基于灰色關聯度分析法的云南某市供水管網漏損因素評價

邱金亮　田琳　張瑞　王靜　李陽

摘? 要：為了降低云南某市供水管網漏損率，為后續供水管網的建設、設計、施工、改造、管理提供科學的依據。選取了該市2016—2018年這3年的供水管網漏損事故檢修數據，用灰色關聯度分析法分析了管材、管齡、管徑、外部因素對管網漏損事故的關聯度，結果表明各因素對管網漏損影響大小依次為：管材、管徑、管齡、外部因素。外部因素中，各因素對管網漏損影響大小依次為：溫度低、接口、地基下沉、腐蝕、其他、人為事故。

關鍵詞：供水管網? 漏損因素? 灰色關聯度? 關聯度

中圖分類號：TV213 ? ?文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）08（a）-0057-03

根據國家供水統計年鑒等統計資料，2000年我國593個城市供水管網的平均漏損率為15.61%，2001年上升到16%，2004年城市供水管網的平均漏損率達到17.92%，漏損總量為47億m3，2010年全國城市供水漏損水量高達60億m3。降低管網漏損一直是供水工程中亟待解決的問題，管網漏損不僅造成水量的損失，也會引發次生災害，影響市民正常生活的同時還會造成不必要的損失[1]。為確保我國城市供水安全，國務院和各職能部門高度重視城市節水工作，頒布了多項法律法規。《住房城鄉建設部國家發展改革委關于進一步加強城市節水工作的通知》（建城〔2014〕114號）提出加大力度控制供水管網漏損，進一步加強供水管網漏損管理工作，采用各種方法，如分區計量法、水平衡法等，分析并找出管網漏損原因，降低管網漏損率。《國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知》（國發〔2015〕17號）里的“水十條”提出我國要加強城鎮節水，對使用超過50年和材質落后的供水管網進行更新改造，到2017年，全國公共供水管網漏損率控制在12%以內，到2020年，控制在10%以內。

綜上所述，對供水管網現狀的管網漏損因素進行分析評價，并提出有針對性的降漏措施是目前亟待解決的問題。該文用云南省某市供水管網現狀的漏損因素數據，用灰色關聯度分析法，通過管網漏損各因素與管網漏損次數進行評價分析，對管網漏損的因素進行排序，為后期降低供水管網漏損的供水管網建設、設計、施工、改造、管理提供可靠的依據。

1? 供水管道現狀漏損因素分析

供水管道漏損的原因很多，原因復雜，一般是一種或多種原因造成的。供水管道漏損因素一般分為內部因素和外部因素。內部因素有管材的種類和質量、管道配件、接口、管道內部腐蝕和外部腐蝕、老化等，外部因素包括管道基礎的穩定性、施工質量、管道的埋深等問題[2]。

云南某市供水主干管DN100管徑以上1939km，閘門12000多臺，消火栓3800多臺，最大管徑DN1600，最小管徑DN100。管網種類繁多，以灰口鑄鐵管占的比例最高，灰口鑄鐵管均鋪設于20世紀60～80年代，運行至今已達數十年之久，普遍過了服役期。按管材質量分類：灰口鑄鐵管占管網總長度的53.2%;水泥管占21.6%;球墨鑄鐵管占10%;鋼管占6.24%;PE管占5.93%;其余管材所占比例較小。按敷設時間分類：1990年以前鋪設的管道242km，占12.6%;1990～2008年之間敷設的管道1697km，占87.4%。

收集云南某市2016—2018年供水管網漏損事故檢修數據，包括管道漏損處的管材、管徑、管齡、接口、管道配件、地基情況、溫度、外部環境等信息。用灰色關聯度分析法對供水管網漏損事故檢修數據進行分析評價，對影響管網漏損的因素進行排序，為后續工作提供科學依據。

2? 灰色關聯度分析法

管網漏損影響因素的評價方法有多種，其中百分比計算法，無法反映出各影響因素之間的相互關系。多元統計分析法，需要有大量的數據，計算過程繁瑣和復雜，同時其分析的原理不夠直觀。灰色關聯度分析法對漏損的樣本多少和有無規律沒有定性的要求，同時能反映各影響因素之間的相互關系，評價方法簡單，容易被工作人員理解和接受。故該文采用灰色關聯度分析法，分析管網漏損的各因素與管網漏損次數的關聯度，對管網漏損因素做出系統的評價。

2.1 灰色關聯度分析法基本原理

灰色關聯度分析法研究兩個參數序列的關聯度，若兩個參數的關聯度大，表明兩個參數序列代表的幾何曲線越相似，對于管網漏損若其影響因素與漏損次數的關聯度大，可以認為該漏損因素對供水管網的漏損影響大;若關聯度越小，則兩個參數序列表征的幾何曲線越不相似，兩條曲線距離越遠，則認為該因素對管網漏損的影響小[3]。

2.2 計算步驟

2.2.1 基礎數據的整理

該文收集了云南某市2016—2018年這3年的供水管網漏損事故檢修數據，包括管道漏損處的管材、管徑、管齡、接口、管道配件、地基情況、溫度、外部環境等信息。收集的數據時間連續性較好。

2.2.2 參考序列和比較序列的確定

先確定參考序列，再確定比較序列。參考序列和各影響因素都存在著聯系，故參考序列的選擇的是否合理和正確直接決定著分析結果的準確度。通過各因素的比對分析，該文選擇供水管網的漏損總次數作為該分析的參考序列，不同漏損影響因素引起的故障次數作為比較序列，如管徑、管材、管齡、外部因素等。以實際檢測的供水管網漏損總次數作為參考序列，計為xi（k）。以管材為例，按時間序列，統計鑄鐵管、鋼管、混凝土管漏損次數如表1所示。

2.2.3 數據的無量綱化處理

為便于各因素之間進行直接比較評價，在計算各漏損因素與漏損的關聯度之前需要對不同的評價因子所對應的數據進行無量綱化處理，得到無量綱化結果，見式（1）、絕對差數列計算公式，見式（2）：

2.2.5 求關聯度

求解關聯度對于供水管網漏損影響因素的評價非常重要，由于影響漏損總次數的管材類型有3種，同時用3年的數據進行分析，所以關聯系數就有9個，由于這9個數據太過于分散并且這些系數毫無聯系，很難進行整體性比較，所以需要將9個評價因子的關聯系數最后集中為一個具體的值。可以采用求平均值的方法，把9個關聯系數的平均數作為比較序列與參考序列間關聯程度的數值表示，關聯度公式見式（4）：

用表2的管材關聯矩陣，再用式（4）最終計算出管材的灰關聯矩陣，見表3。最終計算管材關聯度為0.751。

用該方法，同理可求出其他影響因素與漏損總次數的關聯度。通過對各影響因素計算出的關聯度進行分析，可得出如下結論。

（1）通過灰色關聯度分析法，計算得各影響因素的關聯度分別為：管材關聯度為0.751，管齡關聯度為0.64，管徑關聯度為0.652，外部因素關聯度為0.608。從各影響因素關聯度值的大小關系可以得出云南某市供水管網漏損各因素對管網漏損影響大小依次為：管材、管徑、管齡、外部因素。

（2）管材對云南某市供水管網漏損影響最大是因為該市在管材中以灰口鑄鐵管占的比例最高， 灰口鑄鐵管均敷設于20世紀60～80年代。

（3）管齡較管材與管道事故的關聯度較小，管齡在10～20年的管段漏損次數最多，其次是20～30年的，主要原因是該市管齡在10～20年的管線最長，其次是20～30年的。所以在看管齡與管道事故的關聯度時要同時考慮管線的長短。

（4）管徑小于100和大于600的與管道事故關聯度大，中間管徑的較小。

（5）外部因素與管道事故關聯度大小依次為：溫度低、接口、地基下沉、腐蝕、其他、人為事故。近年該市冬季經常出現冰凍現象，導致溫度低造成管網漏損的次數增多，后期應考慮管材的防凍處理，同時接口、地基下沉也是造成管道事故的主要原因，后期管網建設中應重點考慮這些因素。

3? 結論與不足

（1）該文運用的灰色關聯度分析法對云南某市供水管網漏損因素分析的結果與實際情況相符，分析結果更直觀，說明該方法能用于供水管網漏損因素的評價，可以為相關工作人員提供方法和依據。

（2）通過數據分析可以得出，云南某市供水管網各漏損因素對管網漏損影響大小依次為：管材、管徑、管齡、外部因素。外部因素與管道事故關聯度大小依次為：溫度低、接口、地基下沉、腐蝕、其他、人為事故。可以依據該順序更好的為后續供水管網的建設、設計、施工、改造、管理提供科學的依據。

（3）該文由于收集的數據有限，僅對云南某市供水管網漏損因素中的管材、管徑、管齡、外部因素共4個因素和3年的數據進行了分析，對于管材只分析了鑄鐵管、鋼管、混凝土管。其評價結果有一定的局限性。

參考文獻

[1] 張宏偉，牛志廣，陳超.供水管道漏損預測模型研究[J].中國給水排水，2001，17（6）：7-9.

[2] 周川，楊力，張韻，等.灰色關聯度分析在華北某市給水管網漏損因素評價中的運用[J].給水排水，2019（4）：123-139.

[3] 陳可嘉，李烜楠，丘永宜.福建省交通工程材料價格影響因素的灰色關聯分析[J].公路交通科技，2018，35（4）：137-145.