給水管網漏損原因與控制措施

王潤華 張文忠

（牡丹江市供水工程有限責任公司，黑龍江 牡丹江 157000）

1 引言。隨著地球上水資源的日益貧乏、生產成本的日漸高漲和能源的口趨緊張，世界各國都把漏失問題作為一項重要的課題來研究，它已成為整個給水事業一個不可分割的重要組成部分，國際供水協會召開的每屆國際會議上都把漏失問題列為一個重要的專題。

發達國家非常重視有關漏失的研究工作，很早開展了漏失檢測技術及設備的研究、開發工作，并成立了相關學術研究機構，如英國水研究中心(WRC)專l7發表報告，論述漏失控制的內容、方法和對策;美國供水協會 (AWWA)在1976年成立了漏失檢測和計量委員會;日本水道協會(JWWA)專門對漏失問題進行了研究，在長期工程實踐中取得了良好的漏失控制效果，如日本給水管網漏失率由1975年的18.9%逐年降低到1995年的9.7%;新加坡的未計量水率由1989年的10.6%逐年降低到1995年的6.3%。發展中國家對此項工作也給以足夠的重視，在國際會議上發表大量文章，結合自身特點對漏失及其控制問題進行研究。

2 給水管網漏損原因分析

2.1 管材質量不佳。供水管網早期采用的管材以灰口鑄鐵，小口徑多為鍍鋅管石棉管為主。據統計，我國80%以上的管道是灰口鑄鐵管，隨著管網的運行，人們逐漸發現灰口鑄鐵的漏失成為管道漏損發生的主要組成部分。灰口鑄鐵管導致漏水的原因主要是灰口鑄鐵管本身材質和制作工藝的缺陷造成的。

分析灰口鑄鐵管的漏水原因，灰口鑄鐵管在管道運行中，確實存在一定弊端:(1)從材質看:鑄鐵管較脆，沒有韌性，其延伸率幾乎為零，屬于典型的脆性管材，連續燒制的工藝也使管子的強度有所降低，不適用于高內壓、重荷載、強震動的環境，尤其我國灰口鑄鐵管材質的力學性能和管型一直停留在發達國家20世紀30年代的水平，其抗拉強度和管環抗彎強度一般都比國家標準低，有些廠家在生產過程中用強度較低的生鐵，使得鑄鐵管質量下降。(2)從接口看:灰口鑄鐵管填料接口剛性強，當溫度低，接頭剛性過強，粘接強度很大時，易使水管拉斷或接頭部位脫落，導致水管漏水，原因是接頭剛性過強，當土壤有不均勻沉陷時，從力學角度分析會使水管變成一根很長的承重梁，容易造成接頭處折管，造成漏水。此外，接口質量差，接口材料用量比例不準，敲打不密實，也容易造成接口漏水。

2.2 地質土層條件的影響。土壤的性質是影響漏損量的首要因素，它對漏損量的影響遠大于其他因素。主要表現為以下幾點:不同性質的土壤對金屬管道的腐蝕性不同。一般黏性土壤對管道的腐蝕性比非黏性土壤強；不同性質的土壤對管道的沉降不同。當水量變化時，黏性土壤中的管道比非黏性土壤中管道容易發生沉降；埋管道的某些地段隱藏著腐殖土。

3 給水管網漏損控制措施

3.1 設計方面。管道接口往往是發生漏損的薄弱環節。由于剛性接口不能有縱向、豎向位移和扭轉，當溫度變化或產生不均勻沉降時易使管道損壞。而柔性接口可有效地避免這種情況，因此在工程中應多采用柔性接口。80年代以后出現了橡膠圈式的柔性接口，可以消除因溫差、不均勻沉降等不利因素產生的各種應力，是比較理想的管道接口。因此，除特殊管段外，接口應采用橡膠圈密封的柔性接口。

合理選擇管道工作壓力有利于降低管道強度要求和減少漏失幾率。一般工作壓力不宜選得過高，當供水距離較長或地面起伏較大，擬采用較高的工作壓力時，宜與分區供水方案進行經濟技術比較，并檢查所選用的流速是否經濟合理。也可以通過調整泵的運行和設置減壓閥，在滿足水量、水壓和水質的前提條件下，使管網的運行壓力趨于合理。

3.2 施工方面。管底應是好的粘土或砂，有一定的承載力，管道要平整好，使管道和基礎能整體接觸，盡量避免不均勻沉降。同時管底還要檢查不含石塊等硬物，以防硬物將來對管道成為集中負載}fu引起管道破裂。設置閥門等配件時要注意基礎的沉降量盡量與管道接近，砌閥門井時在管道旁留有空隙，以防沉陷不同時壓壞管道。

覆土密實度不一和兩側不均勻，均會使管道變形增加，受力增加。覆下的土近管道部分不能有硬物，硬物會破壞管道防腐層并形成集中負載。較大口徑水管的彎頭，特別是丁字管或管道堵頭，有較大的外形推力，故一般應設置支墩以防管道移動。設計支墩時主要靠支墩背

后的土壓力，因此在施工時力爭支墩背后的土為原土，在水壓試驗時要密切注意支墩及有關接口的移動情況。

4 層次分析法（AHP）的基本思想和原理。層次分析法(The Analytic HierarchyProcess，簡記AHP)是美國著名的運籌學家T.L.Satty等人在20世紀70年代提出的一種實用的多準則決策方法，自80年代初引入我國以來，以其定性與定量相結合處理各種評價因素的特點，以及其系統、實用、簡潔的優點，迅速得到了廣泛的重視和應用。層次分析法是指將決策問題的有關兀素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎上進行定性分析和定量分析的一種決策方法。它把人的思維過程層次化、數量化，并用數學為分析、決策、預報或控制提供定量的依據。這種方法采用相對標度的方式，同時充分利用了人的經驗和判斷能力，統一了有形與無形、可定量與不可定量的眾多因素。這一方法的特點，是在對復雜決策問題的本質、影響因素以及內在關系等進行深入分析之后，構建一個層次結構模型，然后利用較少的定量信息，把決策的思維過程數學化，從而為求解多目標、多準則或無結構特性的復雜決策問題，提供一種簡便的決策方法。

5 基于AHP的給水管網漏損因素評價模型的建立。(1)BP網絡層數的確定。采用含有一個隱層的三層BP網絡建模。BP網絡中可以任意選擇隱層層數和神經元的個數，所以模型中的隱層數目和神經元個數的確定方法尚無統一。從理論上講，僅有一個隱層的BP網絡就足夠了，單隱層的BP網絡與雙隱層的網絡相比，后者更易于陷入局部極小，且更難以訓練，而在其他方面，兩者性能相似。一般考慮到盡可能減少學習費用，又滿足精度要求的情況下，多數選用三層的BP網絡，即只含一個隱層。

選用二層的神經網絡的BP算法的基本結構為:

(2)隱層神經元數目的確定。隱層神經元的數目通常由以下三個公式綜合確定:

根據以上的隱含層設計經驗公式，以及考慮到論文中算例的實際情況決該問題的網絡隱層神經元個數應該在3--12之間。通過網絡訓練誤差對比定最佳的隱層神經元個數為7。網絡訓練誤差對比見下表。

?

BP算法在MATLAB神經網絡工具箱中得到了更新，其采用了動量法和學習率自適應調整，從而提高了學習速度并增加了算法的可靠性。常見的反向傳播算法正是利用網絡誤差平方和對網絡層輸入的導數來調整其權值和冪值，從而降低誤差平方和。

總結。本文應用基于PSO的BP神經網絡模型，對管道的安全使用時間進行預測，運算結果表明模型收斂速度和精度較BP網絡都得到了較大的提高，從而不會陷入局部最優值，從而使模型對管道的安全使用時間的預報更加精確，在給水管網漏損管理中起到管道漏損預警的作用，并對管網改擴建與漏損防治相結合起到一定的促進作用。

[1]魏群.城市節水工程，中國建筑工業出版社，2006年.

[2]修春梅，楊月杰.德國檢漏技術簡介，給水排水，1997年.