城市供水管網(wǎng)安全優(yōu)化運(yùn)行與污染控制_“爆管”預(yù)防

1、城市供水管網(wǎng)安全優(yōu)化運(yùn)行與污染控制_“爆管”預(yù)防論文導(dǎo)讀:：供水管網(wǎng)安全優(yōu)化運(yùn)行的目標(biāo)，不僅在于滿足用戶對(duì)水質(zhì)、水量與水壓的要求，而且還需要最大限度地控制管道漏損、降低“爆管”風(fēng)險(xiǎn)、減少管網(wǎng)運(yùn)行與維護(hù)費(fèi)用。本論文圍繞上述目標(biāo)，針對(duì)我國(guó)供水管網(wǎng)特點(diǎn)和供水企業(yè)管理特點(diǎn)，從輸配過程水質(zhì)安全保障、管網(wǎng)信息化建設(shè)、分級(jí)分區(qū)管理、漏損監(jiān)測(cè)與控制、“爆管”預(yù)防、管道優(yōu)化維護(hù)與更換等不同角度，系統(tǒng)討論了供水管網(wǎng)安全優(yōu)化運(yùn)行與污染控制的技術(shù)策略。論文關(guān)鍵詞：供水管網(wǎng)，水質(zhì)保障，漏損控制，“爆管”預(yù)防，信息化，優(yōu)化維護(hù)策略城市供水管網(wǎng)是市政基礎(chǔ)設(shè)施系統(tǒng)的重要組成部分，成為城市生存與發(fā)展基礎(chǔ)。截至2004年，我國(guó)供

2、水管網(wǎng)接近36萬(wàn)公里。城市化進(jìn)程的推進(jìn)加速供水管網(wǎng)建設(shè)，管網(wǎng)鋪設(shè)長(zhǎng)度與規(guī)模也將進(jìn)一步大幅增加。例如，北京市近年來供水管網(wǎng)以每年200余公里的速度增長(zhǎng)，目前市區(qū)供水管網(wǎng)總長(zhǎng)為8118.32 Km，服務(wù)面積增至665.95 Km2。管網(wǎng)規(guī)?？焖偻卣菇o管網(wǎng)水質(zhì)保持、安全運(yùn)行維護(hù)及漏損控制帶來了新的挑戰(zhàn)，如何保障供水管網(wǎng)安全運(yùn)行、控制管網(wǎng)漏損與“爆管”，成為政府、行業(yè)、企業(yè)與研究部門高度重視的課題之一。我國(guó)城市供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)（CJJ92-2002）要求供水企業(yè)必須詳細(xì)掌握管網(wǎng)現(xiàn)狀資料，建立完整的供水管網(wǎng)技術(shù)檔案和管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)，定期進(jìn)行漏水檢測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏水和修復(fù)漏水管道，將管網(wǎng)基本漏損

3、率控制在12%以下；城市供水行業(yè)2000年技術(shù)進(jìn)步發(fā)展規(guī)劃中明確提出把“降低漏耗”作為五個(gè)主攻方向之一。但是，我國(guó)城市供水管網(wǎng)在水質(zhì)維持、安全運(yùn)行維護(hù)與漏損控制等方面總體而言水平仍較低。據(jù)對(duì)占全國(guó)總供水量42.44的36個(gè)城市出廠水與管網(wǎng)水質(zhì)的調(diào)查，管網(wǎng)輸配過程濁度平均增加0.3 NTU，色度增加1.5度，鐵增加0.02 mg/L，細(xì)菌總數(shù)則增加 20 cfu/mL以上。中國(guó)城鎮(zhèn)供水協(xié)會(huì)調(diào)查表明，近年來中國(guó)城市供水管網(wǎng)平均產(chǎn)銷差率達(dá)到17.92%，部分城市甚至超過25；統(tǒng)計(jì)表明“爆管”預(yù)防，以單位管道長(zhǎng)度的漏水量計(jì)，我國(guó)供水管網(wǎng)漏水量約為58.04 m3/km/d，遠(yuǎn)高于世界發(fā)達(dá)國(guó)家水平。據(jù)2

4、003年全國(guó)城市節(jié)水工作座談會(huì)暨城市供水管網(wǎng)漏損控制研討會(huì)公布的數(shù)字，我國(guó)城市供水每年漏損近100億噸，甚至高于南水北調(diào)中線的輸水量。此外，許多城市供水管網(wǎng)“爆管”頻發(fā)，20002003年我國(guó)因“爆管”而導(dǎo)致的停水事故達(dá)13.7萬(wàn)次，給居民正常生產(chǎn)生活帶來不利影響。進(jìn)一步地，我國(guó)不少城市供水企業(yè)在管道更新維護(hù)上存在很大的盲目性，在確定改造管道時(shí)往往憑主觀經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行判斷，缺乏系統(tǒng)科學(xué)的成本-效益分析，管網(wǎng)維護(hù)成本高且更換效益較低。因此，如何保障輸配過程水質(zhì)、確保供水管網(wǎng)安全運(yùn)行、降低管網(wǎng)漏損率、預(yù)防“爆管”發(fā)生，從根本上提高供水管網(wǎng)運(yùn)行管理水平，成為許多供水企業(yè)高度關(guān)注且亟需解決的重要問題?；邶?/p>

5、大供水管網(wǎng)的復(fù)雜性與綜合性，有必要深入探討供水管網(wǎng)水質(zhì)維持、安全運(yùn)行與漏損控制的可行技術(shù)策略，為提高我國(guó)供水管網(wǎng)運(yùn)行管理水平提供科學(xué)依據(jù)與重要支撐。一、保障輸配過程水質(zhì)安全，控制水質(zhì)二次污染管網(wǎng)輸配過程水質(zhì)安全保障是飲用水質(zhì)安全保障的重要部分，實(shí)踐表明不少城市出廠水質(zhì)完全達(dá)到國(guó)家飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，但末端水質(zhì)卻難以達(dá)標(biāo)。研究顯示，供水管網(wǎng)系統(tǒng)中的配水管道、入戶管線與二次供水單元是水質(zhì)惡化最為嚴(yán)重的區(qū)域，也是保障輸配水質(zhì)安全的重點(diǎn)。為此，要深入研究管道對(duì)水質(zhì)的影響、輸配水質(zhì)對(duì)管道的影響以及水質(zhì)與管道二者之間交互作用導(dǎo)致的水質(zhì)變化，從而為管材優(yōu)選、水質(zhì)穩(wěn)定化與輸配水質(zhì)安全保障等提供基礎(chǔ)依據(jù)。若不科

6、學(xué)有效地預(yù)測(cè)或控制輸配水質(zhì)與管道（及其內(nèi)壁腐蝕層）的交互作用，可能導(dǎo)致嚴(yán)重的供水事故。國(guó)內(nèi)外曾經(jīng)發(fā)生過多次由于飲用水源更換而導(dǎo)致的管網(wǎng)系統(tǒng)大范圍水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。例如，美國(guó)Arizona州Tucson市于1992年11月開始采用Colorado河的地表水為水源，經(jīng)處理后由原先輸配地下水的供水管網(wǎng)進(jìn)行輸配，結(jié)果引起了大量用戶的抱怨與投訴。統(tǒng)計(jì)表明，用戶的投訴主要集中在水的色（54%）、臭與味（31%）等感官性狀指標(biāo)上；“紅水”（red water）是招致用戶抱怨最多的因素；在更換水源后的數(shù)年內(nèi)均持續(xù)出現(xiàn)用戶端水質(zhì)惡化的現(xiàn)象，且在1993年和1994年的夏季“紅水”現(xiàn)象的產(chǎn)生更為頻繁，用戶投訴比例顯

7、著增加。美國(guó)南加利福尼亞地區(qū)在上世紀(jì)40年代也曾遇到過水源更換導(dǎo)致的嚴(yán)重“紅水”問題，結(jié)果出現(xiàn)管壁腐蝕銹層脫落、管壁生物膜進(jìn)入水中產(chǎn)生異臭味等現(xiàn)象，并持續(xù)到管壁表面形成了新的穩(wěn)定的表面層后才結(jié)束論文提綱格式。我國(guó)也曾發(fā)生過由于輸配水質(zhì)變化而導(dǎo)致的供水水質(zhì)惡化的現(xiàn)象。此外，美國(guó)華盛頓特區(qū)還發(fā)生過將用氯胺取代氯消毒而產(chǎn)生的龍頭水中鉛濃度大幅升高的現(xiàn)象，并證實(shí)這主要是由于自由氯與鉛反應(yīng)生成不溶性的PbO2而氯胺與鉛反應(yīng)生成可溶性的Pb3(OH)2(CO3)2所致。大量研究與實(shí)踐證明，輸配管材、管網(wǎng)規(guī)模與結(jié)構(gòu)類型、輸配水質(zhì)、運(yùn)行維護(hù)水平等都會(huì)對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)產(chǎn)生影響，保障管網(wǎng)水質(zhì)穩(wěn)定必須從系統(tǒng)的角度進(jìn)行考慮

8、。出廠水的水質(zhì)是保證管網(wǎng)水質(zhì)的最重要基礎(chǔ)，同時(shí)必須選擇適當(dāng)?shù)墓懿暮凸芫W(wǎng)運(yùn)行條件，從化學(xué)穩(wěn)定性和生物穩(wěn)定性兩個(gè)方面制定保證管網(wǎng)水質(zhì)的運(yùn)行方案和輸配工藝。此外，管網(wǎng)及二次供水系統(tǒng)的科學(xué)運(yùn)行與維護(hù)也是防止二次污染的重要內(nèi)容。就目前的認(rèn)識(shí)與應(yīng)用水平而言，對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)安全保障仍需要在原理、技術(shù)、材料、工藝與管理等方面綜合考慮“爆管”預(yù)防，并將其作為一個(gè)系統(tǒng)工程不斷推進(jìn)應(yīng)用實(shí)施。二、加強(qiáng)管網(wǎng)信息化建設(shè)，拓展管網(wǎng)GIS功能管網(wǎng)信息化是建設(shè)現(xiàn)代化管網(wǎng)運(yùn)行管理模式的基礎(chǔ)。地理信息系統(tǒng)（GIS）是管網(wǎng)系統(tǒng)管理平臺(tái)的重要手段，也是目前應(yīng)用最為普遍的管網(wǎng)信息管理平臺(tái)。傳統(tǒng)意義上的管網(wǎng)信息主要包括管道屬性信息（管道ID、

9、管長(zhǎng)、管徑、管材、敷設(shè)時(shí)間等）、管道空間信息（布設(shè)位置、連接關(guān)系）、附屬構(gòu)筑物信息等。隨著管網(wǎng)運(yùn)行水平與管理需求的延伸和拓展，管網(wǎng)GIS在單純的信息存儲(chǔ)與管理基礎(chǔ)上被賦予了更高的內(nèi)涵與更多的功能。加強(qiáng)管網(wǎng)GIS在管道失效數(shù)據(jù)信息管理功能。傳統(tǒng)的管道失效數(shù)據(jù)（漏損位置、漏損類型等）往往采用手工記錄與存儲(chǔ)，其缺點(diǎn)在于難以充分利用歷史漏損數(shù)據(jù)優(yōu)化管網(wǎng)漏損管理與控制。陳求穩(wěn)等人針對(duì)某市19年管道失效數(shù)據(jù)，結(jié)合管網(wǎng)GIS系統(tǒng)，確定了不同管材的失效密度與失效率（表1），為優(yōu)化管網(wǎng)漏損監(jiān)測(cè)與維護(hù)提供了重要的數(shù)據(jù)支持。表1 某市不同管材的失效密度及失效率 管材 總長(zhǎng)度 (L: km) 總管段數(shù) (N) 破損管

10、段數(shù)(n) 失效比例 失效密度 (FD: 1/m) 失效率 (FR) 鋼管 480 24337 406 0.045 0.00085 0.017 球墨鑄鐵管 2000 53426 265 0.029 0.00013 0.005 鑄鐵管 2717 359541 8265 0.911 0.00304 0.023 鍍鋅管 1216 61653 32 0.004 0.00003 0.001 預(yù)應(yīng)力管 120 6084 100 0.011 0.00083 0.016 加強(qiáng)管網(wǎng)GIS的網(wǎng)絡(luò)分析功能。GIS技術(shù)不僅可為網(wǎng)絡(luò)分析提供數(shù)據(jù)空間、建立網(wǎng)絡(luò)分析所必須的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)分析的可視化，也能完成上述這些和

11、網(wǎng)絡(luò)相關(guān)的應(yīng)用問題。網(wǎng)絡(luò)分析功能包括最短路徑分析、可達(dá)性、連通性、追蹤問題等。例如，利用管網(wǎng)GIS的網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性分析功能，可對(duì)管網(wǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)、漏損監(jiān)測(cè)點(diǎn)等進(jìn)行優(yōu)化布設(shè)?？蛇_(dá)性計(jì)算的理論基礎(chǔ)是連通矩陣。一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性可以針對(duì)個(gè)別節(jié)點(diǎn)，也可針對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)來評(píng)估。其核心算法是，建立可達(dá)性矩陣，稱為T矩陣，T矩陣是所有有意義的C矩陣(從一階直到階數(shù)等于網(wǎng)絡(luò)直徑)的總和。T矩陣被定義為： T= C1+ C2+ C3+ ? +C(1)T矩陣中的一個(gè)元素是C1，C2，C3，? 矩陣中相關(guān)行和列的值的總和。行的總數(shù)表示從一個(gè)結(jié)點(diǎn)（行）通過網(wǎng)絡(luò)到其他結(jié)點(diǎn)的不同路徑的總數(shù)。網(wǎng)絡(luò)可達(dá)性代表了在一個(gè)網(wǎng)絡(luò)中從一個(gè)結(jié)點(diǎn)移動(dòng)到其他結(jié)點(diǎn)的難易程度。T矩陣中，所有元素的和代表了整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性，該T矩陣所代表網(wǎng)絡(luò)的可達(dá)性值越大，在系統(tǒng)中可選擇的路線就越多，路徑結(jié)點(diǎn)的連通性越好。李偉峰等針對(duì)管網(wǎng)漏損監(jiān)測(cè)儀優(yōu)化布設(shè)的問題，建立了基于GIS網(wǎng)絡(luò)分析的漏損監(jiān)測(cè)儀布設(shè)方法與流程（圖1），并進(jìn)一步利用GIS網(wǎng)絡(luò)的“服務(wù)范圍”分析功能明確了漏損監(jiān)測(cè)儀未能覆蓋的“盲區(qū)”范圍。上述成果在某市供水管網(wǎng)漏損監(jiān)測(cè)工作中取得了很好的應(yīng)用成效。加強(qiáng)管網(wǎng)GI