城市供水管网漏损现象的控制及研究现状*

林英姿 周金良

(1:吉林建筑大学松辽流域水环境教育部重点实验室,长春 130118;2:吉林省城市水资源与水环境修复工程实验室,长春 130118;3:吉林建筑大学市政与环境工程学院,长春 130118)

0 引言

给水管网系统是给水工程设施中重要的组成部分,不仅承担着供水的输送与分配,同时还起到对水量和水压进行调节及维护水质的作用,从而保障了用户用水的需求.然而，给水管道在输水的过程中往往会因种种原因而发生不同程度的漏水现象,我国在供水过程中出现漏水现象十分严重,给水管网的漏失率平均为28 %,中小城市的管网漏失率则是高达35 %～42 %,有的甚至超过50 %,远高于发达国家.因此,控制管网漏损现象的发生,不仅可以节约水资源,还对城市的健康发展起到积极促进作用.

1 管网漏失的原因

给水管道漏损的原因比较复杂,影响因素诸多,但最主要因素有以下几方面:

(1) 管材及配件质量参差不齐. 目前，我国主要使用的管材有钢管(SP)、球墨铸铁管(DIP)、玻璃钢管(FRPM)、预应力钢筋混凝土管(PCP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)、高密度聚乙烯管、聚氯乙烯管等.几种管材的漏失率分别为:钢管>铸铁管>预应力混凝土管>球墨铸铁管>塑料管.管道漏失的原因主要是管材漏失和管件漏失.在几种管材中,铸铁管质量参差不齐,壁厚不均,钢性接口宜在外部因素作用下开裂,或在施工过程中产生的裂纹加剧了铸铁管本身不适用于高压环境的弊端;钢筋混凝土管出现漏失现象往往存在于设计或者使用的过程中,例如，频繁变更施工情况造成的钢筋设置不当[1]或钢管内外壁防腐面受到损伤后被腐蚀,以及在安装螺栓松紧不适当时,在外力作用时最容易遭到损坏,这些情况都会使管道发生漏水现象;塑料管道容易老化且遇热容易发生变形,拉伸强度及韧性较差,容易断裂.管件漏水现象主要是因为管件自身质量原因造成的.阀门的漏水现象是最普遍的,主要由于焊接缺陷、阀杆周围密封不严、连接不牢等,这些原因都将会引起不同程度的漏水.消防栓管道附件中发生漏水现象最多的是消防栓,由于锈蚀关闭不严引起的滴漏及外界施工破坏和撞击造成的断裂漏水等[2-3];

(2) 设计及施工过程中存在问题. 给水管网在最初设计时仅对主要管道进行了水力计算,采用简化的计算方法,从而使水泵和管网的实际运行情况与设计参数不相符;同时由于附近的水文地质等资料不全面,导致施工过程中的变更较多,增大了管网的局部阻力系数;管道覆土过浅或承受压力过大;未安装管道伸缩器,在热胀冷缩的变化下造成焊缝开裂,都是引起漏失的原因[4];

(3) 温度变化的影响. 在发生温差相对较大的区域,温度是造成管道频繁发生损坏现象的主要原因,特别是在冬季易发生管网的损坏.发生这种情况的主要原因，是因为温变应力和冰冻荷载两方面共同作用而引起的,由于管道内的水温和管外土壤的温度随季节性变化,从而在管壁上产生了相应的轴向力,致使管道也随温度的变化而发生应变伸缩造成破损[5];

(4) 管理调度中存在的问题. 当供水管网运行相当长的一端时间后,主体水中的氧化铁、碳酸盐、细菌及其其它微生物将会沉积在管壁上,在内壁上形成锈和沉积物.因此改变了水质,降低了供水的能力,也改变了管道的阻力系数;或者由于该区域土地用地功能的变化,导致了用水量也发生相应的改变,实际运行情况与设计参数不相符,发生供水事故而漏水;

(5) 周围环境因素. 如其他工程造成挖损(包括管道附近的施工、矿区开采等)、交通、土壤类型、环境破坏及外物侵入等.

2 漏损的检测方法

为了减少管道的漏水量,降低供水成本,节约用水,管网管理部门应定期进行管网检漏工作,从而及时发现渗漏进行补救.常用的检漏方法可分为被动检漏法和主动检漏法.被动检漏法是最经济、最原始的方法.当地下管道发生渗漏并有水冒出地面后,才能发现漏水现象并进行检测维修的方法,发现的漏点明漏为主,通常是发生大量漏水后才能被察觉.主动检漏法是指发生了漏水现象,水未冒出地面,应用相应的检测仪器和检漏方法检查地下管道漏水的方法.主要漏损控制方法见表1.

表1 主要漏损控制方法

(1) 听漏法. 听漏法是最常用且使用时间最长的方法[6].听漏法不但能检测明漏，也可发现暗漏.当发生漏水现象时,由于水流的喷击作用引起管道一定频率的震动,听漏法就是通过对震动声音的监听来判断是否漏水，以及发生漏水的地点.听漏工具有听漏棒、半导体检漏仪、相关检漏仪等，听漏棒若使用得当,检漏准确率可高达95 %以上;

(2) 间接测定法. 此方法主要通过测量管线的流量及节点压力来确定漏水点.如管段上两点间压力差相对较大,并且在没有关闭阀门的情况,则可以判断管段上存在漏点，漏水点的水力坡降线有突然下降的现象;

(3) 分区检漏法. 分区检漏的方法是用水表测出漏水的地点及漏水量的大小,可在允许短时间停水的小范围内进行.检漏时将整个管网分成若干个小区,小区内进行停水并关闭和其他地区相通的阀门,只对装有水表的一条进水管通水.如果区内管道发生漏水,水表转动便可读出漏水量，这样逐步缩小检测范围,最后结合听漏法来确定漏水点;

(4) 区域装表法. 将供水区域划分为若干小区,每个小区内可达2 000～3 000用户.在接入小区的总管上安装总水表,如总管经过该区域后还供下游的小区用水时,则在流入其他小区的水管上再装若干水表,抄表员在固定时间段抄录该区域内的用户水表,加抄少量测漏专用的总水表后,即可计算出该区域是否存在较大的漏水.此法可减小听声检漏范围,但投资较大,若水表发生故障或估表则会影响漏水的判断,但最终确定漏水点的位置还需用听漏法;

(5) 利用管网漏失模型进行检测. 最常见的诊断及检测方法是水压测量检漏,即测量出管道内的水压及其变化量,计算管网供水过程中出现的流量扰动现象引起的水力、水压状态变化方程式,分析管网内压力变化趋势及漏水点的位置与漏水量之间的关系,利用测压方法测出压力变化 ,以达到寻求漏水管段的目的.此方法需要通过蚁群算法、层次分析法(AHP)，BP神经网络等算法结合EPANETH，MATLAB等软件建立管网漏损模型[7-8],进行模拟计算得出相应的水力模型,从而进行漏失诊断.目前，很多水厂采用管网远程监测(SCADA 监控)系统和神经网络技术联合应用,该方法改变了供水行业被动式的漏损管理模式,为在管道漏损方面做到早预防和早解决提供了一个新思路.

3 给水管网漏损控制措施

给水管网的漏损控制是一个庞大的系统工程,若想有效地减少漏损现象,必须从设计、施工、运行管理等诸多方面综合考虑.在设计方面，主要从管道的选材、工作压力、埋深、接口形式、埋设位置及防腐等因素考虑；在管材选取方面,要考虑到城市近期与远期的发展及规划目标,所采用的管道材质应具有安全可靠性高,使用寿命时间长,内壁阻力系数低,维护简单的特点;接口形式应尽量选择柔性接口;管道的工作压力不宜选取得过高,若采用较高的工作压力进行供水时,要与分区供水设计方案进行技术上和工程经济效益对比,并验证方案是否经济合理.施工时,覆土质量、管底基础等都需要按照要求严格执行;管道的防腐工作是决定管道使用年限和输配水能力的一项重要措施,当土壤和水侵蚀性较强时，必须要采取防腐措施对管道内外壁进行防护；在供水管网日常管理上，要保证管道基础资料的正确性,完善供水管网信息系统;及时对管道进行更新,制定管道更新计划安排;加强对管道的检查维护和检漏力度,提高管网工作水压的合理性与调度的科学化,实现安全供水.

4 结语

城市的供水管网系统是一个既复杂又庞大的系统,造成管网漏损的影响因素有很多,管网漏损现象的检测与控制是一项较为复杂的系统工程,单纯靠仪器和设备是无法完成的.故需要采用不同的系统方法,采取学科间的交叉应用和先进的科学技术,对城市供水管网系统漏损控制技术进行研究；建立管网漏失模型对管网进行控制就是一项较为有效的方法,这将是今后重点研究的内容.

参 考 文 献

[1] 李燕京.供水管网系统漏损智能化控制技术研究与应用[D].青岛:青岛理工大学,2010.

[2] 高亚萍.供水管网漏损原因与控制措施的研究[D].天津:天津大学,2006.

[3] 邓晓婷.城巿供水管网漏损因素分析及控制[D].太原理工大学,2012.

[4] 李 鹏,张 鹏,孙小波.浅谈城市供水管网漏失成因及控制措施[J].科技资讯,2009(14):67-69.

[5] 沈志云,张晓东,沈 旭.供水管网漏损控制研究[J].城镇供水,2012(3):73-77.

[6] 徐 强,陈求稳.供水管网漏损控制研究进展[J].中国给水排水,2012,28(24):5-9.

[7] 姜 帅,吴 雪,刘书明.我国部分城市供水管网漏损现状分析[J].北京水务,2013(3):14-16.

[8] 李树平.供水管网漏损控制理论研究进展[J].给水排水,2011,37(1):162-165.