張洪鳳

青島市海潤(rùn)自來水集團(tuán)有限公司 山東 青島 266001

1 引言

城市供水管網(wǎng)的損漏問題會(huì)帶來嚴(yán)重的影響，造成損漏現(xiàn)象出現(xiàn)的原因較多，并且一般是相互耦合的作用效果，供水行業(yè)的輸送管網(wǎng)較高的破損現(xiàn)象，除了會(huì)導(dǎo)致較為嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)，并且易導(dǎo)致輸送水資源的二次污染問題，嚴(yán)重影響著供水企業(yè)的發(fā)展和居民的用水安全[1]。因此，研究城市供水管網(wǎng)損漏的原因和控制方案，既可以節(jié)省稀缺的水資源，還可以降低供水管網(wǎng)的運(yùn)行成本，保證經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)長(zhǎng)治久安。

2 我國(guó)水資源和供水現(xiàn)狀

2.1 我國(guó)水資源的現(xiàn)狀

圖1 我國(guó)水資源分布情況

我國(guó)的疆域幅員遼闊，國(guó)土面積較大，因?yàn)橛兄^好的氣候條件和優(yōu)異的地理位置，所以我國(guó)是世界上水資源儲(chǔ)量較為豐富的國(guó)家之一，但是在水資源總體較為充沛的情況下，我國(guó)的用水存在著以下問題。首先我國(guó)的人口總數(shù)和耕地總數(shù)非常大，因此人均和耕地畝均的水資源量就非常小，我國(guó)當(dāng)前有十六個(gè)?。ㄗ灾螀^(qū)、直轄市）的人均水資源是沒有達(dá)到嚴(yán)重缺水線的標(biāo)準(zhǔn)，并且寧夏、河北、山東、山西、河南和江蘇六個(gè)省甚至沒有達(dá)到極度缺水的標(biāo)準(zhǔn)線，人均的水資源量低于五百立方米[2]。其次，我國(guó)的水資源地域分布極不均勻，長(zhǎng)江流域以南的區(qū)域，雖然只有百分之三十五的國(guó)土面積，卻擁有著百分之八十的水資源。全國(guó)有四百多個(gè)城市缺水，一百多個(gè)城市嚴(yán)重缺失，其中大部分在北方地區(qū)。

2.2 我國(guó)城市供水的現(xiàn)狀

2.2.1 供水需求集中，矛盾尖銳

在我國(guó)的城市地區(qū)，居住、工業(yè)等的人口和需求非常集中，但是供水水源地一般數(shù)量有限、水量有限，常年的持續(xù)為城市供水，并且需要保證較高的流量，供需矛盾日趨尖銳。

2.2.2 供水管網(wǎng)老舊、損漏嚴(yán)重

早在2002年，我國(guó)的建設(shè)部門就發(fā)布了關(guān)于供水管網(wǎng)損漏的評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)，其中嚴(yán)格要求單個(gè)城市的供水企業(yè)負(fù)責(zé)的輸水管網(wǎng)損漏率應(yīng)小于百分之十二，但是同年的調(diào)查統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示，全國(guó)的四百多個(gè)城市，其平均的損漏率達(dá)到了百分之二十以上。并且從2006年來，很多城市的供水管網(wǎng)損漏率仍然在逐年增加，截止今年，很多城市的供水管網(wǎng)損漏率已經(jīng)超過了百分之二十，單個(gè)城市的年自來水損耗接近0.5億噸[3]。因此，降低管網(wǎng)損漏率，保證供水效率已經(jīng)是迫在眉睫的問題。

3 城市供水管網(wǎng)損漏的研究

城市供水管網(wǎng)的損漏，因?yàn)樵虿煌?、位置不同、漏水方式不同等可以分為多種類型，常見的損漏形式如下。

3.1 按損漏構(gòu)件分類

按照供水管網(wǎng)的損漏位置，可以分為如下幾類：①管道損漏；供水管道的組成，有管體、接口和配件三個(gè)主要部分，其中，管體、配件這兩個(gè)部件的損漏一般是因?yàn)槌霈F(xiàn)了腐蝕破裂，或者腐蝕穿孔，而接口部分的損漏一般是由于接口的防水膠圈出現(xiàn)了損壞，或承插式的接口出現(xiàn)了損壞脫落等原因造成。②調(diào)節(jié)構(gòu)筑物的損漏；在城市的供水管網(wǎng)體系中，需要一些調(diào)節(jié)功能的構(gòu)筑物進(jìn)行中繼，包括水塔、水池、水箱、泵站等，這些構(gòu)筑物本身存在著出現(xiàn)破損漏水的可能性，并且其進(jìn)水口、出水口等位置也極易出現(xiàn)破損。③管道附屬件的漏損；供水管道中有著較多的附屬配件，這些構(gòu)件的損壞也會(huì)導(dǎo)致漏水現(xiàn)象，包括沖洗排水閥門出現(xiàn)密閉不嚴(yán)、閥門軸桿的填充密封損漏、濾網(wǎng)腐蝕破裂、法蘭接口損漏等很多破損的情況出現(xiàn)。

圖2 閥門損漏

3.2 按損漏方式的分類

按照供水管網(wǎng)的損漏方式，又可以分為背景滲漏、明漏和暗漏三種類型：①背景滲漏；背景滲漏是指管道發(fā)生單個(gè)漏水點(diǎn)每小時(shí)不超過五百升水量的漏水情況，這種情況因?yàn)槁┧枯^小，一般的設(shè)備無法準(zhǔn)確的檢查出滲漏情況，背景滲漏一般發(fā)生在密閉性存在問題或穿孔腐蝕的管道中，背景滲漏雖然單個(gè)漏點(diǎn)的水量較小，但是數(shù)量龐大，因此漏水總量也非常多，是物理損漏中占比很大的部分。更換新的輸水管件可以有效避免背景滲漏，但該操作成本較高，一般會(huì)通過控制供水壓力的方法來減少背景滲漏量。②明漏；明漏一般是工程建設(shè)過程中，輸水管網(wǎng)受到了外力破壞，或者長(zhǎng)期遭受腐蝕的部位在外力荷載作用下發(fā)生的管道爆裂等，明漏因?yàn)榱髁繕O大，一般情況下可以被及時(shí)發(fā)現(xiàn)，處理速度較快，所以總損失不會(huì)很大。③暗漏；暗漏指的是檢測(cè)裝置可以捕捉到的漏水情況，管網(wǎng)中超過百分之八十的漏水點(diǎn)屬于暗漏，超過百分之五十五的漏水量是由暗漏引起的，暗漏的持續(xù)時(shí)間是由供水公司的檢測(cè)裝置發(fā)現(xiàn)速度和后續(xù)維修速度決定，供水公司縮短檢測(cè)間隔可以更為有效地發(fā)現(xiàn)暗漏現(xiàn)象。

4 供水管網(wǎng)損漏的檢測(cè)

城市供水管網(wǎng)在運(yùn)行中，因一些無法預(yù)測(cè)或避免的原因出現(xiàn)不同程度的損漏后，如何及時(shí)對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)發(fā)現(xiàn)，及時(shí)修復(fù)，是減少損失的要點(diǎn)[4]，因?yàn)槎鄶?shù)情況下，損漏出的水資源不是直接從地面流出的，因此技術(shù)檢漏一直是研究的要點(diǎn)，當(dāng)前常用的手段有被動(dòng)檢測(cè)法和主動(dòng)檢測(cè)法。

4.1 被動(dòng)檢測(cè)法

被動(dòng)檢測(cè)法主要檢查的是明漏損害，是一種最原始的檢測(cè)方法，也就是等待破損管道中的漏水已經(jīng)流出地面后，再進(jìn)行開挖，尋找漏水點(diǎn)。該檢測(cè)方式需要供水企業(yè)組織專業(yè)的檢測(cè)團(tuán)隊(duì)，對(duì)轄區(qū)內(nèi)的管線進(jìn)行定期巡查，并且安排專用的調(diào)度部門，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的損漏點(diǎn)進(jìn)行檢測(cè)，并且還需要損漏管線所在轄區(qū)的居民等進(jìn)行配合和義務(wù)上報(bào)。該方法簡(jiǎn)單方便、使用的設(shè)備和技術(shù)較少，管理成本低，但缺點(diǎn)是無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)確定漏水點(diǎn)，即使發(fā)現(xiàn)在大多數(shù)情況下也是居民的上報(bào)反饋，社會(huì)影響較大。

4.2 主動(dòng)檢測(cè)法

主動(dòng)檢測(cè)法是通過技術(shù)和設(shè)備手段，在地下漏水溢出地面之前便將其發(fā)現(xiàn)并找出，主要有以下幾種方法：

4.2.1 音聽檢漏法

該方法是目前國(guó)內(nèi)外在檢測(cè)損漏方面最常用的一種方法，該方法可以檢出百分之八十的地下?lián)p漏情況。該方法采用音聽設(shè)備，布置在輸水管沿線的水表、閥門等部位，檢測(cè)其是否存在損漏。音聽檢測(cè)方法又分為栓閥音聽和地面音聽兩部分，通過栓閥音聽大致確定漏水點(diǎn)的位置，圈定范圍，隨后在漏水點(diǎn)附近使用地面音聽，確定具體的滲漏所在，減少工作量。因?yàn)槁┧a(chǎn)生的聲音與輸水管的尺寸、材料、所在環(huán)境、損漏尺寸、輸水壓力等都有著密切的聯(lián)系，并且受環(huán)境噪音影響較大，因此該方法在檢測(cè)時(shí)需要在夜間進(jìn)行，適用于埋深深度較淺的輸水管線。音聽檢漏法是當(dāng)前檢測(cè)中比較有效和常用的手段之一，但該方法的檢測(cè)周期較長(zhǎng)、范圍較小、成本偏高。

4.2.2 區(qū)域裝表法

區(qū)域裝表法是在需要檢測(cè)損漏區(qū)域的進(jìn)水位置和出水位置分別安裝流量測(cè)算裝置，分別測(cè)得進(jìn)水總量和出水總量，統(tǒng)計(jì)其差值可算出區(qū)域的漏水量，再根據(jù)測(cè)得的漏水量大小，判斷是否有必要進(jìn)一步詳細(xì)檢測(cè)維修。該方法適用于單管供水的居民區(qū)，或其他外聯(lián)閥門可關(guān)閉的地區(qū)。

4.2.3 最小夜流量法

該方法是使用流量檢測(cè)裝置測(cè)量并統(tǒng)計(jì)某一時(shí)間段內(nèi)的管道水流量，對(duì)于數(shù)據(jù)進(jìn)行如下處理：對(duì)比測(cè)得的夜間最小流水量，并對(duì)比日均用水量，若這一對(duì)比值超過了特定的百分比，則認(rèn)為期間出現(xiàn)了損漏，該方法適用于對(duì)城區(qū)中的大片居民區(qū)送水的管道，實(shí)際應(yīng)用中準(zhǔn)確性較高，但操作繁瑣復(fù)雜。

4.2.4 雷達(dá)探測(cè)法

雷達(dá)探測(cè)法是使用探地雷達(dá)對(duì)地磁波進(jìn)行收集，得到檢測(cè)結(jié)果后，可精確描繪出水管的斷面圖，以此來判斷是否有損漏，適用于輸水過程中的郊區(qū)、曠野等人員較為稀疏的地區(qū)。

4.2.5 壓力波檢測(cè)法

當(dāng)供水管道發(fā)生損漏時(shí)，在損漏點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)瞬態(tài)壓差突降，同時(shí)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)壓力波，以損漏發(fā)生點(diǎn)為基準(zhǔn)，該壓力波可向管道上下方向傳遞，在管道過程中間隔一定距離布置壓力檢測(cè)傳感器，根據(jù)其分別得到的壓力數(shù)據(jù)，可以推算出漏水點(diǎn)的大致位置。

5 供水管網(wǎng)的材料選擇

5.1 管道材料

在建筑行業(yè)中，供水管材有很多種類，其材料、性能、價(jià)格等也各不相同，選擇合適的管材用于輸水管道的建設(shè)，是降低管道損漏率、保證城市供水的重要基礎(chǔ)。在供水管道的建設(shè)規(guī)范中，對(duì)于管道提出了如下要求：具有較高的可靠性、后期維修保養(yǎng)需求低、粗糙系數(shù)好、輸送能力強(qiáng)、耐久性良好、造價(jià)合理。對(duì)于管材選擇標(biāo)準(zhǔn)一般如下：①管徑1200—1800毫米，輸水壓力大于1.6兆帕?xí)r，應(yīng)選用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、鋼管；輸水壓力小于1.6兆帕?xí)r，除上述兩種管道外，還可以選擇玻璃鋼管。②管徑600—1200兆帕，輸水壓力大于1.2兆帕?xí)r，應(yīng)選用預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、鋼管、球墨鑄鐵管；輸水壓力小于1.2兆帕?xí)r，除上述三種管道外，還可以選擇三階段預(yù)應(yīng)力管和玻璃鋼管。③管徑小于600毫米時(shí)，可選用聚乙烯管材和配件、熱熔或電熔接口管件。④注意，在具有強(qiáng)腐蝕性土壤、水域等區(qū)域，供水管道建議選擇具有良好抗腐蝕性的玻璃鋼管[5]。

5.2 管道接口

在實(shí)際的供水管道損壞漏水現(xiàn)象中，有很大一部分是因?yàn)楣艿澜涌诘膿p漏引起的，在早期建設(shè)投入使用的管道中，比較常用的是青鉛接口，該類型的接口很容易在受到拉力作用時(shí)出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象，因此很快就被成本更低且抗?jié)B能力更好的石棉水泥接口取代，但這種接口屬于是剛性材料，在管道通入使用后會(huì)產(chǎn)生一定的不均勻沉降，導(dǎo)致接口處產(chǎn)生環(huán)向裂縫或者接口扭轉(zhuǎn)破裂。在之后最普遍使用的是橡膠圈的柔性管道連接口，該接口因?qū)囟茸兓?、管道不均勻沉降、上部荷載等情況時(shí)都表現(xiàn)良好，是使用最廣泛的管道接口。近些年來，在我國(guó)的輸水管道施工中，開始嘗試使用擴(kuò)張成型是的承插柔性接口，該接口可以克服橡膠接口易老化的特性，且抗震效果良好。

6 供水管網(wǎng)的施工控制

6.1 做好防凍處理措施

在冬季，尤其是我國(guó)北方的冬季結(jié)冰區(qū)，對(duì)于使用中處于半開狀態(tài)的管道閥門，應(yīng)在官網(wǎng)的承壓能力允許的情況下，加大開啟度，提高管網(wǎng)的流速，減少冰碴的阻力，保證管道不會(huì)上凍。管道中的閥門部位需要進(jìn)行保暖措施，一般采用草袋等保暖物品覆蓋，若閥門已經(jīng)出現(xiàn)凍結(jié)，不可直接使用熱水澆燙，虧導(dǎo)致閥門破裂，應(yīng)用加溫設(shè)施緩慢解凍。對(duì)于使用中的管道，在水流較緩、容易結(jié)冰的分段，可以考慮布置水泵提高流速；已凍結(jié)的管道，在條件允許的情況下可以使用點(diǎn)燃鋸末、草殼等物體進(jìn)行加溫，較長(zhǎng)的結(jié)冰管道應(yīng)停止使用，通入蒸汽進(jìn)行加熱。

6.2 做好防腐處理措施

輸水管網(wǎng)的損漏和流水大多都是因?yàn)檩斔艿莱霈F(xiàn)腐蝕后，滲漏和破裂導(dǎo)致的，為此，管道鋪設(shè)中的防腐措施是必要的，當(dāng)輸水的PH數(shù)值低于8時(shí)，管道內(nèi)部必須做防腐措施，水泥砂漿抗腐蝕性較好、成本低，因此管道內(nèi)部防腐大多采用水泥砂漿。此外，對(duì)于直徑小于三百毫米的管道，其內(nèi)部涂料可以選用薄涂層的環(huán)氧煤瀝青。此外，在做好內(nèi)層防腐的同時(shí)，外層防腐也要同步跟上，普通鑄鐵管、球墨鑄鐵管的外層防腐材料仍然可以采用環(huán)氧煤瀝青，此外，在同樣的環(huán)境條件下，鋼管比其他兩種管更容易出現(xiàn)腐蝕，因此鋼管的防腐需要采用三油（環(huán)氧煤瀝青）加二布（玻璃纖維布）或四油加三布。

6.3 保證施工質(zhì)量

提高施工質(zhì)量代表著兩部分內(nèi)容，首先是管線本身的施工質(zhì)量，其次是投入使用的輸水管線其附近進(jìn)行其他施工時(shí)的情況。保證管線本身的施工質(zhì)量，是使得上述材料、防護(hù)措施等發(fā)揮其效力的根本，在輸水管道的基礎(chǔ)工作完成后，要保證管道的鋪設(shè)平整，其基底和周圍不應(yīng)存在可以破壞管道的硬物，管道的支墩必須固定在原土層上，回填時(shí)要分層夯實(shí)，保證回填土的密實(shí)度達(dá)到原土層的百分之九十以上，回填必須豎直方向受力。對(duì)于施工過程中的材料堆放要嚴(yán)格且符合標(biāo)準(zhǔn)，建成后的管道要按照規(guī)范進(jìn)行試壓，詳細(xì)登記施工中用到的資料。

其次是管線附近的后續(xù)施工，據(jù)調(diào)查結(jié)果顯示，有54%—61%的地下輸水管線的破壞是由其他不合理施工導(dǎo)致的，管線附近的施工應(yīng)提前探明地下情況，并與專門的官網(wǎng)負(fù)責(zé)人員溝通，供水公司應(yīng)派專人到場(chǎng)指導(dǎo)。

6.4 保證后續(xù)檢測(cè)

在后續(xù)使用過程中，應(yīng)對(duì)官網(wǎng)的水流量進(jìn)行及時(shí)檢查，選用高精度、穩(wěn)定性好的流量計(jì)，縮短對(duì)于轄區(qū)水表的檢查周期；培養(yǎng)一支專業(yè)素質(zhì)較高的損漏檢查隊(duì)伍，定期對(duì)管線進(jìn)行巡排，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的損漏點(diǎn)及時(shí)補(bǔ)漏，減少損失。

7 結(jié)語

隨著我國(guó)城市化水平的推進(jìn)和城市人口的增長(zhǎng)，城市居民對(duì)于水資源的需求會(huì)不斷攀升，這也會(huì)增大供水管網(wǎng)的壓力，因此各類損漏問題的發(fā)生也會(huì)越來越多、影響越來越廣，為此本文提出了對(duì)于城市供水管損漏的原因分析和對(duì)策研究，希望可以為我國(guó)城市供水的建設(shè)提供幫助。