城市供水管网的损漏原因分析与控制对策探讨

2022-06-08张洪凤

城市建设理论研究（电子版） 2022年11期

张洪凤

青岛市海润自来水集团有限公司山东青岛 266001

1 引言

城市供水管网的损漏问题会带来严重的影响，造成损漏现象出现的原因较多，并且一般是相互耦合的作用效果，供水行业的输送管网较高的破损现象，除了会导致较为严重的水资源浪费，并且易导致输送水资源的二次污染问题，严重影响着供水企业的发展和居民的用水安全[1]。因此，研究城市供水管网损漏的原因和控制方案，既可以节省稀缺的水资源，还可以降低供水管网的运行成本，保证经济效益和社会长治久安。

2 我国水资源和供水现状

2.1 我国水资源的现状

图1 我国水资源分布情况

我国的疆域幅员辽阔，国土面积较大，因为有着较好的气候条件和优异的地理位置，所以我国是世界上水资源储量较为丰富的国家之一，但是在水资源总体较为充沛的情况下，我国的用水存在着以下问题。首先我国的人口总数和耕地总数非常大，因此人均和耕地亩均的水资源量就非常小，我国当前有十六个省（自治区、直辖市）的人均水资源是没有达到严重缺水线的标准，并且宁夏、河北、山东、山西、河南和江苏六个省甚至没有达到极度缺水的标准线，人均的水资源量低于五百立方米[2]。其次，我国的水资源地域分布极不均匀，长江流域以南的区域，虽然只有百分之三十五的国土面积，却拥有着百分之八十的水资源。全国有四百多个城市缺水，一百多个城市严重缺失，其中大部分在北方地区。

2.2 我国城市供水的现状

2.2.1 供水需求集中，矛盾尖锐

在我国的城市地区，居住、工业等的人口和需求非常集中，但是供水水源地一般数量有限、水量有限，常年的持续为城市供水，并且需要保证较高的流量，供需矛盾日趋尖锐。

2.2.2 供水管网老旧、损漏严重

早在2002年，我国的建设部门就发布了关于供水管网损漏的评定标准，其中严格要求单个城市的供水企业负责的输水管网损漏率应小于百分之十二，但是同年的调查统计结果显示，全国的四百多个城市，其平均的损漏率达到了百分之二十以上。并且从2006年来，很多城市的供水管网损漏率仍然在逐年增加，截止今年，很多城市的供水管网损漏率已经超过了百分之二十，单个城市的年自来水损耗接近0.5亿吨[3]。因此，降低管网损漏率，保证供水效率已经是迫在眉睫的问题。

3 城市供水管网损漏的研究

城市供水管网的损漏，因为原因不同、位置不同、漏水方式不同等可以分为多种类型，常见的损漏形式如下。

3.1 按损漏构件分类

按照供水管网的损漏位置，可以分为如下几类：①管道损漏；供水管道的组成，有管体、接口和配件三个主要部分，其中，管体、配件这两个部件的损漏一般是因为出现了腐蚀破裂，或者腐蚀穿孔，而接口部分的损漏一般是由于接口的防水胶圈出现了损坏，或承插式的接口出现了损坏脱落等原因造成。②调节构筑物的损漏；在城市的供水管网体系中，需要一些调节功能的构筑物进行中继，包括水塔、水池、水箱、泵站等，这些构筑物本身存在着出现破损漏水的可能性，并且其进水口、出水口等位置也极易出现破损。③管道附属件的漏损；供水管道中有着较多的附属配件，这些构件的损坏也会导致漏水现象，包括冲洗排水阀门出现密闭不严、阀门轴杆的填充密封损漏、滤网腐蚀破裂、法兰接口损漏等很多破损的情况出现。

图2 阀门损漏

3.2 按损漏方式的分类

按照供水管网的损漏方式，又可以分为背景渗漏、明漏和暗漏三种类型：①背景渗漏；背景渗漏是指管道发生单个漏水点每小时不超过五百升水量的漏水情况，这种情况因为漏水量较小，一般的设备无法准确的检查出渗漏情况，背景渗漏一般发生在密闭性存在问题或穿孔腐蚀的管道中，背景渗漏虽然单个漏点的水量较小，但是数量庞大，因此漏水总量也非常多，是物理损漏中占比很大的部分。更换新的输水管件可以有效避免背景渗漏，但该操作成本较高，一般会通过控制供水压力的方法来减少背景渗漏量。②明漏；明漏一般是工程建设过程中，输水管网受到了外力破坏，或者长期遭受腐蚀的部位在外力荷载作用下发生的管道爆裂等，明漏因为流量极大，一般情况下可以被及时发现，处理速度较快，所以总损失不会很大。③暗漏；暗漏指的是检测装置可以捕捉到的漏水情况，管网中超过百分之八十的漏水点属于暗漏，超过百分之五十五的漏水量是由暗漏引起的，暗漏的持续时间是由供水公司的检测装置发现速度和后续维修速度决定，供水公司缩短检测间隔可以更为有效地发现暗漏现象。

4 供水管网损漏的检测

城市供水管网在运行中，因一些无法预测或避免的原因出现不同程度的损漏后，如何及时对其进行检测发现，及时修复，是减少损失的要点[4]，因为多数情况下，损漏出的水资源不是直接从地面流出的，因此技术检漏一直是研究的要点，当前常用的手段有被动检测法和主动检测法。

4.1 被动检测法

被动检测法主要检查的是明漏损害，是一种最原始的检测方法，也就是等待破损管道中的漏水已经流出地面后，再进行开挖，寻找漏水点。该检测方式需要供水企业组织专业的检测团队，对辖区内的管线进行定期巡查，并且安排专用的调度部门，对于发现的损漏点进行检测，并且还需要损漏管线所在辖区的居民等进行配合和义务上报。该方法简单方便、使用的设备和技术较少，管理成本低，但缺点是无法及时发现确定漏水点，即使发现在大多数情况下也是居民的上报反馈，社会影响较大。

4.2 主动检测法

主动检测法是通过技术和设备手段，在地下漏水溢出地面之前便将其发现并找出，主要有以下几种方法：

4.2.1 音听检漏法

该方法是目前国内外在检测损漏方面最常用的一种方法，该方法可以检出百分之八十的地下损漏情况。该方法采用音听设备，布置在输水管沿线的水表、阀门等部位，检测其是否存在损漏。音听检测方法又分为栓阀音听和地面音听两部分，通过栓阀音听大致确定漏水点的位置，圈定范围，随后在漏水点附近使用地面音听，确定具体的渗漏所在，减少工作量。因为漏水产生的声音与输水管的尺寸、材料、所在环境、损漏尺寸、输水压力等都有着密切的联系，并且受环境噪音影响较大，因此该方法在检测时需要在夜间进行，适用于埋深深度较浅的输水管线。音听检漏法是当前检测中比较有效和常用的手段之一，但该方法的检测周期较长、范围较小、成本偏高。

4.2.2 区域装表法

区域装表法是在需要检测损漏区域的进水位置和出水位置分别安装流量测算装置，分别测得进水总量和出水总量，统计其差值可算出区域的漏水量，再根据测得的漏水量大小，判断是否有必要进一步详细检测维修。该方法适用于单管供水的居民区，或其他外联阀门可关闭的地区。

4.2.3 最小夜流量法

该方法是使用流量检测装置测量并统计某一时间段内的管道水流量，对于数据进行如下处理：对比测得的夜间最小流水量，并对比日均用水量，若这一对比值超过了特定的百分比，则认为期间出现了损漏，该方法适用于对城区中的大片居民区送水的管道，实际应用中准确性较高，但操作繁琐复杂。

4.2.4 雷达探测法

雷达探测法是使用探地雷达对地磁波进行收集，得到检测结果后，可精确描绘出水管的断面图，以此来判断是否有损漏，适用于输水过程中的郊区、旷野等人员较为稀疏的地区。

4.2.5 压力波检测法

当供水管道发生损漏时，在损漏点会出现瞬态压差突降，同时产生一个负压力波，以损漏发生点为基准，该压力波可向管道上下方向传递，在管道过程中间隔一定距离布置压力检测传感器，根据其分别得到的压力数据，可以推算出漏水点的大致位置。

5 供水管网的材料选择

5.1 管道材料

在建筑行业中，供水管材有很多种类，其材料、性能、价格等也各不相同，选择合适的管材用于输水管道的建设，是降低管道损漏率、保证城市供水的重要基础。在供水管道的建设规范中，对于管道提出了如下要求：具有较高的可靠性、后期维修保养需求低、粗糙系数好、输送能力强、耐久性良好、造价合理。对于管材选择标准一般如下：①管径1200—1800毫米，输水压力大于1.6兆帕时，应选用预应力钢筒混凝土管、钢管；输水压力小于1.6兆帕时，除上述两种管道外，还可以选择玻璃钢管。②管径600—1200兆帕，输水压力大于1.2兆帕时，应选用预应力钢筒混凝土管、钢管、球墨铸铁管；输水压力小于1.2兆帕时，除上述三种管道外，还可以选择三阶段预应力管和玻璃钢管。③管径小于600毫米时，可选用聚乙烯管材和配件、热熔或电熔接口管件。④注意，在具有强腐蚀性土壤、水域等区域，供水管道建议选择具有良好抗腐蚀性的玻璃钢管[5]。

5.2 管道接口

在实际的供水管道损坏漏水现象中，有很大一部分是因为管道接口的损漏引起的，在早期建设投入使用的管道中，比较常用的是青铅接口，该类型的接口很容易在受到拉力作用时出现渗漏现象，因此很快就被成本更低且抗渗能力更好的石棉水泥接口取代，但这种接口属于是刚性材料，在管道通入使用后会产生一定的不均匀沉降，导致接口处产生环向裂缝或者接口扭转破裂。在之后最普遍使用的是橡胶圈的柔性管道连接口，该接口因对温度变化、管道不均匀沉降、上部荷载等情况时都表现良好，是使用最广泛的管道接口。近些年来，在我国的输水管道施工中，开始尝试使用扩张成型是的承插柔性接口，该接口可以克服橡胶接口易老化的特性，且抗震效果良好。

6 供水管网的施工控制

6.1 做好防冻处理措施

在冬季，尤其是我国北方的冬季结冰区，对于使用中处于半开状态的管道阀门，应在官网的承压能力允许的情况下，加大开启度，提高管网的流速，减少冰碴的阻力，保证管道不会上冻。管道中的阀门部位需要进行保暖措施，一般采用草袋等保暖物品覆盖，若阀门已经出现冻结，不可直接使用热水浇烫，亏导致阀门破裂，应用加温设施缓慢解冻。对于使用中的管道，在水流较缓、容易结冰的分段，可以考虑布置水泵提高流速；已冻结的管道，在条件允许的情况下可以使用点燃锯末、草壳等物体进行加温，较长的结冰管道应停止使用，通入蒸汽进行加热。

6.2 做好防腐处理措施

输水管网的损漏和流水大多都是因为输水管道出现腐蚀后，渗漏和破裂导致的，为此，管道铺设中的防腐措施是必要的，当输水的PH数值低于8时，管道内部必须做防腐措施，水泥砂浆抗腐蚀性较好、成本低，因此管道内部防腐大多采用水泥砂浆。此外，对于直径小于三百毫米的管道，其内部涂料可以选用薄涂层的环氧煤沥青。此外，在做好内层防腐的同时，外层防腐也要同步跟上，普通铸铁管、球墨铸铁管的外层防腐材料仍然可以采用环氧煤沥青，此外，在同样的环境条件下，钢管比其他两种管更容易出现腐蚀，因此钢管的防腐需要采用三油（环氧煤沥青）加二布（玻璃纤维布）或四油加三布。

6.3 保证施工质量

提高施工质量代表着两部分内容，首先是管线本身的施工质量，其次是投入使用的输水管线其附近进行其他施工时的情况。保证管线本身的施工质量，是使得上述材料、防护措施等发挥其效力的根本，在输水管道的基础工作完成后，要保证管道的铺设平整，其基底和周围不应存在可以破坏管道的硬物，管道的支墩必须固定在原土层上，回填时要分层夯实，保证回填土的密实度达到原土层的百分之九十以上，回填必须竖直方向受力。对于施工过程中的材料堆放要严格且符合标准，建成后的管道要按照规范进行试压，详细登记施工中用到的资料。

其次是管线附近的后续施工，据调查结果显示，有54%—61%的地下输水管线的破坏是由其他不合理施工导致的，管线附近的施工应提前探明地下情况，并与专门的官网负责人员沟通，供水公司应派专人到场指导。