过研究漏损的原因、机理和规律，制定改 第一章前言 进措施和应急对策并付诸实现， 从而把漏损减少到最低限度，以此来达到 减少生产和管理成本、节约水资源、减少对公共环境的危害、推迟或减少 给水系统的建设投资，提高供水管理水平和服务质量的目的1 8 1 管网改造做为对年久失修，老旧管材和漏子频发管道的彻底根治之 法，成为现阶段控制漏损，降低漏失的重要措施。同时通过管网改造还 可 以改善管 网水质 ，恢复管道流量性能，提高供水安全可靠性 和逐 步实施管网优化布置 。管网更新改造是提高给水安全可靠性，降低漏水量和 改善管网水质的重要途径。更新改造的方法要因地制宜合理选用，建立评价管 道模式，同时根据经济效益及实际条件选择更新改造的优先顺序。 但是，管网改造的资金毕竟有限，也不可能做到一次全部投入，需要依据 管网现状，合理做出安排。现状供水部门的管网改造，多是凭经验制定，主观 决策。但这种决定是不是充分利用了资金获得最大的收益，没有科学上的依据， 不能保证达到资金的合理应用。所以，供水管理部门迫切需要一种方法和工具， 去判定管道更新的合理时间，对管道更新资金进行科学合理的分配。本文管网 改造更新决策系统和最佳更新资金分配模型的建立就是基于此建立的，旨在为 供水部门的科学管理提供实用工具。 1 . 2 、国内外研究情况 对供水管网漏损问题的研究，一方面集中在给水管网漏失检测技术、方法、 仪器设备开发和生产上，另一方面集中在漏损管理控制理论上，近年来管网的 更新改造研究也逐步成为了各国学者、专家研究的重点。 1 . 2 . 1 漏失检测技术和控制方法 管道漏失可以分为明漏、暗漏两大类。管道明漏是不难发现的，如果发现 在管网附近发现有清水冒出或路面局部下陷、泥土潮湿、绿化带植物特别茂盛、 下凹部位经常潮湿有水，法门井、配水井内长期积水等现象，就可判断此处可 能为漏水点 1 5 1但暗漏需要一定的方法和技术才能发现并确定漏点，因此管道 漏失的检测技术一直是供水学者的研究重点。 1 . 2 . 1 . 1漏失检测控制技术的发展和常用方法的介绍1 1 5 - 1 9 1 8 0年代初期，国外的漏失检测和控制己经起步，英国国家水利常设委员会 的报告 泄露方法和实践提到了 5种泄露控制方法，中期，英国、美国、法 国、日本等国家相继开发了金属管道传声的相关检漏仪。9 0年代初研制成功了 第一章前言 进措施和应急对策并付诸实现， 从而把漏损减少到最低限度，以此来达到 减少生产和管理成本、节约水资源、减少对公共环境的危害、推迟或减少 给水系统的建设投资，提高供水管理水平和服务质量的目的1 8 1 管网改造做为对年久失修，老旧管材和漏子频发管道的彻底根治之 法，成为现阶段控制漏损，降低漏失的重要措施。同时通过管网改造还 可 以改善管 网水质 ，恢复管道流量性能，提高供水安全可靠性 和逐 步实施管网优化布置 。管网更新改造是提高给水安全可靠性，降低漏水量和 改善管网水质的重要途径。更新改造的方法要因地制宜合理选用，建立评价管 道模式，同时根据经济效益及实际条件选择更新改造的优先顺序。 但是，管网改造的资金毕竟有限，也不可能做到一次全部投入，需要依据 管网现状，合理做出安排。现状供水部门的管网改造，多是凭经验制定，主观 决策。但这种决定是不是充分利用了资金获得最大的收益，没有科学上的依据， 不能保证达到资金的合理应用。所以，供水管理部门迫切需要一种方法和工具， 去判定管道更新的合理时间，对管道更新资金进行科学合理的分配。本文管网 改造更新决策系统和最佳更新资金分配模型的建立就是基于此建立的，旨在为 供水部门的科学管理提供实用工具。 1 . 2 、国内外研究情况 对供水管网漏损问题的研究，一方面集中在给水管网漏失检测技术、方法、 仪器设备开发和生产上，另一方面集中在漏损管理控制理论上，近年来管网的 更新改造研究也逐步成为了各国学者、专家研究的重点。 1 . 2 . 1 漏失检测技术和控制方法 管道漏失可以分为明漏、暗漏两大类。管道明漏是不难发现的，如果发现 在管网附近发现有清水冒出或路面局部下陷、泥土潮湿、绿化带植物特别茂盛、 下凹部位经常潮湿有水，法门井、配水井内长期积水等现象，就可判断此处可 能为漏水点 1 5 1但暗漏需要一定的方法和技术才能发现并确定漏点，因此管道 漏失的检测技术一直是供水学者的研究重点。 1 . 2 . 1 . 1漏失检测控制技术的发展和常用方法的介绍1 1 5 - 1 9 1 8 0年代初期，国外的漏失检测和控制己经起步，英国国家水利常设委员会 的报告 泄露方法和实践提到了 5种泄露控制方法，中期，英国、美国、法 国、日本等国家相继开发了金属管道传声的相关检漏仪。9 0年代初研制成功了 第一章前言 水传声相关检漏仪，提高了检漏的正确性，美国、日本在 8 0 年代中期还开发了 探地雷达，利用电磁波对漏水情况进行检漏，并以图象显示漏水孔周围的情况， 实现对漏水点的精确定位。随着科学技术突飞猛进的发展，计算机技术的广泛 应用，仪器设备不断更新换代，漏损检测技术和控制方法有了很快的发展，如 流速测量普查检漏，水压测量普查检漏，利用分区计量进行检漏等相继广泛使 用。现在在英国，瑞典等很多国家还有使用其他技术替代相关仪进行检漏的方 法，例如噪声记录仪，地面穿透雷达，氢气跟踪，热成相等。w r c 公司的 “ 撤哈 拉”管内声学技术也是一项很有发展前途的新技术。目前常用的漏失控制方法 有被动检漏法，音听检漏法，区域测漏法，区域装表检漏法及复合法，压力调 整法等。 约被动检漏法 被动检漏法是一种最原始的检漏方法，它主要是一种以发现明漏为主的方 法。供水管理部门组织专门的巡检队伍依据管网图沿线进行巡视，同时设置专 线调度系统进行巡检的信息传递和维修任务的安排，并接受广大市民的义务报 漏。它设备资金少，管理费用低，但它对暗漏和漏水点不是冒水点的明漏是无 法发现和判断漏点的，因此单凭此法不能把漏水率降低到较好的水平，而且过 分依赖市民报漏，会引发市民对管理部门的不满，降低服务声誉。 2 )音听检漏法 是目 前国内外最广泛使用的一种主动检漏方法。 当压力水从漏水口喷出， 会 产生三个成音频率，第一个成音频率为水与孔口发生摩擦产生振动，然后沿管、 上层传播开来，其传播的距离与漏水大小、管材、土质有关:第二个成音频率 为漏水口喷出的水喷到周围的泥土上产生的频率，这是检查漏水判断地点时主 要利用的频率;第三个成音频率为漏水点附近的土壤因水流冲刷而产生空穴， 水在空穴内转动而产生的声音。根据漏水产生的成音频率，有以下利用音频进 行检漏的技术。 a )听漏棒、听漏饼 其原理是把音频引起的地面震动通过一定的介质传导而引起空气振动，使 音频通过介质传至耳朵而进行监听的仪器。它代替了人把耳朵直接贴在管道或 地面上听音。 b )电子放大音听仪 是用传感器把地面振动转为微电量变化，然后通过电子放大，把微弱的地 面振动声放大到人们容易听到的音量。 c )相关检漏仪 第一章前言 由英国水研究中心于 1 9 7 6 年开发。在管道两端放置两个传感器，利用漏水 声音频率沿管道向两侧传播，监听信号，并可根据两个传感器得到信号时间的 延迟，推算出漏水点的具体位置。 音听检漏法仪器设备简单，操作方便，价格较低，所以被广泛使用，据英 国水研究中心估计， 音听检漏法约可查地下漏水的 8 0 % 。但音听检漏法受其它声 音干扰较大，需要依靠检漏人员的经验判断，所以检漏效果在一定程度上取决 于检漏人员的经验和素质。 3 )区域管理方法。对管网进行分区域检测主要有以下几种方法: a )区域装表法 此法为把供水区分为若干个小区，除留一或二个装有水表的进水管外，关 闭小区与外界的联系阀门，使小区内总用水量可计量，同一时刻计量该区所有 用户水表水量，对两个流量进行比较，其差值为小区的漏失水量，若在允许范 围内，则不需检修，若超出允许值，则需要进一步进行音听检漏确定具体漏点。 b )区域测漏法 ( 最小流量法) 分为直接和间接区域测漏法两种。此法同样把供水区分为若干个小区，检 测时关闭所有该区的连通阀门，并设置旁通管计量管道内流量，若采用直接区 域测漏法则同时关闭所有用户水表进水闸门，直接测得该区漏水量，若超出允 许值，则进一步确定漏点:若采用间接区域测漏法，则不完全关闭用户的进水 闸门，在深夜用水最少时测定一定时间，测得的是管网漏水量和个别用户的用 水量。 c )区域装表和测漏复合法 兼备区域装表法和区域测漏法的复合方法，区域所装的水表在白天或一定 时间间隔里起区域装表法作用，当需要区域测漏时起区域测漏法的测漏水表作 用。 4 )压力调整法 用控制手段降低管内过高的压力以降低漏损量。管道发生破裂和漏水的可 能性以及漏水量的大小与管网的工作压力有密切的关系，现在国际上通用的压 力与漏水的关系模型为:水漏失量l 与压力p 成n 次方的关系，即:l = ( p ) , n 值的范围为 0 . 5一2 . 5 ，平均值为 1 . 1 5 ， 接近线形关系1 2 0 1 。工作压力越大发 生管道破裂或接口破坏的可能性越大，管道漏水的可能性和漏水量越大，工作 压力越低，漏水量越小，甚至当工作压力降低到某一程度时，就不会漏水。水 压控制方法就是基于此原理， 通过监测管网中压力监测点压力变化，及时调 整过剩压力到满足用户压力需求的程度，从而降低管网漏水量。 第一章前言 随着计算机控制系统和遥测、 遥感、 遥控系统在供水行业的普遍使用， 使用遥控阀控制流量， 实现压力均衡， 降低漏损将成为一种更为经济和先 进的方法，现己有供水部门在管网中安装 自动减压阀，通过优化阀门开启 度设置，进行管网压力控制，以实现降低管网漏损量，均衡管网压力以及 控制管网局部压力等压力控制目标川。 5 )水力分析方法 3 )管网解析法推断漏水位置 2 1假设漏水在节点发生，将从漏水孔泄露的 漏水量做为未知数。求解漏水发生的节点位置和漏水孔面积的问题和通常的管 网解析方法相反，为一部分节点水压为已知数，而一部分节点水量 ( 漏水量) 为未知数的问题。 b ) 流速测量普查检漏法 2 2 1测量供水管道内的水流速度及其变化量，用来 分析流速变化与漏水点的关系，确定管段内的漏失量，并辅以检漏仪器对漏点 进行准确测定。 。 )水压测量普查检漏法 2 2 1测量供水管道内的水压及其变化量，用来分析 管内水压变化与漏水点的关系，并辅以检漏仪器对漏点进行准确测定。比如利 用管网水压监视系统，在全城供水管网主管上选择关键监测点，安装水压传感 器，若遇爆管情况发生，相关监测点的水压值会突然下降，则在相应片区进行 漏点查找。 检漏技术还有很多，还有一些理论上可行，但在实际中难以推广使用的方 法，如示踪检漏法 在水中加入无毒易检测的示踪剂，测出示踪剂从而确定漏水 地点，但这种方法在实际应用中存在很多困难，所以应用不是很广泛。在这里 不再赘述。 1 . 2 . 1 . 2 水漏失控制各种方法的的经济性比较2 0 1 各种漏损控 制方法均有其优缺 点，关键在 于因地制宜应用。对 供水企业来说，选择合适的检漏方法和仪器，希望用较少的检漏、维修和管理 费用就能降低较高的漏损水量，同时换取较好的社会效益。衡量所选择的检漏 方法是否经济有效，主要看 3个费用:1 修漏费用;2检漏费用;3 漏失水量费 用。当修漏费用十 检漏费用 漏失水量费用时， 说明选择的检漏方法达到的经济效 益是差的. 反之是好的， 说明选择的检漏方法恰好达到企业的损益平衡点. 供水部 门需探索一种更合适， 有效， 具有一定先进性的控制管网漏损的方法和策略， 把管 网系统的渗漏按常规化和系统化的程序进行管理和控制1 2 3 1 ，确定检漏周期。 依据英国的经验和采集的数据， 下表 1 - 1 给出各种用于水漏失控制的方法的 经验费用对照，以做参考。 第一章前言 表 1 - 1 用于水漏失控制的方法的经验费用对照 项目每降低 1 立方米水/ 天 最低费用 ( 千英镑) 每降低 1立方米水/ 天 最低费用 ( 千英镑) 初步的主动检漏控漏措施 0 . 0 50 . 1 5 深化的主动检漏控漏措施 0 . 1 01 . 0 0 压力控制手段 0 . 2 00 . 3 0 加表分区管理 0 . 2 00 . 4 0 自动检测技术的应用 0 . 1 00 . 5 0 管网改造 一优化选择 1 . 0 02 . 0 0 管网改造 一盲目的按部就班 2 . 0 01 0 . 0 0 1 .2 . 1 . 3国内外检漏情况 1 1发达国家的检漏状况 目前，发达国家采用的主要检漏方法与我国略有不同，采用区域装表法，区域 测漏法的比例要大于被动检漏法，主动检漏程度较高。国外与我国的检漏方法 相比，先进的方面有地表雷达检漏法，区域装表法，区域测漏法和复合法。在 检漏仪器方面相比较，先进的方面有地表雷达探测仪，水传声相关检漏仪，且 各类智能流量仪也列入为检漏仪器。地表雷达探测仪主要是利用无线电波对地 下管线进行测定，可根据水管周围的图象进行判断是否有漏水的情况;水传声 相关检漏仪是继利用金属管道传声的相关检漏仪研制成功后，又研制成功的广 泛用于非金属管道的检漏和胶圈接口金属管道等传声较差管道检漏的仪器。在 管理方面，国外非常重视检漏工作的经济合理性，引用了 “ 效益成本比”经济 分析方法，若效益与成本之比大于 1 ，说明用于检漏、修漏的费用小于漏水水量 的费用。效益与成本之比越大，漏损控制的经济效益越好 2 4 。由于西方国家的 经济实力，重视程度和技术水平等方面的优势，根据有关资料统计，其漏失率 远低于亚洲国家 2 3 1 2 )国内检漏状况 目前， 国内的检漏方法主要是被动检漏辅以不同的主动检漏方法。 很多供水 部门一方面装备了先进的供水报漏、检修的调度系统，加大了管道巡视力度和 抢修力度，另一方面加强主动检漏工作，很多城市已经采用了不同的主动检漏 方法，并聘请专门的检漏公司进行暗漏的检测工作。采用较多的是音听法，和 区域测漏法和区域装表法，近年来不少城市已在积极的寻求和试用一些更先进 第一章前言 的探漏方法，很多研究人员和一线生产人员在这方面做了多方面的研究和论述， 如宋仁元1 2 6 1 蒋峰、 李景华1 2 7 1 高伟f 2 8 1 陆颖2 9 1 13 0 等。 修春海、 杨月杰 3 1 何桂湘 1 9 1 等还就德国、英国等国外城市常用的检测技术进行了介绍和分析 了 . 2 . 2 漏损控制理论方面 1 .2 .2 . 1 漏损分析模型和控制方法 对于管网漏损的检测、原因、机理和控制管理，国内外学者进行了不同程 度的研究，尤其在发达国家，把漏损控制作为国民生产中的系统工程来研究， 很早就成立了相关的学术研究机构，如英国水研究中心 ( wr 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 w wa)成立了漏水检测 和计量委员会;日 本水道协会 ( j ww a )专门对漏水问题进行研究( 3 2 1 ，在长期 工程实践中取得了良好的漏水控制效果。发展中国家对此项工作也给予了足够 的重视，在国际会议上发表大量文章，结合自身特点对漏失及其控制问题进行 研究r 3 3 - 3 6 1 a t h o m a s m .w a l s k i( 1 9 8 7 ) 根 据管 道的 使 用 年限 预 测 管道 漏损发 生 情况 1 3 2 1 ， 英国w r c ( 2 0 0 0 ) 尝试考虑漏损经济分析来做为漏损控制的目 标， 并且尽可 能的提高数据质量和分析技术，y . h o s o i ( 2 0 0 1 )论文中提出了优化的供水管 网漏损检测周期模型，在分区管理模型中得到有效的验证。国内研究人员也一 直在致力于管网漏损的研究，天津大学的张宏伟、陈超 ( 2 0 0 0 ) 18 1 ，在大量供 水管网漏损数据的基础上，应用多元线性回归分析理论，对供水管道投入使 用后产生漏损的初始时间进行了预测，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，对供水管道的使用经济效益做出决策，为供水部门 结束被动的运行维护管理提供技术支持。哈尔滨工业大学的陈宾 ( 2 0 0 1 ) 1 8 1 采 用时间序列分析方法研究了漏失流量与压力、漏洞直径的关系，根据实际供 水管网的漏失数据，建立了给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，并引入了经济漏失评价观念，建立了漏失经济检测周期。这些供水 管道漏损控制预测模型，改变了供水行业被动式 的漏损管理模式，在不同 的时期不断的充实和深化，但由于供水管网的复杂性和管网漏失信息的繁杂和 无规律性，因此在许多情况下对漏损与其众多影响因素之间的关系进行量化分 析比较困难，因此模型的灵敏度和准确性与现实还存在差距。 许多生产一线的技术工作人员也一直在探究管网漏使得机理和对策，通过 在工作实践中积累的经验，