城市供水系统是城市建设的重要基础设施, 供水管网的漏损不但直接影响市民的日常生活、工厂企业的生产运转及供水企业的经济效益和服务效益, 也影响到城市建设和社会经济的可持续发展。
管网漏损的原因复杂, 影响因素众多, 供水部门一般根据自身经验对管网漏损数据进行不同的分类和数据统计。漏损的影响因素可分为管材质量、管径、接口质量、施工质量、温度变化、管道防腐、道路交通负载 (覆土厚度) 、水压、水锤破坏、地质条件、自然灾害和其他工程影响等。准确的说管网漏损相关因素所起到的影响是相互关联的, 不宜单独分析, 但受资料收集的限制, 很多因素无法进行定量统计和分析。本研究在现有条件下, 对管道材质和管径与供水管网漏损的关系进行了统计分析, 为专业设计人员和供水企业提供一些参考数据。
管材的选择不仅影响管网投资, 也直接影响管网运行过程中的漏损情况。我国目前使用的供水管材有镀锌钢管、 (灰口或普通) 铸铁管、球墨铸铁管、塑料管、钢筋混凝土管等。不同的管道材质有不同的特性, 其产生的漏损程度也不同。
近些年, 由于技术进步, 制造供水管道所用的材料不断在发展, 新型供水管材的性能有了较大的改进。晋城市城市供水管网也因管材的发展应用在不同历史时期敷设各种类型管材。截止2010年底, 管网总长度达到337.8km, (如图1) 。
另外, 本文提出管材漏损系数PMLC (pipe material leakage coefficient) 的概念。管材漏损系数定义为:某种管材管道漏损次数占管网全部漏损次数的百分数与该种管材的管道长度占全部管网长度的百分数之比。
管材漏损系数 (PMLC) =某种管材管道漏损系数占管网全部漏损次数百分比 (%) /该种管材管道长度占管网总长度百分比 (%) 。
管材漏损系数与管网漏失频率一样可以反映某种管材的漏损程度, 管材漏损系数越大, 其漏损程度越严重。
表1列出了晋城市供水管网各种管材的漏损情况统计。从表1可以看出, 晋城市供水管网的漏损主要发生在镀锌钢管和铸铁管上, 它们的漏失频率远大于其它管材。
某市的管材漏损系数PMLC计算值见表2。可以看出, 某市的镀锌钢管和铸铁管的漏损系数远高于其它管材, 说明这两种管材的漏损程度最为严重。一般而言, 钢管可分为焊接钢管和无缝钢管。焊接钢管又分为镀锌钢管和非镀锌钢管。在城市供水系统中使用的钢管一般为镀锌钢管, 而且管径多在75mm以下。统计表明, 普通铸铁管的PMLC值是PVC管的2.06倍, 是球墨铸铁管的38倍, 说明普通铸铁管是100mm以上口径管道的主要漏损源。
这两座城市绝大部分管道漏损都发生在镀锌钢管和铸铁管上, 这说明虽然一些客观因素会对管网的漏损情况和使用寿命有一定的影响, 但出现问题的主要原因还是来源于管材的自身缺陷。
在管网设计中, 管径是根据流量、流速和压力等水力条件经过水力计算而得出的。管径大小的改变直接影响到管道内部的水力条件, 进而影响管网运行和漏损情况。表3、表4分别列出了天津、绍兴供水管网中各种管径的漏损情况。
本文提出了管径漏损系数PDLC (pipe diameter leakage coefficient) 的概念。管径漏损系数定义为:某种管径管道漏损次数占管网全部漏损次数的百分数与该管径管道长度占全部管网长度的百分数之比。
管径漏损系数 (PDLC) =某种管径管道漏损系数占管网全部漏损次数百分比 (%) /该种管径管道长度占管网总长度百分比 (%) 。
管径漏损系数与管网漏失频率一样可以反映某种管径的漏损程度, 管径漏损系数越大, 其漏损程度越严重。
由表3可以看出, 2010年晋城市供水管网中管径小于等于DN100的管道漏点所占比例达到92.89%, PDLC值是大口径管道的10.3倍。从表4的某市的管径漏损统计可知, 小口径管道的漏损频率远远高于大口径管道。
由以上分析可以看出, 城市供水管网中的小口径管道的漏损频率远远大于大口径管道, 而且DN100似乎成了一个分水岭。管径小于等于DN100的管道容易发生漏损的原因主要有以下几点。
(1) 我国早期管网设计中小口径管道的选材主要是镀锌钢管和铸铁管, 而且现在大部分仍在运行, 通过2.1节的分析可知, 这两种管材由于本身存在的问题, 容易导致漏水。 (2) 温度应力和水锤效应对小口径管道的影响大于大口径管道。 (3) 小口径管道埋深一般较小, 地面荷载突然增大 (如过载重车辆) 时, 容易引起破坏漏损。 (4) 由于小口径管道位于管网支线上, 因此对施工质量和防腐问题重视不够, 导致管道易漏水。
通过对管材和管径对供水管网漏损的影响分析, 可以看出:最容易引起管网漏损的管材为镀锌钢管和普通铸铁管, 而PVC管和球墨铸铁管的抗漏损能力最强;管径越小漏损情况越严重。为此提出以下建议。
(1) 应根据安全可靠性高, 维修工作量少, 管道寿命长, 内壁粗糙系数小, 管网造价相对较低的原则选择新敷设管网的管材。 (2) 对于小口径管道, 应尽量以塑料管材替代传统的金属管材。 (3) 通过加厚管壁、保证施工质量、适当加大埋深等措施, 提高管道抵抗内外因破坏的能力, 进而降低小口径管道的漏失频率。 (4) 设计人员应本着科学认真的态度, 根据当地的经济条件, 综合考虑管网造价和运行管理费用, 选定合适的设计流速和水压力, 并由此选定管道口径, 而不能仅凭经验确定, 以避免由于设计不当而引起的管网漏损事故。
控制城市供水管网漏损是关系到城市建设、经济发展、保证人民生活质量、节约水资源和供水企业经济效益的重要问题, 应根据当地社会经济基础条件、自然状况、用水人口及水量水质等情况, 合理选择管道材质和管径, 同时采取其它控制管道漏损的措施。相关职能部门应加大供水管网漏损数据的分类统计工作, 并研究各因素对管网漏损的单独影响效应和综合影响效应, 从而能够科学地从设计、施工、管理等方面控制供水管网的漏损。
摘要：本文基于笔者多年从事供水管网漏损控制的相关工作经验, 以管材和管径的选择对供水管网漏损的影响为研究对象, 分析了二者之间的对应关系, 给出了具体的控制措施, 全文是笔者长期工作实践基础上的理论升华, 相信对从事相关工作的同行能有所裨益。
关键词：管材,管径,供水管网,漏损控制
[1] 王翠萍.供水管网管材的选用[J].建材技术与应用, 2005 (2) .
[2] 李秀全.某地区供水管网水质分析及水质管理[J].科技资讯, 2003 (3) .
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