（市政工程专业论文）供水管网漏损预测及健康度评价.pdf

摘要 城市供水是城市的命脉，是保障人民生活、发展生产建设不可缺少的物质基 础，其己成为我国城市可持续性发展和建设的重要制约因素，而且直接关系到社 会的稳定和经济的发展。 给水管网漏损一直是我国供水企业的面临的一个很大的问题，随着水资源不 足的只益严重、制水成本的不断提高和能源紧张，城市给水管网漏损及其控制问 题己成为供水行业的一项重要课题。 本文根据收集的国内外的资料，对管网漏损的因素进行全面、细致的分析， 确定影响管道正常运行的各种因素，以及针对该影响因素能够采取的对策，给供 水企业进行漏损控制提供了技术性的建议，为提高检漏工作效率提供了科学依据 和理论支持。 笔者针对管网漏损各项预测指标的特点，建立了季节性指数平滑模型，灰色 理论模型和b p 神经网络模型，并分别应用于漏损管件数的预测，管道漏损间隔 时间的预测，以及管道安全使用时问的预测，达到定量估计管网的漏损程度、漏 损频率和安全使用时间的目的。结果表明每个预测方法的预测精度均能控制在 1o 以内，满足预测精度的要求。 供水管道运行的状态与管道自身的管材、压力、覆土厚度、所处道路等级、 管龄、温度等因素有关。综合分析各种实际情况，根据获得数据的可行性选取与 管网运行相关的因素利用灰色关联度法对管网健康度进行评价，由此确定管道维 护的优先次序，为供水企业提高了工作效率，节省大量人力物力财力。 关键词：季节性指数平滑模型；灰色理论模型；b p 神经网络模型；灰色关联度 a b s t r a c t u r b a nw a t e rs u p p l yi st h el i f e b l o o do ft h ec i t y i ti s e s s e n t i a lm a t e r l a lb a s i sf o r p e o p l e ，s1 v e s a n dt h ed e v e l o p m e n to fp r o d u c t i o nc o n s t r u c t i o n i t h a sb e c o m et h e r e s t r i c t i v ef a t o r so ft h eu r b a ns u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta n dc o n s t r u c t l o n a n da ls o d i r e c t l yr e l a t e dt ot h es o c i a ls t a b i l i t ya n de c o n o m i cd e v e l o p m e n t p i p e l i n el e a k a g eh a sb e e nt ot h ew a t e rp i p e s o fw a t e rs u p p l ye n t e r p r i s e si no u r c o u n t r ya r ef a c i n gab i gp r o b l e m ， w i t ht h ei n c r e a s i n g l ys e r i o u sw a t e rs h o i r t a g e ，w a t e r r e s t r i c t i o n sa n dr i s i n gc o s t so fn e r v o u se n e r g y ，t h el e a k a g eo f u r b a nw a t e rd i s t r i b u t i o n n e t w o r ka n di t sc o n t r o lh a sb e c o m ea ni m p o r t a n tt o p i ci nt h e1 n d u s t r y i nt h i sp a p e r ，b a s e do ni n f o r m a t i o nc o l l e c t e da th o m ea n d a b r o a d ，a l it h ef a c t o r s c o n d u c t e dt h el e a k a g eo ft h ep i p e l i n eh a d b e e nc o m p r e h e n s i v e l ya n dd e t a i l e da n a l y s l s ， a n dm a k ec e r t a i nt h ef a c t o r so fa f f e c t i n gt h en o r m a lo p e r a t i o no ft h ep i p e l l n e ，a n d t h e n g i v ee f f e c t i v em e a s u r e sa g a i n s t t h o s ef a c t o r s ，w eo f f e rt e c h n i c a la d v i c e f o r w a t t e rs u p p l yc o m p a n y ，a n dp r o v i d eas c i e n t i f i c b a s i sa n dt h e o r e t i c a is u p p o r tt o i m p r o v et h ee f f i c i e n c yo ft h el e a k a g ed e t e c t i o n b a s e do nt h ef o r c a s tc h a r a c t e r i s t i c so ft h e l e a k a g eo ft h ep i p e l i n e ，w e t h e e s t a b l i s h m e n to ft h es e a s o n a le x p o n e n t i a ls m o o t h i n gm o d e l ，g r a yt h e o r y m o d e la n d b pn e u r a ln e t w o r km o d e l ，s e p e r a t e l ya p p l i e dt op r e d i c tt h en u m b e ro fp i p e t i t t l n g s ， t h ei n t e r v a lo fp i p el e k a g e ，a sw e l la st h es a f eu s e t i m eo ft h ep i p e l i n e s us l n gt h o s e m o d e l s w ec o u l dq u a n t i t a t i v e l ye s t i a m t et h ee x t e n ta n d t h ef r e q u a n c yo ft h ep i p e l l n e l e a k a g e ，a sw e l la st h es a f eu s i n g t i m eo ft h ep i p e l i n s r e s u l t ss h o wt h a tt h ep r e d l c t l o n a c c u r a c vc a nb ec o n t r o l l e dw i t h i n10 a n dt h e nc o u l dm e e tt h e f o r e c a s ta c c u r a c y r e q u i r e m e n t s w a t e rs u p p l yp i p e l i n er u n n i n gt h e i ro w n s t a t u sa n dp i p e l i n et u b e s ，w a t e rp r e s s u r e ， t h i c k n e s so fc o v e r i n gs o i l ，w h e r et h er o a dg r a d e ，p i p ea g e ，t e m p e r a t u r e a n do t h e r f a c t o r s c o m p r e h e n s i v ea n a l y s i s o ft h ea c t u a ls i t u a t i o n ， i na c c o r d a n c ew l t h t h e f e a s i b i l i t yo fa c c e s st od a t ar e l e v a n tf a c t o r st os e l e c tt h eu s e o fg r a yr e l a t l o n a lg r a d e n e t w o r ko ne v a l u a t i o no fh e a l t ho fp i p e l i n e ， a n dm a k et h ep r i o r i t yo ft h em a i n t e n a n c e o fp i p e l i n e sb a s e do ni t s ow a t e rs u p p l ye n t e r p r i s e sc a ni m p r o v e e f f i c l e n c ya n ds a v e s u b s t a n t i a lh u m a na n dm a t e r i a lr e s o u r c e s k e vw o r d s ：s e a s o n a le x p o n e n t i a ls m o o t h i n gm e t h o d ；g r e yt h e o r ym o d e l ； b pn e u r a ln e t w o r km o d e l ；g r e yc o r r e l a t i o n 1 1 1 供水管。网漏搬颅铡技健康嫂评价 附图索引 图2 1 天津市2 0 0 0 年按管材漏点统计图1 1 图3 1 南方某市1 9 9 9 年2 0 0 2 年爆管次数按月统计表一2 0 图3 2 误差项自相关系数分布2 0 图4 1g m ( 1 ，1 ) 模型预测漏损时间间隔变化曲线4 2 图5 1 神经网络结构图一4 4 图5 2 网络训练结果5l 图6 1a h p 结构5 6 附表索引 表2 1 南方某市19 9 9 年1 月至2 0 0 2 年9 月爆管次数按月统计表1 4 表2 2 漏损原因与管网漏损事件相关性分析1 5 表2 3d m a 设计标准1 7 表3 12 0 0 8 年12 月2 5 日2 0 0 8 年12 月3 l 同维修历史记录表2 3 表3 22 0 0 8 年l2 月2 5 日2 0 0 8 年1 2 月31 日筛选数据表3l 表3 3 管道漏损次数预测误差表3 2 表4 1 模型预测精度等级表4 0 表4 2 漏损历史记录4 0 表5 1 几种典型的快速学习算法性能比较4 6 表5 2 道路等级对供水管道影响的量化值4 9 表5 3 漏损管道相关数据4 9 表5 4 漏损管道相关信息一5 2 表5 5 误差分析结果一5 2 表6 1 平均随机一致性指标值5 8 表6 2 各因素权重比较。5 8 表6 3 道路因素指标量化值5 9 表6 4 管道相关信息表6 l v 湖南大学 学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所 取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的 法律后果由本人承担。 作者签名： 弼日期：w 。7 年 罗月 占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意 学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文 被查阅和借阅。本人授权湖南大学可以将本学位论文的全部或部分内容编 入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇 编本学位论文。 本学位论文属于 1 、保密口，在年解密后适用本授权书。 2 、不保密团。 ( 请在以上相应方框内打“”) 作者签名：埤) 咳 日期：弦9 年 s - 户jy z 日 导师签名：分劬吐乡客日期：口7 年 可月 “日 硕i j 学位论文 1 1 课题提出的背景 第1 章绪论 地球上的淡水资源非常有限，真正可供人类使用、易于取到的淡水仅占地球 水资源的2 6 。水资源的分布也是很不均衡的，约6 5 的水资源集中在不到1 0 个 国家里，而人口占世界总数的4 0 的8 0 个国家却严重缺水。 城市供水管道是城市的命脉，是保障人民生活、发展生产建设不可缺少的物 质基础，其已成为我国城市可持续发展和建设的重要制约因素，直接关系到社会 的稳定和经济的发展。随着社会的发展，我国供水管线长度在飞速增加的同时， 管道漏损量也与日俱增，管道漏失问题愈发严重。根据2 0 0 4 年城市供水统计年鉴， 我国5 2 9 个城市的漏失率平均为l7 9 2 ，年供水漏损总量为4 7 亿i t l 3 【引。城市供水在 无利润的情况下，其平均成本约为1 1 元m 3 ，如果按此计算，那么每年我国城市 供水行业因漏损而造成的经济损失达5 1 7 亿元。我国城市的单位管长漏失率平均 为3 2 m 3 ( k m h ) ，而世界平均单位管长漏失率只有1 3 m 3 ( k m h ) ，西欧等发达国家只 有o 5 m 3 ( k m h ) 。从以上数字看出，在保证供水安全可靠的前提下，解决管网漏损 严重的问题己是刻不容缓。降低供水产销差、有效的控制漏损等供水管网维护管 理工作已成为各国科技人员和学者致力研究的重要目标，也是二十一世纪供水行 业的重点研究问题。当前，探索适合中国国情的供水管网漏损控制理论和方法， 研究更多实用控制技术和工具，最大程度地提高供水服务水平，是我国公用事业 急待解决的问题之一。 1 2 我国城市供水的现状 1 2 1 供水量不足 我国水资源总量为2 81 2 4 亿m 3 ，河川多年平均径流量为2 6 2 1 0 2 亿m 3 ，只 占全球年径流量的5 6 ，居世界第6 位。但人均占有量只有2 3 9 2 m 3 a ，只相当 于世界人均占有量10 8 m 3 a 的2 2 ，是美国的l 5 ，加拿大的1 5 0 ，居世界第l l0 位，被列入世界1 2 个贫水国家名单1 3 , 4 1 。 在全国6 0 0 多个城市中，有4 0 0 多个城市存在供水不足的问题，其中缺水比 较严重的城市有1 1 0 个，全国城市缺水年总量达6 0 亿立方米。专家预测，中国人 口在2 0 3 0 年将达到16 亿的高峰，届时人均水资源量仅有17 5 0 立方米，中国将 成为严重缺水的国家。 供水管；h 漏损预测及健嚷度评价 1 2 2 水源污染严重 近年来，全国水污染仍有增无减，工业发达地区水域污染尤为严重。我国8 0 的水域、4 5 的地下水受到污染，9 0 以上的城市水源严重污染。据对7 大水系 和内陆河流的110 个重点河段统计，符合“地面水环境质量标准”i ，i i 类水体的 占3 2 ，i i i 类的占2 9 ，i v ，v 类的占3 9 。与此同时，城市内及其附近的湖泊 己普遍严重富营养化。此外，全国以地下水源为主的城市，地下水几乎全部受到 不同程度的污染”。7j 。水源污染不但影响到人们的健康和工农业生产，而且使有限 的水资源遭到破坏，对城市供水造成严重危害。 1 2 3 自来水二次污染严重 自来水出厂后通过无数的供水管道来输送到用户，在连续、不i 日j 断的输送过 程中，存在导致其受二次污染而影响水质的多种因素，诸如管道破漏抢修、违章 丌口接管、管材质量问题、干管阀门关闭后丌启过急，造成生锈的水管内壁部分 受水压冲击而脱落，二次供水设施影响及用户违章用水直接造成的污染等。 1 2 4 管网布局不合理 为应对经济迅速发展，过快的增长速度也造成了我国供水管网系统布局和规 划有欠科学的负面影响，长期以来，管网大多凭经验运行、人为决策，使得管网 系统改扩建缺乏科学依据。过分注重管网系统的发展，而忽略供水系统的科学布 局和规划；过分强调供水可靠性致使管线连接复杂、铺设冗余，导致管网优化运 行决策难度大。 1 2 5 供水管理科学性不强 l9 9 7 年在西班牙马德罩召开的世界给水工程会议的关于指导各国水司引用 新技术及改造管网管理的方法论的纲要就指出在考虑应用新的技术和方法来提 高各国水司配水管网的运作水平，即帮助各国改善其水司配水系统服务质量并提 高管网本身运作效率【8 , 9 】。 我国供水行业的管理水平同发达国家相比较，尚在一些方面有着很大的差距。 当然加强管理是一项复杂的工作，不仅受到现行给水政策的制约，而且也与现有 的技术水平和运行设备关系密切。对于我国这样的发展中国家来言，实行用水科 学管理、节约用水，更是解决水资源短缺刻不容缓的工作。 城市用水管理状况基本上仍处于强化管理阶段，迫切需要转向科学管理。管 理体制、管理机构、政策法规、管理技术手段、基础工作、研究工作以及人们对 城市水资源的价值观念等都不能完全适应节约用水工作发展的要求。从宏观上讲， 正确的发挥经济杠杆与相应的技术经济措施作用，是促进城市水资源合理化开发 和有效利用的重要机制，是实现城市水资源科学管理的关键。建立合理的水费体 够jf j 学他论文 制也是促进城市水资源合理丌发利用的基本、有效、简便的途径。 加强宏观管理的同时，对供水管网实行微机化管理也是该行业发展的必然趋 势。建立一套合理、科学的管理信息系统，并抽化出切实可行的控制漏损的预测 模型，对于提前改造和扩建工程及供水管网的安全可靠性也是很必要的，不仅可 以加强管理的科学性，而且对于管理者而言可以更加清楚的进行横向管理。 1 3 国内外漏损检测现状 对供水管网漏损问题的研究，一方面集中在给水管网漏损检测技术、方法、 仪器设备开发和生产上，另一方面集中在用于管网更新改造或降低漏损率的漏损 控制模型上。 1 3 1 城市供水漏损检测仪器和检测方法 1 3 1 1 管网漏损的分类 供水管网的漏损可以分为明漏、暗漏两大类。情况较严重的明漏如爆管现象 很明显，一般都能及时被人发现。若在管网附近发现有清水冒出或路面局部下陷、 泥土潮湿、绿化带植物特别茂盛、下凹部位经常潮湿有水，阀门井、配水井内长 期积水等现象，就可判断此处可能为漏水点。但暗漏需要一定的方法和技术才能 发现并确定漏点，因此管网漏损的检测技术和方法一直是供水行业的研究重点。 1 3 1 。2 城市供水漏损检测仪器 发达国家都很重视漏损检测仪器设备的开发和生产，漏损检测技术及设备和 其它科学技术一样也存在着一个发展的过程1 1 0 啦! 。 最早出现的查漏仪器是听漏棒，它结构简单，只需要一个带有尖头的金属棒 和一个类似小碗状的接听头部，用于查听管件、消火栓或入户接口。听漏棒没有 声音增强功能，仅靠它来确定漏点是很困难的，但是经过一定训练后，人们可以 判定超过某一声强的微弱漏水声的存在。 在六十年代开始出现了声音增强的测量仪器，如电子耳，它仍滞留在听漏棒 的工作原理上，用它来确定漏点取得了带有局限性的成功。进一步可以精确定点 的仪器是类似听诊器的薄膜听漏仪，它是利用了一个吊有重块的薄膜，该薄膜可 以对极微弱的大地振动产生相应的反应，然后通过一个胶皮管传向检漏人员的耳 朵，它实际上就是个机械的声音增强器。 在薄膜听漏仪的基础上人们又发明了电子放大听漏仪器。电子放大听漏仪是 利用传感器把地面震动声音转为音频电压输出，然后通过电子放大器放大到用耳 机可以听到的音量。该仪器一般配合听漏棒仪器使用。首先利用听漏棒圈定漏水 管段后，再用电子放大听漏仪在漏水管段进行精确定点。利用这种仪器往住需要 f j ! 水管嗣漏 疑预测及健骧度评价 夜问工作，因为白天外界的干扰声源多，难以准确捕捉漏水声音信号。目前，电 子放大听漏仪已从原来的模拟信号处理发展到现代数字信号处理。由于采用数字 信号处理，使得抗环境噪声干扰能力增强。随着微电脑的发展，电子放大听漏仪 已具备记忆功能，即可以将所测数据储存并在接下去的测量中在显示器。显示出 来，可以准确方便地进行测量比较，从而圈定漏水管段或精确判断漏水点。 八十年代中期，英国、美国、法国、日本等国相继丌发成功金属管道传声的 相关检漏仪。相关检漏仪主要由一台相关仪主机( 无线电接收机和微处理器等组 成) 、两台无线电发射机( 带前置放大器) 和两个高灵敏度振动传感器组成。相关检 漏仪虽然也是依赖漏水声音进行工作，但不是像一般音听仪那样依赖漏水声音在 传播中信号强度变化来确定漏水点，而是利用漏水声音传到两个传感器时间差来 确定漏水点。相关检漏仪只对具有相同频率的声音信号进行相关处理，可以将有 用信号即漏水信号和干扰信号自动区分并将干扰信号滤掉，相关检漏仪不仅比一 般的听漏仪灵敏度高，而且由于能够处理掉不相关的干扰信号，具有很强的抗干 扰能力，即使在白天噪音充斥的城区内，以及穿越铁路或河底、被冰雪覆盖的管 道等难以用常规听漏仪检漏的情形都可用它检漏，显示了特有的优越性。 八十年代中期、日本丌发成功了地表雷达，利用无线电波对地下漏水情况进 行探查，可以用图像显示地下管道及其漏水孔周围的情况。地表雷达分辨率高， 可实现漏水点的精确定位，而且有直观的优点，但是一次搜索范围极小，只能与 其他漏失检测仪器配合使用。 九十年代初，又研制成功了水传声式的相关检漏仪。水传声式相关检漏仪与 上述的金属管道传声的相关检漏仪相比有三点不同：发射的信号比管道传声的相 关仪要强；发射装置的探头用软管直接插入消火栓或用户进水管，与水接触后方 能有效的发射信号；接受机的灵敏度更高，被测水管的长度可扩大到10 0 0 - 2 0 0 0 m 。漏水噪声自动记录仪是由多台数据记录仪和一台控制器组成整体化声波接 受系统。当装有专用软件的计算机对数据记录仪进行编程后，只要将记录仪放在 管网的不同位置，如消火栓、阀门及其他管道暴露点等，按预设时间( 如深夜2 ：0 0 - - - 4 ：0 0 ) 同时自动开关记录仪，可记录管道各处的漏水声信号，该信号经数字化后自 动存入记录仪中，并通过专用软件在计算机上进行处埋，从而快速探测装有记录 仪的管网区域内是否存在漏水。 随着科学技术突飞猛进的发展，计算机技术的广泛应用，仪器设备不断更新 换代，漏损检测技术和控制方法有了很快的发展，如流速测量普查检漏，水压测 量普查检漏，利用分区计量进行检漏等相继广泛使用。现在在英国，瑞典等很多 国家还有使用其他技术替代相关仪进行检漏的方法，例如氢气跟踪，热成相等。 w r c 公司的“撒哈拉”管内声学技术也是一项很有发展前途的新技术。 坝f ：学位论文 1 3 2 城市供水漏损检测方法 国内外管网漏损检测方法主要有被动检漏法、音听检漏法、相关分析检漏法、 区域检漏法、区域装表法、区域检漏兼区域装表法、雷达检漏法、氢气检漏法等 等。 1 3 2 1 被动检漏法 被动检漏法是一种最原始的检漏方法，它主要是一种以发现明漏为主的方法。 供水管理部门组织专门的巡检队伍依据管网图沿线进行巡视，同时设置专线调度 系统进行巡检信息的传递和维修任务的安排，并接受广大市民的义务报漏。它设 备资金少，管理费用低，但它对暗漏和漏水点不是冒水点的明漏是无法发现的， 因此单凭此法不能把漏水率降低到较好的水平，而且过分依赖市民报漏，会引发 市民对管理部门的不满，降低服务声誉。 1 3 2 2 音听检漏法 音听检漏法可分为阀栓听音( 亦称直接听音) 和地面听音( 亦称间接听音) 两种。 前者用于查找漏水的线索和范围，简称漏点预定位；后者用于确定漏水点位置， 简称漏点精确定位。 阀栓听音法是用听漏棒或电子放大听漏仪等音听仪器直接在管道暴露点( 如 消火栓、阀门等) 听测由漏水点产生的漏水声，从而确定漏水管道，缩小漏水检测 范围。金属管道漏水声频率一般在3 0 0 - - 25 0 0 h z 之间，而非金属管道漏水声频率 一般在l0 0 - - 7 0 0 h z 值。听测点距漏水点位置较近，听测到的漏水声越大；反之， 越小。 地面听漏法是指当通过预定位方法确定漏水管段后，用电子放大听漏仪在地 面听测地下管道的漏水点，并进行精确定位。听测方式为沿着漏水管道走向以一 定间距逐点听测比较，当地面拾音器靠近漏水点时，听测到的漏水声越强，在漏 水点上方达到最大。按英国水研究中心估计，音听检漏法约可查地下漏水的8 0 ， 当然这个数字取决于检漏人员的素质和经验。 1 3 2 3 区域装表法 把供水区分为若干个小区，对用水小区，除留一或二个装有水表的进水管外， 关闭小区与外界的联系阀门，使小区内总用水量可计量，同一时刻计量该区所有 用户水表水量，对两个流量进行比较，其差值为小区的漏失水量，若在允许范围 内，则不需检修，若超出允许值，则需要进一步进行音听检漏确定具体漏点。该 法初期投资较大，受水表走率不准的影响大。 f c 水管h 漏拟颅测及健康度计价 1 3 2 4 区域测漏法 适用于居民区或深夜很少用水的地区。采用该检漏法时，区内管网阀门必须 均能关闭严密。一般选择2 3 k m 管长或20 0 050 0 0 户居民为一个检漏小区， 可将符合条件的地区分为多个检漏小区。在深夜用水稀少时，关闭检漏小区域与 外界联系的阀门，仅留装有在线流量计的旁通管。测定一段时间，测得的最低流 量可视为区内管网的漏水量。如果通过关闭区内阀门，对比流量变化，可确定漏 损的管段。如果漏损量未超过允许值，则关闭部分阀门，缩小检漏地区，再比较 缩小地区前后的最低流量。如果流量不变或在允许值内变化，则说明除排除在外 的那条管段漏损情况正常。如果差距较大，则说明该条管道有漏水。用这样的办 法可一步步地把所有可能漏水地点缩小到两个闸门之间的管段上，然后再用音听 法具体检漏。 区域检漏法又可分为直接区域检漏与问接区域检漏。直接区域检漏就是在测 定时除了关闭所有进入该区的闸门( 不包括检漏水表) 外关闭所有用户水表前的进 水闸门，这样测得的流量就是此时该区内管网的漏损水量。间接区域检漏就是在 测定时关闭所有进入该区的闸门( 不包括检漏水表) ，原则上不关闭用户的进水闸 门，这样测得的流量包括管网漏损水量和个别用户的漏水量。间接区域测定法是 利用排队理论，即不是所有用户都是同时用水，有一间隙可能用水很少甚至不用 水，这在深夜生活用水地区，这样的机会很大。用户数越多，持续用水时间越长， 则平均不用水空隙时间越少，这也是制约区域大小的一个因素。这两种检漏方法， 统称“水平衡测试”法。这一方法在实际中较常用，准确性较高，但操作起来较复 杂而繁琐。 1 3 2 5 区域装表兼区域测漏复合法 该法同时具有区域装表法及区域测漏法装置。区域所装的水表在白天或一定 时f 白j 间隔里起区域装表法作用，当需要区域测漏时起区域测漏法的测漏水表作用。 当进水量与用户水量之差较大时，用区域测漏法检漏。该法对流量的测定要求较 高，既要求测流范围大，又要求其精度高，为了能测得夜间的最小流量，其最小 流量感受度也要好。 1 3 2 6 雷达检漏法 探地雷达是利用发射电磁波的反向收集，对地下管线进行测定，可以精确地 绘制出地下管线的横断面图，并可根据水管周围的图像判断是否有漏水。探地雷 达所能收集的资料非常本富，除可探测出地下供水管道、煤气管、下水道、电缆 等位置及地下土壤情况；也可检测难以发现的管道泄漏，管道的不均匀沉降等资 料：还能用于预防性的测量，发现隐患，提高漏损的控制水平。 硕i ：学他论文 1 3 2 7 氢气检漏法 英国的一些流量控制公司于19 9 7 年开始从事这方面的研究。这种方法一般使 用在一些不适合使用常规声学方法的地区。如：缺乏明显的漏损噪声的地区；缺 乏有效的噪声记录仪放置点的地区。 氢气检漏法可适用于气、水混合管道或纯气体管道探漏中。具体方法为：将 9 5 的氮气与5 的氢气混合气体通过一个进口( 如消火栓、用水点) 充入管道， 气、水混合气体将沿管道推进并在破损处溢出，气体在很短的时间内就会上升至 地面，同时利用一台高敏度的氢气探测装置沿管道探察，则很容易发现漏点。目 前这种方法已经被逐渐应用于主干管或用户支管的检漏，并且被证明是非常有效 的。 1 4 国内外漏损控制预测的惰：况 供水管网的漏损控制预测是指根据管网的相关的历史数据，利用数学方法建 立数学模型，对管网或者管网的各项指标的未来发展情况进行定量的预测。 1 4 1 多元线性回归模型 城市管网在使用一定时间后，发生泄漏的原因很多，但研究发现，任何管材 在一定管网条件下，在产生泄漏前均有一定的安全使用年限。张宏伟【1 0 】等根据某 市供水管网漏损数据的大量统计，应用多元线性回归分析理论，通过供水管道漏 损原因相关分析，对供水管道投入使用后产生漏损的初始时间进行科学预测，建 立了供水管道漏损模型。此模型可预计管道安全使用时间，从而将检漏由被动化 为主动。经在某市应用，发现预计管道安全使用时间与实际安全使用时间基本吻 合。 1 4 2 灰色预测模型 灰色系统建模是利用较少的或不确切的表示系统行为特征的原始数据序列转 化为微分方程，它建立的是抽象系统发展变化的动态模型。灰色预测通过有限次 的生成可将无规的离散原始序列转化为有规序列，任何随机过程可看作是在一定 时空区域变化的灰色过程，随机量看作是灰色量。给水管网系统庞大复杂，漏点 发生的详细记录难以采集，且记录不全，基于此，傅玉芬等采用灰色模型( g r e y m o d e l ，简称g m ) 的灰色数列预测方法建立管道漏水预测模型，并使用d e l p h i 语言 编程，使模型具有简单的输入、输出界面。经过某市外环线d n 3 0 0 管线检验，发 现每年预测漏点数与实际漏点数无大出入【j o l 。 供水铝l j 漏拟颅测殷健碾鹱计价 1 4 3 线性指数平滑模型和二次曲线指数平滑模型 赵洪宾等根据实际给水管网的漏水频率统计数据，采用指数平滑法建立了给 水管网漏失频率时间序列的线性指数平滑模型和二次曲线指数平滑模型，经过实 例检核，发现均有效，可用于预测。并且经过两模型的均方差比较，发现二次曲 线指数平滑模型精度更高一些。 1 4 4 漏损检测周期的优化数学模型 管道漏损的“零漏耗”是不可能的，而且从经济合理的角度看，在漏损较大 时，漏水量费用虽高，但是漏损控制费较低；而漏损较小时，漏水量费用低，但 漏损控制费高。因此，在做好检漏工作的同时，应提倡确定经济合理的检漏目标 和检漏周期。耿为民【1 0 j 等认为漏水量费用与控制费用相加之和构成的漏损总费用 随着漏水程度变化的曲线呈凹形，在低谷处其漏损总费用最低，其所对应的漏水 量称为经济漏水量。并以管网历史漏损统计数据为基础，以漏损控制总费用最低 为目标，采用自回归滑动平均混合过程及叠合模型预测管网漏水量、漏损件数， 并求解管网经济漏水量，在此基础上建立漏损检测周期的优化数学模型。 在国外，s h a m i r 和h o w a r d ( 19 7 9 ) 采用回归分析方法建立给水管网漏损频率随管 道铺设年限变化的模型【23 1 ，但是由于给水管网庞大复杂，影响漏损的原因众多， 而管道铺设年限只是其中一个，所以预测效果不是很理想。随后，w a l s k i p e l l i c i a ( 19 8 2 ) 2 4 1 将管道口径、温度因素引入模型，致力于收集确定建立模型所需 的数据和参数，t h o m a smw a l s k i ( 1 9 8 7 ) f 2 5 1 ，e n r i q u ec a b r e m ( 1 9 9 5 ) 2 6 1 建立给水管 网随管网使用年限变化的回归预测模型。但是由于管道使用年限与漏损并不存在 必然的关系【27 1 ，所以降低了此类模型的精确度。 1 5 城市供水管道漏损对策 长期以来，我国各地供水企业在技术管理上都积累了相当丰富的经验，相继 丌展了给水管网普查和精确定位，建立给水管网计算机水力模拟和地理信息管理 系统，实现了管网的动态监测和管理。部分城市安装了一定数量的连续检测仪表 和自动控制系统，加大了管线的检测力度，对提高供水效率取得了一定的效果。 然而，由于多方面的原因，供水企业管网漏损管理工作在以下方面仍有待进 一步改善和提高。 1 5 1 强化用水计量管理工作和完善各类统计报表 对于供水企业，用水计量工作直接关系到企业的经济效益，因此有必要强化 以下工作：加强用户水表的管理和抄收工作：加强其它行为用水的计量工作。 管网的漏损量实际是一个统计值，来源于统计报表。供水企业应建立健全各 硕i j 学位论文 类统计报表，从中发现问题和内在关联的因素，并针对存在问题采取相应措施。 1 5 2 加强漏损控制的系统研究 我国供水行业缺乏对漏损控制深入系统的研究，大多数供水企业漏损控制尚 处于起步阶段。因此，供水行业应结合供水企业实际情况，对漏损控制进行深入 系统的研究，探索积极有效的方法，以解决目前我国给水管网漏损率偏高的问题。 需要指出的是，漏损控制是一项艰巨复杂的系统工程，涉及到经济、工程技术、 管理、社会意识等多个方面。 1 5 3 提高漏损检测的技术手段 目前，我国大多数供水企业的管网漏损检测手段、检测方法还比较单一，选 择经济合理的检测手段和方法已十分必要。 对供水管网运行中的大量漏水实测数据进行收集和整理，完成相应漏水管理 信息系统，并对造成管网泄漏的原因进行分析，确定影响管道漏水的相关因素。 对现有管道进行全面调查，把相关数据和信息进行集中和汇总，建立s c a d a 系统， 为管道以后的更新和维护方便快捷的提供基础信息。 当前，管网漏损控制是供水行业普遍存在的问题，为了降低管网漏损，供水 企业仍需要做积极有效的研究和探索工作。 1 6 本文研究主要内容和意义 本文的主导思想是加强理论与实际应用的结合，不片面追求理论的深奥和复 杂，而是更多的理论科学研究应用于实际的工作中，使理论研究更加实用化，为 解决工程中的实际问题，给管理部门提供有效的工具和方法。 论文主要包含以下几部分： ( 1 ) 在收集国内外漏损资料和实际调查的基础上，通过对现状供水部门管网 漏损发生原因的综合论述，总结提出了控制漏损的管理措施，从设计、施工、维 护角度系统的并有针对性的提出了减少漏损频率，降低漏水量的技术措施。 ( 2 ) 针对给水管网漏损的特点，有选择性地建立了季节性指数平滑模型、b p 神经网络理论模型和灰色理论模型，并分别应用于漏损管件数的预测，管道安全 使用时间预测和管道漏损间隔时问预测。结果表明该模型的预测是可行的、有效 的。在此基础上，本文提出了供水管网健康度的基本原理和思想，利用灰色综合 评估方法对部分管网的目前状况进行定量分析，对管网的运行状态给出了合理的 科学的评价，为管网的维护优先次序的确定提供了科学的依据，节省了大量经费， 提高了供水企业的检漏效率。 在水资源匾乏、水污染严重、建设资金短缺以及城市供水不能满足正常用水 供水管州漏拟颅测及健康度计价 的情况下，加强漏损控制对于有效地利用水资源，减少对环境的危害，减少或延 缓给水系统建设投资，降低运行和管理费用，改善服务供应，提高供水企业的经 济效益和社会效益，具有十分重要的意义。目自订，我国管网漏损现象仍十分严重， 漏损控制可以有效地节约水资源，提高供水企业的经济效益。 漏损是供水行业普遍存在的现象，给水管网漏损问题应是标本兼治，并以治 本为目标。而要想从根本上解决漏损问题，应从漏损原因上和漏损机理上进行合 理的分析，从而为选择漏损控制方法并采取针对性措施提供依据。 坝j j 学位论文 第2 章管道漏损的影响因素及对策 2 1 管网漏损的影响因素 管网的漏损可分为明漏和暗漏。对于明漏，大多是管网爆管，漏水量较大， 且易于被发现。我们只能采取加强管网的巡检和奖励举报人等办法进行控制。 暗漏产生的原因很多，且流量通常较小，不易被发现。大概可分为以下几个 方面： 2 1 1 管材质量 供水管网早期采用的管材以灰口铸铁管，小口径多以镀锌管为主。虽然近两 年在d n 3 0 0 以上管道工程中采用了球墨铸铁管，但城区供水管网中仍有部分管道 采用灰口铸铁管，这是材料工艺本身的缺陷，如铸铁管脆性大、强度低、塑料管 管壁薄厚不均，抗老化性能差，容易造成爆管和产生暗漏。 图2 1 天津市2 0 0 0 年按管材漏点统计图【2 8 1 根据天津市2 0 0 0 年按管材漏点的统计数据，由图2 1 ；可知灰口铸铁管发生漏 损的次数最多，钢管次之，球墨铸铁和塑料管的漏点数最少。 从灰口铸铁管的漏损原因可以看出，灰口铸铁管在管道运行中，确实存在一 定弊端：从材质看，铸铁管较脆，没有韧性，其延伸率几乎为零，属于典型的 脆性管材，连续烧制的工艺也使管道的强度有所降低，不适用于高内压、重荷载、 靴n u 5 一 管 j 孝一 _ z 沓4 供水管h 漏拟颅测殷健康度计价 强震动的环境，尤其我国狄口铸铁管材质的力学性能和管型一直停留在发达国家 2 0 世纪3 0 年代的水平，其抗拉强度和管环抗弯强度一般都比国家标准低，有些厂 家在生产过程中用强度较低的生铁，使得铸铁管质量下降。从接口看，灰口铸 铁管填料接口刚性强，当温度较低，粘接强度很大时，易使水管拉断或接头部位 脱落，导致水管漏水，因为接头刚性过强，当土壤有不均匀沉陷时，从力学角度 分析会使水管变成一根很长的承重梁，容易造成接头处折管，造成漏水。此外， 接口质量差，接口材料用量比例不准，敲打不密实，也容易造成接口漏水。 预应力钢筋混凝土管的问题往往是设计或者生产过程中造成的，如钢筋布置 不当，保护层不好而使钢筋锈蚀等。 钢管漏水9 5 是腐蚀穿孔，并且当钢管管件丝扣松紧不统一时，稍有外力管 件首先损坏，造成管道漏水。 球墨铸铁管的材质成分中片状的石墨组织变成了球状，既维持了原铸铁管的 性能，又增加了抗拉性、延伸性、弯曲性和耐冲击性，使其具有耐腐蚀性好，强 度高，具有韧性的特质，因此其漏失率比灰铁管大大下降，为人们普遍应用，正 在逐渐取代铸铁管。 镀锌管是在小口径的钢管上镀一层锌进行防腐，但这层锌一般都较薄，很容 易就消耗殆净，所起的作用有限，特别是镀锌质量较差的情况下，镀锌钢管极容 易产生锈蚀结垢，发生漏水并影响水质，成为小口径管道漏水的主要原因。 石棉管不但漏水严重，且有毒，不适宜作为饮用水管道使用。 2 1 2 接口形式 接口漏水是造成管道漏水的重要原因。因为管线上接口多，漏水的概率大， 施工质量的合格率难以保证，最重要的是接口处往往是应力集中点，当管段发生 伸缩、不均匀沉降时，应力传送至接口处，经不起应力作用产生松动、甚至破裂。 根据不同的管材选用合适接口管件十分重要。铸铁管承插接口方式有灌铅、普通 石棉水泥口或膨胀水泥灰口等。石棉水泥或纯水泥接口的抗压强度及捣固能力很 大，当管段降温收缩或由于下沉而拉伸时，由于管材强度低，接头刚性强，极易拉 断管段。钢管的焊接处如有夹渣、气孔、焊缝宽厚不匀，易发生渗漏水。球墨铸 铁管采用的橡胶接口韧性大、抗振动性强，但初装时管口如不到位也会漏水。水 泥管承插口不配套、橡胶圈无法到位或松脱、管内水压变化波动、管外动静负载 变化、管基不均匀沉降、管道伸缩接口受挤拉等，势必在某一薄弱接口处发生松 动，而导致爆管漏水。 2 1 3 管道设计和施工的原因 由于设计或施工的原因，导致管道发生位移而爆裂。这种位移包括不均匀沉 降的影响，特别是需改造的道路，因回填土密实度达不到设计要求( 9 5 ) ，使得水 硕i j 学位论义 管发生下沉和位移。 管道的施工质量直接关系到供水的安全，特别在我国现有的城市供水管网以 连续铸造的狄铸铁管为主要管道的情况下，灰铸铁管管道接头在施工中的一些技 术和材料上的问题，以及原有的施工规范不适应新的施工环境和条件，都成为影 响供水管道的施工质量，造成管道漏水的原因。施工不良主要表现为： ( 1 ) 管道基础不好。机械挖泥并无其它修平措施，使沟底不平，结果管子沉 陷较多，以至逐步发生不均匀沉降损坏接头甚至管道：沟底基础有腐贿土、淤泥、 石块等未清除干净也可能导致不均匀沉降、硬物破坏而漏水。管底应是好的粘土 或砂，并需平整，使管道和基础能整体接触。如使用机械挖土，要留3 0 c m 土层人 工修整。同时，管底不能有石块等硬物，以免使管道集中负载，引起漏水或爆裂。 当与其他管道交叉时，应按规范，两管之间的距离应不低于3 0 c m ，以防沉陷，引 起集中负载。 ( 2 ) 覆土不实。在大口径管道更为重要。覆土未分层夯实和管道两边土的密 度不均匀，使管道受力显著增加，增加管道爆裂的可能。在负荷不大的道路下， 管顶覆土不得低于0 7 m ，在负荷较大的车行道下，管顶覆土不得低于1 o m ，同时靠 近管道的覆土不准有硬物，以免造成管道防腐层被破坏，或形成集中负载。 ( 3 ) 支墩后座土壤松动。大口径管道弯头，t 形管处有较大的推力，主要靠支 墩后土壤的被动压力通过支墩顶住推力。支墩后土壤松动将引起支墩位移较大， 即弯头或t 形管位移较大。 ( 4 ) 接口质量差。如石棉水