给水管网漏损分析及预测研究.doc

给水管网漏损分析及预测研究摘要：给水管网的漏损问题是当今供水行业普遍存在的难题，漏损不但浪费了宝贵的水资源，还会对供水企业造成比较大的经济损失。加强对给水网管漏损的分析和预测研究不但可以有效地利用水资源，降低运行和管理费用，还能提高供水企业的经济效益和社会效益。关键词：给水管网；漏损分析；预测引言：给水管网的漏损是供水行业普遍存在的现象，也一直是供水部门面临的重要研究课题。要想科学有效地对漏损进行控制，应该从漏损原因上和漏损机理上进行合理的分析研究，从而为选择漏损控制方法并采取针对性措施提供依据。一旦出现漏损问题应该及时补修。同时要做到事前有效预防，通过建立数学模型来预测未来给水管网的漏损量，有助于采取措施对管道进行更换或维护，而且可以提高供水部门对漏损事件的快速反应能力和事故处理能力，有效地降低漏损事故发生率和事故损失，为给水管网管理维护和更新改造提供科学的理论依据。 1、 给水网管漏损的原因及控制管道漏损的原因复杂，其影响因素也很多，主要是由于管材质量、接口质量和施工质量不佳引起的。 1.1管材的问题和处理措施早期给水管网使用的管材主要是灰口铸铁，小口径管多是镀锌管或石棉管。通过对管道运行的长期观察，发现管道漏损的主要原因是灰口铸铁的漏失。灰口铸铁管漏水是由于灰口铸铁管自身的材质以及管道的制作工艺等缺陷引起的。对于不同口径的管道应该采取不同的管道材料，现在多使用球墨铸铁、UPVC、 PE等管材。1.2接口的问题和处理措施供水管网中管道接口形式很多，接口的漏损概率较大，原因是接口处往往是应力的集中点，当管段由于温度变化而发生伸缩或者出现地势沉降时，应力传至接口处，容易使接口松动，甚至破裂。现在推荐采用柔性接口，可承受一定的纵向位移和扭转角度，如球墨铸铁管的橡胶圈接口韧性大，抗震性强，是现在普遍采用的接口方式。1.3管道的腐蚀问题和处理措施金属管道随着使用会发生变质现象也就是常说的管道腐蚀，主要表现为生锈、开裂、坑蚀以及脆化等。管道内壁防腐不好的金属管道一旦遇到PH值较低的水就有可能发生腐蚀。管道的内壁腐蚀会增加管道粗糙系数，对管道输水能力以及水质有较大的影响，管道壁变薄，强度下降，形成漏损隐患。对于外壁防腐不佳的管道，同样会发生腐蚀现象，也会使管壁变薄，引起管道局部发生漏损，严重时会发生管道爆裂。所以在施工过程中一定要做好给水管道的防腐工作。1.4水锤对管道的损坏和抑制措施由于机泵突然停止，闸门关闭过快等原因，使水流突然变化，可能引起压力高低起伏的水锤现象，水锤会引起很高的压力，给水管道越长，关闭阀门越快，水锤引发的压强越大，这时水压非常大可能使管道产生很大的形变甚至产生破裂。当多家水厂输送的水交汇并产生水锤时，有时会引起共振水锤，此时水锤产生的压强比单个管道水锤成倍增加，附近管道就很可能产生爆裂现象。提高工作水压的合理性和管网调度的科学化，实现安全供水，减少水锤等现象的发生。 1.5给水管道附属设施漏水和处理措施 管网中除管道本身出现漏水，管网的附属设施跑冒滴漏也很严重，是水量损失的一个重要部分，它们的单位时间漏量虽然有限，但因在闸井内，不易及时发现，通常都是水自井盖溢出后，才会被发现并修复的，因此这种管道漏损持续时间较长，而且发生漏水的现象十分普遍，数量大，使漏损水量由少变多。另外，当给水管网检修或者爆管时，有些阀门关闭不迅速甚至关闭不严，延长了抢修时间以及漏水时间，也增加了漏损的水量。加强对管道附属设施的维护，减少闸井表井的跑、冒滴漏，提高闸井的完好率，降低给水管道附属设备的漏损。 二给水管网漏损预测模型的研究 预测模型是将数学中的预测方法应用到给水管网的漏损预测工作中，揭示出漏损历史数据中隐含的规律，可以预测漏损未来的变化趋势，改变了供水行业被动的漏损管理模式，对给水管网的运营和管理具有非常重要的意义。给水管网漏损预测模型主要主要有多元线性回归的漏损预测模型、指数平滑模型、自回归滑动平均模型(ARMA)模型、灰色序列法预测模型等。使用比较多的是灰色序列法预测模型和二次指数平滑模型。2.1灰色序列法预测模型灰色系统理论研究的是贫信息下建模，提供了贫信息情况下解决系统问题的新方法。该方法把所有的随机过程认为是在一定的范围之内变化的，并和时间有密切联系的灰色过程。对灰色量并非是从统计规律这个角度出发，利用大样本对问题进行研究，而是利用数据生成的新方法，将毫无关联的原始数据生成成规律性很强的序列来做分析研究。GM( 1,1)模型是最常用的一种灰色模型，它是由一个只包含单变量的一阶微分方程构成的模型，是预测的一种有效模型，是 GM(1,n)模型的特例。建立 GM(1,1)模型只需要一个数列。该方法的预测模型如下：设有变量为X(0)的原始数据数列： （2.1）数列X(0)的灰色预测模型为： （k=0,1,2,3.） （2.2）某城市给水管网漏损频率历史数据如下：年度 漏损频率 年度 漏损频率年度漏损频率20040.5052007 0.49520100.565 2005 0.5062008 0.530 2011 0.568 2006 0.538 2009 0.519 2012 0.549 将上述数据代入灰色预测模型中，得出GM(1，1)模型预测该市给水管网漏损变化曲线如图2.1所示。 图2.1 GM(1，1)模型预测漏损频率变化曲线灰色 GM(1，1)模型对于未来一两个数据具有较好的预测效果，当用于长期预测时，灰区间越来越大，效果也越来越差，实践证明，在对未来进行预测时，应不断增加新信息和新数据，才能对系统的变化趋势有一个更好的拟合。2.2 二次指数平滑模型二次指数平滑法作为一种十分实用的预测方法，它最突出的特点是使用了所有的历史统计数据，另外该方法对距离越近的数据利用率越高。历史统计数据的指数平滑值在历史统计数据的最大值和最小值区间内，使用此值来处理历史数据信息，可以起到抵御或者降低异常数据对预测结果的影响，可以使历史数据所包含的具有规律性的数据信息能明显的表现出来，可以让预测模型不受异常数据的干扰，更加精确的来模拟预测对象其历史规律。对于非平稳时间序列，采用二次指数平滑法可能要比其他预测方法更为有效。该方法的预测模型如下：假设t时期的单指数平滑值双指数平滑值和三指数平滑值分别为： (2.3) (2.4) (2.5)则得到t时期的水平值At、线性增量Bt和抛物线增量Ct分别为： (2.6) (2.7) (2.8)据此可以得到t + m时期的预测值为： (2.9) 使用上面某市的给水管网的漏损频率历史数据根据上面的计算公式，得出逐年预测的结果及误差如图2.2所示：图2.2 二次指数平滑法预测给水管网的漏损频率变化曲线二次指数平滑法模型对近期的统计数据，给以比较高的加权值，采取逐步衰减的加权值的方式处理数据，使得预测结果具有比较高的精确度，二次指数平滑模型对直线型数据模型的效果十分理想，而给水管网漏损的频率数据具有平稳波动和整体的增长趋势，因此给水管网漏损的频率数据十分符合二次指数平滑模型的数据特点，该方法在预测给水管网漏损问题上具有较高的精度，可以用在现实的给水管网漏损预测当中。3、 总结给水管网系统是居民生活的重要基础设施，但是目前全国的给水管网漏损问题一直难以解决，给水管道年漏损总量很大。本文通过对给水管网漏损的原因进行分析，并提出了控制漏损的相应的一些方法，在积极治理的同时，还分析研究了给水管网漏损预测的数学模型，并利用模型对对某市实际运行管网的历史漏损数据的统计分析对漏损规律进行了研究并建立了漏损预测模型，证明了模型的可行性，为供水管网及时、有效地减少漏损，实现漏损的主动控制，制定科学的更新、维修决策及资金的有效合理使用提供了理论基础。参考文献1 张宏伟，牛志广，陈超等.供水管道漏损预测模型研究J.中国给水排水，2001,17