林英姿 周金良

(1:吉林建筑大學(xué)松遼流域水環(huán)境教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,長春 130118;2:吉林省城市水資源與水環(huán)境修復(fù)工程實(shí)驗(yàn)室,長春 130118;3:吉林建筑大學(xué)市政與環(huán)境工程學(xué)院,長春 130118)

0 引言

給水管網(wǎng)系統(tǒng)是給水工程設(shè)施中重要的組成部分,不僅承擔(dān)著供水的輸送與分配,同時(shí)還起到對(duì)水量和水壓進(jìn)行調(diào)節(jié)及維護(hù)水質(zhì)的作用,從而保障了用戶用水的需求.然而，給水管道在輸水的過程中往往會(huì)因種種原因而發(fā)生不同程度的漏水現(xiàn)象,我國在供水過程中出現(xiàn)漏水現(xiàn)象十分嚴(yán)重,給水管網(wǎng)的漏失率平均為28 %,中小城市的管網(wǎng)漏失率則是高達(dá)35 %～42 %,有的甚至超過50 %,遠(yuǎn)高于發(fā)達(dá)國家.因此,控制管網(wǎng)漏損現(xiàn)象的發(fā)生,不僅可以節(jié)約水資源,還對(duì)城市的健康發(fā)展起到積極促進(jìn)作用.

1 管網(wǎng)漏失的原因

給水管道漏損的原因比較復(fù)雜,影響因素諸多,但最主要因素有以下幾方面:

(1) 管材及配件質(zhì)量參差不齊. 目前，我國主要使用的管材有鋼管(SP)、球墨鑄鐵管(DIP)、玻璃鋼管(FRPM)、預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管(PCP)、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管(PCCP)、高密度聚乙烯管、聚氯乙烯管等.幾種管材的漏失率分別為:鋼管>鑄鐵管>預(yù)應(yīng)力混凝土管>球墨鑄鐵管>塑料管.管道漏失的原因主要是管材漏失和管件漏失.在幾種管材中,鑄鐵管質(zhì)量參差不齊,壁厚不均,鋼性接口宜在外部因素作用下開裂,或在施工過程中產(chǎn)生的裂紋加劇了鑄鐵管本身不適用于高壓環(huán)境的弊端;鋼筋混凝土管出現(xiàn)漏失現(xiàn)象往往存在于設(shè)計(jì)或者使用的過程中,例如，頻繁變更施工情況造成的鋼筋設(shè)置不當(dāng)[1]或鋼管內(nèi)外壁防腐面受到損傷后被腐蝕,以及在安裝螺栓松緊不適當(dāng)時(shí),在外力作用時(shí)最容易遭到損壞,這些情況都會(huì)使管道發(fā)生漏水現(xiàn)象;塑料管道容易老化且遇熱容易發(fā)生變形,拉伸強(qiáng)度及韌性較差,容易斷裂.管件漏水現(xiàn)象主要是因?yàn)楣芗陨碣|(zhì)量原因造成的.閥門的漏水現(xiàn)象是最普遍的,主要由于焊接缺陷、閥桿周圍密封不嚴(yán)、連接不牢等,這些原因都將會(huì)引起不同程度的漏水.消防栓管道附件中發(fā)生漏水現(xiàn)象最多的是消防栓,由于銹蝕關(guān)閉不嚴(yán)引起的滴漏及外界施工破壞和撞擊造成的斷裂漏水等[2-3];

(2) 設(shè)計(jì)及施工過程中存在問題. 給水管網(wǎng)在最初設(shè)計(jì)時(shí)僅對(duì)主要管道進(jìn)行了水力計(jì)算,采用簡(jiǎn)化的計(jì)算方法,從而使水泵和管網(wǎng)的實(shí)際運(yùn)行情況與設(shè)計(jì)參數(shù)不相符;同時(shí)由于附近的水文地質(zhì)等資料不全面,導(dǎo)致施工過程中的變更較多,增大了管網(wǎng)的局部阻力系數(shù);管道覆土過淺或承受壓力過大;未安裝管道伸縮器,在熱脹冷縮的變化下造成焊縫開裂,都是引起漏失的原因[4];

(3) 溫度變化的影響. 在發(fā)生溫差相對(duì)較大的區(qū)域,溫度是造成管道頻繁發(fā)生損壞現(xiàn)象的主要原因,特別是在冬季易發(fā)生管網(wǎng)的損壞.發(fā)生這種情況的主要原因，是因?yàn)闇刈儜?yīng)力和冰凍荷載兩方面共同作用而引起的,由于管道內(nèi)的水溫和管外土壤的溫度隨季節(jié)性變化,從而在管壁上產(chǎn)生了相應(yīng)的軸向力,致使管道也隨溫度的變化而發(fā)生應(yīng)變伸縮造成破損[5];

(4) 管理調(diào)度中存在的問題. 當(dāng)供水管網(wǎng)運(yùn)行相當(dāng)長的一端時(shí)間后,主體水中的氧化鐵、碳酸鹽、細(xì)菌及其其它微生物將會(huì)沉積在管壁上,在內(nèi)壁上形成銹和沉積物.因此改變了水質(zhì),降低了供水的能力,也改變了管道的阻力系數(shù);或者由于該區(qū)域土地用地功能的變化,導(dǎo)致了用水量也發(fā)生相應(yīng)的改變,實(shí)際運(yùn)行情況與設(shè)計(jì)參數(shù)不相符,發(fā)生供水事故而漏水;

(5) 周圍環(huán)境因素. 如其他工程造成挖損(包括管道附近的施工、礦區(qū)開采等)、交通、土壤類型、環(huán)境破壞及外物侵入等.

2 漏損的檢測(cè)方法

為了減少管道的漏水量,降低供水成本,節(jié)約用水,管網(wǎng)管理部門應(yīng)定期進(jìn)行管網(wǎng)檢漏工作,從而及時(shí)發(fā)現(xiàn)滲漏進(jìn)行補(bǔ)救.常用的檢漏方法可分為被動(dòng)檢漏法和主動(dòng)檢漏法.被動(dòng)檢漏法是最經(jīng)濟(jì)、最原始的方法.當(dāng)?shù)叵鹿艿腊l(fā)生滲漏并有水冒出地面后,才能發(fā)現(xiàn)漏水現(xiàn)象并進(jìn)行檢測(cè)維修的方法,發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)明漏為主,通常是發(fā)生大量漏水后才能被察覺.主動(dòng)檢漏法是指發(fā)生了漏水現(xiàn)象,水未冒出地面,應(yīng)用相應(yīng)的檢測(cè)儀器和檢漏方法檢查地下管道漏水的方法.主要漏損控制方法見表1.

表1 主要漏損控制方法

(1) 聽漏法. 聽漏法是最常用且使用時(shí)間最長的方法[6].聽漏法不但能檢測(cè)明漏，也可發(fā)現(xiàn)暗漏.當(dāng)發(fā)生漏水現(xiàn)象時(shí),由于水流的噴擊作用引起管道一定頻率的震動(dòng),聽漏法就是通過對(duì)震動(dòng)聲音的監(jiān)聽來判斷是否漏水，以及發(fā)生漏水的地點(diǎn).聽漏工具有聽漏棒、半導(dǎo)體檢漏儀、相關(guān)檢漏儀等，聽漏棒若使用得當(dāng),檢漏準(zhǔn)確率可高達(dá)95 %以上;

(2) 間接測(cè)定法. 此方法主要通過測(cè)量管線的流量及節(jié)點(diǎn)壓力來確定漏水點(diǎn).如管段上兩點(diǎn)間壓力差相對(duì)較大,并且在沒有關(guān)閉閥門的情況,則可以判斷管段上存在漏點(diǎn)，漏水點(diǎn)的水力坡降線有突然下降的現(xiàn)象;

(3) 分區(qū)檢漏法. 分區(qū)檢漏的方法是用水表測(cè)出漏水的地點(diǎn)及漏水量的大小,可在允許短時(shí)間停水的小范圍內(nèi)進(jìn)行.檢漏時(shí)將整個(gè)管網(wǎng)分成若干個(gè)小區(qū),小區(qū)內(nèi)進(jìn)行停水并關(guān)閉和其他地區(qū)相通的閥門,只對(duì)裝有水表的一條進(jìn)水管通水.如果區(qū)內(nèi)管道發(fā)生漏水,水表轉(zhuǎn)動(dòng)便可讀出漏水量，這樣逐步縮小檢測(cè)范圍,最后結(jié)合聽漏法來確定漏水點(diǎn);

(4) 區(qū)域裝表法. 將供水區(qū)域劃分為若干小區(qū),每個(gè)小區(qū)內(nèi)可達(dá)2 000～3 000用戶.在接入小區(qū)的總管上安裝總水表,如總管經(jīng)過該區(qū)域后還供下游的小區(qū)用水時(shí),則在流入其他小區(qū)的水管上再裝若干水表,抄表員在固定時(shí)間段抄錄該區(qū)域內(nèi)的用戶水表,加抄少量測(cè)漏專用的總水表后,即可計(jì)算出該區(qū)域是否存在較大的漏水.此法可減小聽聲檢漏范圍,但投資較大,若水表發(fā)生故障或估表則會(huì)影響漏水的判斷,但最終確定漏水點(diǎn)的位置還需用聽漏法;

(5) 利用管網(wǎng)漏失模型進(jìn)行檢測(cè). 最常見的診斷及檢測(cè)方法是水壓測(cè)量檢漏,即測(cè)量出管道內(nèi)的水壓及其變化量,計(jì)算管網(wǎng)供水過程中出現(xiàn)的流量擾動(dòng)現(xiàn)象引起的水力、水壓狀態(tài)變化方程式,分析管網(wǎng)內(nèi)壓力變化趨勢(shì)及漏水點(diǎn)的位置與漏水量之間的關(guān)系,利用測(cè)壓方法測(cè)出壓力變化 ,以達(dá)到尋求漏水管段的目的.此方法需要通過蟻群算法、層次分析法(AHP)，BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等算法結(jié)合EPANETH，MATLAB等軟件建立管網(wǎng)漏損模型[7-8],進(jìn)行模擬計(jì)算得出相應(yīng)的水力模型,從而進(jìn)行漏失診斷.目前，很多水廠采用管網(wǎng)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)(SCADA 監(jiān)控)系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)聯(lián)合應(yīng)用,該方法改變了供水行業(yè)被動(dòng)式的漏損管理模式,為在管道漏損方面做到早預(yù)防和早解決提供了一個(gè)新思路.

3 給水管網(wǎng)漏損控制措施

給水管網(wǎng)的漏損控制是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程,若想有效地減少漏損現(xiàn)象,必須從設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行管理等諸多方面綜合考慮.在設(shè)計(jì)方面，主要從管道的選材、工作壓力、埋深、接口形式、埋設(shè)位置及防腐等因素考慮；在管材選取方面,要考慮到城市近期與遠(yuǎn)期的發(fā)展及規(guī)劃目標(biāo),所采用的管道材質(zhì)應(yīng)具有安全可靠性高,使用壽命時(shí)間長,內(nèi)壁阻力系數(shù)低,維護(hù)簡(jiǎn)單的特點(diǎn);接口形式應(yīng)盡量選擇柔性接口;管道的工作壓力不宜選取得過高,若采用較高的工作壓力進(jìn)行供水時(shí),要與分區(qū)供水設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)上和工程經(jīng)濟(jì)效益對(duì)比,并驗(yàn)證方案是否經(jīng)濟(jì)合理.施工時(shí),覆土質(zhì)量、管底基礎(chǔ)等都需要按照要求嚴(yán)格執(zhí)行;管道的防腐工作是決定管道使用年限和輸配水能力的一項(xiàng)重要措施,當(dāng)土壤和水侵蝕性較強(qiáng)時(shí)，必須要采取防腐措施對(duì)管道內(nèi)外壁進(jìn)行防護(hù)；在供水管網(wǎng)日常管理上，要保證管道基礎(chǔ)資料的正確性,完善供水管網(wǎng)信息系統(tǒng);及時(shí)對(duì)管道進(jìn)行更新,制定管道更新計(jì)劃安排;加強(qiáng)對(duì)管道的檢查維護(hù)和檢漏力度,提高管網(wǎng)工作水壓的合理性與調(diào)度的科學(xué)化,實(shí)現(xiàn)安全供水.

4 結(jié)語

城市的供水管網(wǎng)系統(tǒng)是一個(gè)既復(fù)雜又龐大的系統(tǒng),造成管網(wǎng)漏損的影響因素有很多,管網(wǎng)漏損現(xiàn)象的檢測(cè)與控制是一項(xiàng)較為復(fù)雜的系統(tǒng)工程,單純靠?jī)x器和設(shè)備是無法完成的.故需要采用不同的系統(tǒng)方法,采取學(xué)科間的交叉應(yīng)用和先進(jìn)的科學(xué)技術(shù),對(duì)城市供水管網(wǎng)系統(tǒng)漏損控制技術(shù)進(jìn)行研究；建立管網(wǎng)漏失模型對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行控制就是一項(xiàng)較為有效的方法,這將是今后重點(diǎn)研究的內(nèi)容.

參 考 文 獻(xiàn)

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