基于层次分析法的供水管道爆漏事故分析

邓玉海

摘要：结合供水管道抢修工程经验，对供水爆漏事故进行定性分析，找出导致爆漏事故发生的主要因素，再运用层次分析法进行定量分析，建立层次结构模型，确定导致爆漏事故发生的关键因素，以此作为工作开展和安排的重点。

关键字：供水管道；爆管；层次分析法；事故预防

一、研究背景

目前，我国城市供水企业普遍都已经运营超过二、三十载，大都面临着供水管网漏损严重的问题。据数据显示，我国城市自来水管网漏损率平均高达21.5%，对比对比美国的8%，德国的4.9%，日本东京的3.3%，差距显而易见。管网漏损率过大，不仅造成水资源浪费，还增加了企业供水成本，降低了用水效率，甚至危及用水安全。

研究分析供水管道爆漏事故产生的原因和影响权重，就是从源头出发，寻找一种降低管网漏损的有效途经。同时，为供水管网的建设、设计、施工、管理提供科学依据。

二、层次分析法介绍

层次分析法是一种定性分析与定量分析相结合的多目标决策分析方法。其理论核心是通过分析系统的有关要素及其相互关系，将系统简化为有序的层次结构模型，使这些要素归为不同的层次，在每一层次，可按其上一层的某一准则，对该层要素进行两两相对比较，建立判断矩阵，通过计算判断矩阵的最大特征根及对应的正交特征向量，得出该层要素对于该准则的权重，最后计算出多层要素对于总体目标的组合权重，以此下去，从而得出不同方案或评价对象的优劣权重，为决策和评选提供依据。

这种方法采用相对标度的方式，同时充分利用了人的经验和判断能力，统一了有形与无形、可定量与不可定量的众多因素。

三、供水管道爆漏事故原因分析

为分析供水管道爆漏发生的原因，这里以东莞市东江自来水有限公司为例，通过对其抢修数据、抢修业务骨干的调查研究，造成管道爆漏的主要原因包括：

1、管道原因：主要可分为管道质量差、管龄过长、管道老化等三个方面。供水管道质量好坏、管道运营时间长段、管道材质的自然老化与管道发生破裂漏水密切相关。管道质量差如三阶段砼管、镀锌管等，是造成供水管道漏损重要的因素。管道腐蚀主要表现方式是生锈、坑蚀、结瘤、开裂或催化等。管道运营时间较长，受到土壤酸碱影响和细菌腐蚀，以及管道中水的杂质作用，使管材特性发生变化，成为漏水的薄弱之处。

2、压力原因：主要可分为压力过高、水锤现象等两个方面。水压过高时水管受力也相应增加，漏水与爆裂的几率也会增加。阀门操作、不同水厂供水源造成的水锤现象，更是增大了附近爆管的可能。

3、气候原因：主要可分为季节变化、昼夜温差大等两个方面。热胀冷缩效应对供水管道影响非常明显，季节性温差引起管道各部分伸缩变形不一致而产生渗漏，而昼夜温差更容易造成管道的伸缩频率变化而导致接口的松动、脱落甚至漏水。

4、管理原因： 主要可分为设计不合理、施工质量不到位、监管不到位、人为损坏等四个方面。管网设计不合理导致压力分配不均匀，影响正常的供水调度。施工质量不到位导致后期管网容易发生脱落，甚至破裂漏水。施工员对现场的监督不足，后期对管网维护的管理不到位所产生的人为破坏管道情况，都是造成漏损的重要组成部分。

5、环境原因： 主要包括管道铺设路面发生沉降致使管道错位破裂，交通主干道密集的车辆过往对管道的震动影响，恶劣的环境使管道长期受泥沙、下水道、河流腐蚀而容易发生漏水等三个方面。

四、供水管道爆漏事故分析

（一）建立层次结构模型

将供水管道爆漏事故原因转换为层次分析法的层次结构模型，一级指标用A表示，二级指标用B表示，如下图所示。

（二）构建两两判断矩阵并求解

根据层次分析法的计算方法，在经验丰富的抢修业务骨干的指导下构造各级指标的判断矩阵，运用matlab软件计算出各级指标的权重值和判断矩阵的最大特征根，并进行一致性检验。

1、一级指标权重的计算

一级指标包括：管道原因（A1）、压力原因（A2）、气候原因（A3）、管理原因（A4）、环境原因（A5），判断矩阵见表1。

2、二级指标权重的计算

（1） A1对应的二级指标包括：管道质量差（B1）、管龄过长（B2）、管道老化（B3），判断矩阵见表2。

（2） A2对应的二级指标包括：压力过大（B4）、水锤影响（B5），判断矩阵见表3。

（3）A3对应的二级指标包括：季节变化（B6）、昼夜温差大（B7），判断矩阵见表4。

（4） A4对应的二级指标包括：设计不合理（B8）、施工不到位（B9）、管理不到位（B10）、人为破坏（B11），判断矩阵见表5。

（5）A5对应的二级指标包括：路面沉降（B12）、交通主干道（B13）、腐蚀性环境（B14），判断矩阵见表6。

3、最底层致因因素综合权重的计算

根据上述计算结果，得出最底层致因因素导致管道爆漏事件的综合权重值，结果见表7。

（三）结果分析

根据上述计算结果，按权重值的大小将导致供水管道发生爆漏事件的14个因素进行排序，順序依次如下：B1、B4、B2、B5、B7、B3、B9、B6、B14、B10、B12、B11、B13、B8。

其中管道质量差（B1）、压力过大（B4）、管龄过长（B2）、水锤影响（B5）等4项因素的综合权重值均超过0.1，是造成供水管道爆漏最重要的因素，应重点关注。

另外管道老化（B3）、昼夜温差大（B7）、施工不到位（B9）、季节变化（B6）等4项因素的综合权重值均超过0.04，是造成供水管道爆漏比较重要的因素，应需要进行有效控制和预防。

其他因素综合权重虽然较小，是造成供水管道爆漏次要因素，但是为了求得最大的安全性，也应进行适当的控制和预防。

五、总结及预防措施

上述根据层次分析法理论分析的结果，与供水管道爆漏数据以及实践经验相吻合，证明该分析方法具有很强的操作性。

根据此次调查分析情况，这里还总结出以下一些预防措施，以供相关供水企业或部门参考，主要包括：

1、加快城市供水管网的更新改造：

（1）针对城市老旧供水管网，应加快进行管网更新改造。

（2）管网改造的同时，应合理选材，推广新型管材，如球墨铸铁管、PE管等。

（3）管网改造设计时，在管线工程中应因地制宜设置有效的排气阀、调压阀。

（4）进行分区计量设计，进行多级分区管理，安装智能化远传水表。

2、提高管道施工技术水平，加强施工全过程的质量控制保证施工质量，严格按照设计要求和施工规范施工。

3、建立供水管网运营管理系统，比如SCADA供水管网监控和数据采集系统、GIS供水管网地理信息系统、供水管网水力模型等。

4、调整管网压力。降低过高的管网供水压力是降低管网爆损的有效措施之一。在供水管网建立测压点，根据各测压点的压力变化调度水厂二泵房运行台时，使整个管网压力保持相对稳定，避免由于高、低峰水压波动引起管网爆管。

5、加强管线巡查维护力度，建立健全工作责任制。

参考文献：

[1]田甜.给水管道爆管原因分析及防治措施.〔D〕.西安建筑科技大学.2013

[2]张志磊等.供水管网爆管原因分析与预测研究.〔J〕.供水技术.2014.（05）

[3]关文贤等.基于IAHP的市政供水管网爆管影响因素的权重分析.〔J〕.水资源与水工程学报.2014.（6）