清華大學(xué)城市給水管網(wǎng)技術(shù)管理

第一篇城市給水管網(wǎng)第八章管網(wǎng)的技術(shù)管理管網(wǎng)的技術(shù)管理第一節(jié)管網(wǎng)技術(shù)資料第二節(jié)漏失控制方法第三節(jié)水管防腐蝕第五節(jié)清垢和涂料第六節(jié)維持管網(wǎng)水質(zhì)第七節(jié)調(diào)度管理為了維持管網(wǎng)的正常工作，保證安全供水，必須做好日常的管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)管理工作，內(nèi)容包括：建立技術(shù)檔案；檢漏和修漏；水管清垢和防腐蝕；用戶接管的安裝、清洗和防冰凍；管網(wǎng)事故搶修；檢修閥門、消火栓、流量計和水表等。管網(wǎng)的技術(shù)管理第一節(jié)管網(wǎng)技術(shù)資料管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)時所需技術(shù)資料有：管線圖，表明管線的直徑、位置、埋深以及閥門、消火栓等的布置，用戶接管的直徑和位置等。它是管網(wǎng)養(yǎng)護(hù)檢修的基本資料；管線過河、過鐵路和公路的構(gòu)造詳圖；閥門和消火栓記錄卡，包括安裝年月、地點、口徑、型號、檢修記錄等；竣工記錄和竣工圖。管線埋于地下，施工完畢覆土后，應(yīng)及時將施工中修改部分在設(shè)計圖中訂正?？⒐D應(yīng)在溝管回填土以前繪制，圖中標(biāo)明給水管線位置、管徑、埋深、閥門形式和位置等。第二節(jié)檢漏檢漏是管線管理部門的一項日常工作，減少漏水量既可降低給水成本，也等于新辟水源，具有很大經(jīng)濟意義。水管損壞引起漏水原因：因水管質(zhì)量差或使用期長而破損；由于管線接頭不密實或基礎(chǔ)不平整引起的損壞；因使用不當(dāng)例如閥門關(guān)閉過快產(chǎn)生水錘以致破壞管線；因閥門銹蝕、閥門磨損或污物鉗住無法關(guān)緊等。檢漏的方法應(yīng)用較廣且費用較省的有直接觀察和聽漏，個別城市采用分區(qū)裝表和分區(qū)檢漏，可根據(jù)具體情況選用先進(jìn)且適用的檢漏方法。實地觀察法：從地面上觀察漏水跡象，如排水窨井中有清水流出，局部路面發(fā)現(xiàn)下沉，晴天出現(xiàn)濕潤的路面等，本法簡單易行，但較粗略。聽漏法：聽漏工作一般在深夜進(jìn)行，以免受到車輛行駛和其他噪聲干擾。所用工具為聽漏棒，使用時棒的一端放在水表、閥門或消火栓上，即可從棒的另一端聽到漏水聲。這一方法的聽漏效果憑個人經(jīng)驗而定。第二節(jié)檢漏只要有供水管網(wǎng)，就有漏失：5%-50%世界各國產(chǎn)銷差率（2008）英國：31%美國：25%法國：18%新加坡：5%日本東京：3%漏損明細(xì)總供水量銷售水量漏失量真實漏失賬面漏失市政用水偷水水表誤差產(chǎn)銷差率漏失量出廠總計量真實漏失出廠總計量漏失率

產(chǎn)、供、銷、建、管、修全過程管理水平

管線純漏失漏損評價：產(chǎn)銷差率一般情況下，產(chǎn)銷差率>=漏失率，產(chǎn)銷差率間接反映了供水管網(wǎng)漏水率的程度總供水量：流量計類別較多，各自的精度不一：超聲波流量計精度相對較高，電磁流量計在管中水流速≤0.3m/s時就難以檢測，插入式渦輪流量計在管道停止輸水的條件下，相鄰管道輸水的震動波也可使其計量。大口徑流量計沒有嚴(yán)格的檢驗銷售水量：水表不能隨運行負(fù)荷進(jìn)行及時調(diào)換，影響計量精度二次供水系統(tǒng)的用戶：水表計量受到進(jìn)水閥門的影響。若閥門開啟過小，水表基本不轉(zhuǎn)或偏慢計量；若閥門全開，迅速把水池裝滿，則水表有可能在特大流量下運行，水表部件極易磨損，速度偏慢乃至損壞不計量。管網(wǎng)自身特性（長期效應(yīng)）管材管徑管齡管道初始狀態(tài)環(huán)境條件（長期效應(yīng)）土壤條件（腐蝕性、緊湊性）路面車流負(fù)荷樹木根系條件（樹木大小、與管道水平距離）

管網(wǎng)漏失主因子維護(hù)狀況（間歇效應(yīng)）監(jiān)測效率修復(fù)效率更換情況管網(wǎng)漏損的負(fù)面影響水資源的浪費；降低了企業(yè)效益—英國漏損管理的發(fā)展起步于供水企業(yè)的私有化階段；漏損控制手段漏損量維修速度與質(zhì)量主動漏損控制基礎(chǔ)設(shè)施管理壓力管理不可避免真實漏失量維修速度與質(zhì)量主動漏損控制基礎(chǔ)設(shè)施管理壓力管理不可避免真實漏失潛在的可避免的真實漏失在主干管線上：一般為18升/千米/天/米水頭在服務(wù)支管上：干管?小區(qū)間：一般為0.8升/管線/天/米水頭小區(qū)?用戶：一般為25升/千米/天/米水頭主動漏損管理暗漏的探測漏損屬性分析，如管材、管齡、土壤條件、路面車流等于漏損的關(guān)系，制定年度重點關(guān)注和更換區(qū)域DMA管理DMA+探測壓力管理（經(jīng)驗）壓力管理（基于水力學(xué)模型）漏損預(yù)警與管理：SCADA+水力學(xué)模型漏水探測器-聽漏儀相關(guān)式漏水探測器（相關(guān)儀）多探頭相關(guān)儀漏損點定位技術(shù)漏損監(jiān)控技術(shù)暗漏的探測優(yōu)點較精確的定位不足費時、費力只能用于局部，降低局部漏失漏損屬性分析漏損屬性分析漏損屬性分析優(yōu)點較經(jīng)濟的方法可用于較大范圍不足基于統(tǒng)計分析的方法，精度較低分區(qū)檢漏（DMA）

獨立計量區(qū)域法本身不會降低漏損，但是可以較快的對漏損定位。優(yōu)點較經(jīng)濟的方法可用于較大范圍（局部）不足精度到管線對用戶有影響分區(qū)檢漏法：DMA分區(qū)檢漏法：用水表測出漏水地點和漏水量，一般只在允許短期停水的小范圍內(nèi)進(jìn)行。方法是把整個給水管網(wǎng)分成小區(qū)，凡是和其他地區(qū)相通的閥門全部關(guān)閉，小區(qū)內(nèi)暫停用水，然后開啟裝有水表的一條進(jìn)水管上的閥門，使小區(qū)進(jìn)水。如小區(qū)內(nèi)的管網(wǎng)漏水，水表指針將會轉(zhuǎn)動，如此可以讀出漏水量。水表裝在直徑為10~20mm的旁通管上。查明小區(qū)內(nèi)管網(wǎng)漏水后，可按需要再分成更小的區(qū)，用同樣方法測定漏水量。DMADMA+探測優(yōu)點較經(jīng)濟的方法提高了探漏效率不足對用戶有影響局部的方法DMA方法的應(yīng)用原則結(jié)合GIS系統(tǒng)進(jìn)行操作分步測試法與噪音記錄法等協(xié)同開展壓力管理管網(wǎng)發(fā)生漏失和破裂的可能性及漏失量的大小與管網(wǎng)的工作壓力有密切關(guān)系。壓力管理管網(wǎng)壓力越大，同一漏損點的漏損量越大在夜間供水時，由于用水量降低，管網(wǎng)壓力增大，漏損量增大；最小夜間流量：一般認(rèn)為，在0：00-4：00的供水量，除了夜間用水的生產(chǎn)企業(yè)外（一般為大用戶），絕大部分為管線漏失；通過對歷史數(shù)據(jù)的分析，確定最小夜間流量中漏失量的比例。壓力管理利用漏損與管網(wǎng)壓力的關(guān)系，調(diào)整管網(wǎng)壓力，降低管網(wǎng)漏失量，同時可以降低能耗。壓力管理法實施的一個難點是如何確定合理的夜間管網(wǎng)壓力，一方面降低漏失，一方面保證管網(wǎng)供水要求；壓力管理優(yōu)點經(jīng)濟的方法全局漏失控制不足依據(jù)經(jīng)驗判斷不是發(fā)現(xiàn)漏失點，而是降低漏失率壓力管理（基于水力學(xué)模型）優(yōu)點經(jīng)濟的方法全局漏失控制不足不是發(fā)現(xiàn)漏失點，而是降低漏失率主動漏損管理暗漏的探測漏損屬性分析，如管材、管齡、土壤條件、路面車流等于漏損的關(guān)系，制定年度重點關(guān)注和更換區(qū)域DMA管理DMA+探測壓力管理（經(jīng)驗）壓力管理（基于水力學(xué)模型）問題常見的漏失控制方法有哪些？各自的優(yōu)缺點是什么？第三節(jié)水管防腐蝕腐蝕是金屬管道的變質(zhì)現(xiàn)象，其表現(xiàn)方式有生銹、坑蝕、結(jié)瘤、開裂或脆化等。防止給水管腐蝕的方法有：采用非金屬管材，如預(yù)應(yīng)力或自應(yīng)力鋼筋混凝管、塑料管等。在金屬管表面上涂油漆、水泥砂漿、瀝青等，以防止金屬和水相接觸而產(chǎn)生腐蝕。陰極保護(hù)是保護(hù)水管外壁免受土壤侵蝕的方法。根據(jù)腐蝕電池原理，兩個電極中只有陽極金屬發(fā)生腐蝕。陰極保護(hù)原理就是使金屬管成為陰極，以防止腐蝕。第三節(jié)水管防腐蝕陰極保護(hù)方法有：使用消耗性的陽極材料，如鋁、鎂鋅等，隔一定距離用導(dǎo)線連接到管線（陰極）上，在土壤中形成電路，結(jié)果是陽極腐蝕，管線得到保護(hù)。通入直流電的陰極保護(hù)法，埋在管線附近的廢鐵和直流電源的陽極連接，電源的陰極接到管線上，因此可防止腐蝕，在土壤電阻率高（約2500Ω.cm）或金屬管外露時使用較宜。第三節(jié)水管防腐蝕有了陰極保護(hù)措施還必須同時重視管壁保護(hù)涂層的作用，因此陰極保護(hù)也不是完全可靠的。第四節(jié)清垢和涂料產(chǎn)生積垢原因很多，例如，金屬管內(nèi)壁被水侵蝕，水中碳酸鈣沉淀，水中懸浮物沉淀，水中鐵、氯化物和硫酸鹽的含量過高，以及鐵細(xì)菌、藻類等微生物的滋長繁殖等。金屬管線清垢方法有：壓縮空氣法和水沖洗法（松軟積垢）氣壓脈沖射流法刮管法（堅硬積垢）酸洗法軟質(zhì)材料制成的清管器第四節(jié)清垢和涂料壓縮空氣法和水沖洗法優(yōu)點：清洗簡便，水管中無需放入特殊工具；操作費比刮管法和化學(xué)酸洗法低；工作進(jìn)度較其他方法迅速；用水流或氣—水沖洗不會破壞水管內(nèi)壁涂層。水力清管時，管垢隨水流排出。起初排出的水渾濁度較高，以后逐漸下降，直至出水完全澄清。此法清垢所需時間短，管內(nèi)絕緣層不會破損，適宜新敷設(shè)管線清洗。第四節(jié)清垢和涂料氣壓脈沖射流法優(yōu)點：設(shè)備簡單，操作方便，成本不高；進(jìn)氣和排水裝置可安裝在檢查井中，無需斷管或開挖路面。第四節(jié)清垢和涂料刮管法：刮管法所用刮管器有多種形式，都是用鋼絲繩絞車等工具使其在積垢的水管內(nèi)來回拖動。大口徑水管刮管時可用旋轉(zhuǎn)法刮管，鋼絲繩拖動的是裝有旋轉(zhuǎn)道具的封閉電動機。刮管法優(yōu)點是工作條件好，刮管速度快；缺點是刮管器和管壁摩擦力很大，往返拖動費力且管線不易刮凈。第四節(jié)清垢和涂料酸洗法：將一定濃度的鹽酸或硫酸和緩沖溶液放進(jìn)水管，浸泡14~18h去除碳酸鹽和鐵銹等積垢，用清水沖洗直到出水不含溶解的沉淀物和酸為止。這種方法缺點是酸洗后水管內(nèi)壁光潔，遇侵蝕水質(zhì)更容易銹蝕。第四節(jié)清垢和涂料清管器：用聚氨酯泡沫制成的清管器，其外表有高強度材料的螺紋，外徑比管道直徑稍大，清管操作由水力驅(qū)動，大小管徑適用。優(yōu)點是成本低，清管效果好，施工方便可延緩結(jié)垢期限，清管后如不襯涂也能保持管壁表面良好狀態(tài)。軟質(zhì)清管器可任意通過彎管和閥門。第四節(jié)清垢和涂料涂料：管壁積垢清除后，應(yīng)在管內(nèi)襯涂保護(hù)涂料，以保持輸水能力和延長水管壽命。一般是在水管內(nèi)壁涂水泥砂漿或聚合物改性水泥砂漿。前者涂層厚度為3~5mm，后者約為1.5~2mm。水泥砂漿用M50硅酸鹽水泥或礦渣水泥和石英砂，按水泥：砂：水=1:1:0.37~0.4的比例拌和而成。聚合物改性水泥砂漿由M50硅酸鹽水泥、聚醋酸乙烯乳劑、水溶性有機硅、石英砂等按一定比例配合而成。第四節(jié)清垢和涂料襯涂砂漿方法：離心法，埋管前用特制離心裝置將涂料均勻涂在水管內(nèi)壁；壓縮空氣法，對已埋管線，利用壓縮空氣推動膠皮涂管器，將涂料均勻涂在水管內(nèi)壁；噴漿機，適用于直徑在500mm以上管徑。清除水管積垢和涂料的方法，對恢復(fù)輸水能力效果明顯，所需費用僅為新埋管線的1/10~1/12，還有利于保證管網(wǎng)水質(zhì)。第五節(jié)維持管網(wǎng)水質(zhì)為保持管網(wǎng)正常水量和水質(zhì)，可采取以下措施：通過給水栓、消火栓和放水管，定期放去管網(wǎng)中部分“死水”，并借此沖洗水管。長期未用的管線或管線末端，在恢復(fù)使用時必須沖洗干凈。管線延伸過長時，應(yīng)在管網(wǎng)中途加氯。盡量采用非金屬管道，定期對金屬管道清垢。無論在新敷管線或舊管檢修后均應(yīng)沖洗消毒。定期清洗水塔、水池和屋頂高位水箱。

北京市自來水集團(tuán)Copyright?201249截至2011年底，北京市供水服務(wù)面積698平方公里，中心城區(qū)供水管網(wǎng)總長8408公里，運行時間超30年的達(dá)1727公里，特別是運行50年以上的管線共有453公里，接近管線使用年限，集團(tuán)計劃利用5年時間，共計改造管線1966公里，投資24.7億元，完成改造隱患突出的干管、次干管196公里；實施鑄鐵管內(nèi)噴涂環(huán)氧樹脂，鋼塑復(fù)合管替代鍍鋅管，總長1770公里；工程同步實施附屬設(shè)備改造30000座。

供水管網(wǎng)概況

北京市自來水集團(tuán)Copyright?201250供水管網(wǎng)改造的必要性目前北京有些地區(qū)的輸水管線使用時間已經(jīng)超過50年，二次污染及水量漏失情況較為嚴(yán)重。右圖為海淀區(qū)北洼路一處DN100管線內(nèi)壁和一處DN1000管線內(nèi)壁，由于管線老化，造成部分管線存在供水隱患。

右圖為2009年1月29日，正值春節(jié)正月初四，洋橋西三環(huán)內(nèi)環(huán)輔路DN600管線由于受地基沉降等多種因素共同影響，造成爆管，導(dǎo)致大量水資源浪費。該處管材為普通鑄鐵管。供水管網(wǎng)改造的必要性管網(wǎng)改造措施

明開挖：明開挖原位換管施工工藝較為成熟，施工機具簡單，易于控制質(zhì)量、進(jìn)度和安全，由于其改造徹底，管網(wǎng)改造工程優(yōu)先選用，但是拆遷、掘路、交通、環(huán)境、社會等制約因素較多。

非開挖：

非開挖管網(wǎng)改造是一種方便、快捷、省時、省力的管網(wǎng)改造施工方法，在施工過程中性能可靠、不開挖管溝、管道流通面積損失小、現(xiàn)場易于施工，有效的減少了施工對環(huán)境和社會的影響。196公里1770公里11%89%技術(shù)名稱適用范圍內(nèi)脹圈安裝技術(shù)DN800以上管線的接口加固、防漏非開挖穿管技術(shù)DN150～DN1000上水管線的內(nèi)壁處理、加內(nèi)襯及新裝管線內(nèi)旋風(fēng)噴涂技術(shù)DN200以下管線的內(nèi)壁處理、除銹、加內(nèi)襯聚脲噴涂技術(shù)技術(shù)DN800以上管線的清理、加內(nèi)襯液壓脹管技術(shù)DN800以下管線的原位置換管薄壁不銹鋼技術(shù)DN800～DN2200管線內(nèi)壁處理、加內(nèi)襯管網(wǎng)改造中的非開挖技術(shù)內(nèi)脹圈安裝技術(shù)

為了解決北京市大口徑自來水管線（DN800以上）接口及局部漏水問題，北京市自來水集團(tuán)開發(fā)引進(jìn)了內(nèi)脹圈安裝技術(shù)，經(jīng)過多次工程實例證明，此技術(shù)成功解決了管線接口及局部漏水問題，同時具有工程造價低、社會影響小、施工速度快、水質(zhì)無污染的優(yōu)點。項目簡介：如上圖，橡膠止水帶每邊具有5條止水線，在不銹鋼圈保持帶外加壓力作用下起到止水效果。內(nèi)脹圈安裝技術(shù)

不銹鋼圈原理：

如右圖，

不銹鋼圈在液壓鉗外力作用下外張，對橡膠止水帶帶施加壓力，從而起到密封效果。內(nèi)脹圈安裝技術(shù)液壓鉗對不銹鋼圈加壓內(nèi)脹圈操作流程前期準(zhǔn)備安裝止水帶安裝不銹鋼圈加壓、放入楔片驗收、通水停水、進(jìn)材料設(shè)備、將管線需要施工的部位打磨干凈光滑。將橡膠止水帶覆蓋在管線接口或漏水點處。將兩個彎成環(huán)狀的不銹鋼圈卡在橡膠止水帶上的左右兩側(cè)，使橡膠止水帶通過不銹鋼圈的作用緊緊貼在鋼管管壁上。用液壓鉗在不銹鋼圈的兩端加壓，使不銹鋼圈外脹擠壓橡膠止水帶，使得橡膠止水帶牢固固定在管壁上，用不銹鋼擋板將鋼圈兩端頂住。工程應(yīng)用：第九水廠DN2600球墨鑄鐵輸水管線改管工程的接口及漏水點進(jìn)行了內(nèi)脹圈安裝。內(nèi)脹圈安裝技術(shù)工程實例：

右圖為2008年5月第八水廠13公里DN1200預(yù)應(yīng)力輸水管線消隱工程，對接口進(jìn)行了內(nèi)脹圈安裝。內(nèi)脹圈安裝技術(shù)輸水管線內(nèi)施工前后對比

北京市第八水廠DN1200預(yù)應(yīng)力輸水管線多處接口發(fā)生漏水現(xiàn)象，自來水集團(tuán)于2007年對此段管線所有漏水接口安裝了內(nèi)脹圈共687套，2008年在孫河至第八水廠共計安裝2407套，2011年牛欄山9組—13組水源地安裝內(nèi)脹圈408套，安裝完成后徹底解決了漏水現(xiàn)場，效果明顯。

經(jīng)測算，安裝內(nèi)脹圈改造管線延米造價低于管線更新改造。以DN1000管線為例，延米造價約2000-3000元左右，而管線更新改造造價在10000元以上。內(nèi)脹圈的運用及經(jīng)濟比較：非開挖穿管技術(shù)一、PE穿管技術(shù)技術(shù)簡介：

該技術(shù)是將HDPE管道利用機械設(shè)備從原管道中穿過，形成管中管的形式，已達(dá)到不開挖換管的形式。非開挖穿管技術(shù)工程應(yīng)用：北京市自來水集團(tuán)在水源四廠東線DN1200消隱工程中使用了穿PE管技術(shù)，成功解決了現(xiàn)場開挖難的問題。二、U-HDPE內(nèi)襯修復(fù)技術(shù)技術(shù)簡介：

該施工技術(shù)是將直徑適宜的熱塑性HDPE管通過特種設(shè)備將截面壓為U型,從而使截面積縮小，拉入主管道加壓恢復(fù)原狀后，HDPE管與外管結(jié)合在一起，達(dá)到管線修復(fù)的目的。非開挖穿管技術(shù)非開挖穿管技術(shù)工程應(yīng)用：北京市自來水集團(tuán)在知春路DN800上水管線消隱工程中使用了穿PE管技術(shù)，成功解決了現(xiàn)場開挖難的問題。

三、水平定向鉆技術(shù)

技術(shù)簡介：

非開挖水平定向鉆技術(shù)是一種用水平導(dǎo)向鉆機安裝管道的方法，這種技術(shù)主要應(yīng)用于新建上水管線的安裝。非開挖穿管技術(shù)非開挖穿管技術(shù)

技術(shù)簡介：

由裝有鉆頭的鉆桿從地面鉆入，繞過地下障礙，直至抵達(dá)目的地，然后換上回括器，使之能夠?qū)@孔擴大到所需直徑，同時將需要鋪裝的管線牽引拖回到鉆機一端的入口處。

技術(shù)簡介：該項技術(shù)為對上水管線內(nèi)壁除銹并清洗后噴涂專用涂料，具有增大管線流量，提高飲用水水質(zhì)，延長管道壽命等特點。內(nèi)旋風(fēng)噴涂技術(shù)內(nèi)旋風(fēng)噴涂技術(shù)

工作原理：

空壓機提供高壓空氣，在管道內(nèi)形成旋風(fēng)式氣流，帶動石英砂打磨管內(nèi)壁，起到除銹效果；然后用旋風(fēng)式氣流將專用涂料均勻的涂在管內(nèi)壁，涂料干燥后形成內(nèi)襯保護(hù)層。管道內(nèi)壁旋風(fēng)銹垢內(nèi)旋風(fēng)噴涂技術(shù)

所需設(shè)備：

其它附屬設(shè)備

儲氣罐

空壓機噴涂作業(yè)效果：右上圖為安慧北里小區(qū)施工現(xiàn)場噴涂前情況，右下圖為管線噴涂后的情況。內(nèi)旋風(fēng)噴涂技術(shù)

技術(shù)簡介：該技術(shù)為在管道內(nèi)壁增加一層聚脲彈性體的施工方法，聚脲彈性體是一種經(jīng)專用噴涂設(shè)備噴涂成型的彈性體材料。該技術(shù)具有瞬間固化、高速反應(yīng)、一次成型的特點。聚脲彈性體具有無毒、耐腐蝕的特性和良好的機械性能。聚脲噴涂技術(shù)

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工程應(yīng)用：右圖所示為第三水廠DN1000輸水管線改造中應(yīng)用該技術(shù)后的管內(nèi)壁。聚脲噴涂技術(shù)

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技術(shù)簡介：

液壓脹管技術(shù)可以在不開槽的情況下原位置更換管線，主要過程為將老舊管線脹碎，經(jīng)過擴孔、清理后將新管線拉入原管線位置。（右圖所示）液壓脹管技術(shù)

北京市自來水集團(tuán)Copyright?201277液壓脹管技術(shù)

工作原理：該技術(shù)是依靠液壓動力牽引破碎頭，破碎頭與新管線相連，當(dāng)破碎頭破碎舊管的同時擠壓舊管碎片進(jìn)入周圍土壤，新管線也隨碎管頭的前進(jìn)而鋪設(shè)完成。

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設(shè)備介紹：液壓脹管法技術(shù)主要依靠液壓碎管機完成，液壓碎管機由液壓動力站、碎管主機、破碎頭裝置和其它附件組成。液壓脹管技術(shù)北京市自來水集團(tuán)禹通市政工程有限公司Copyright?201179北京市自來水集團(tuán)禹通市政工程有限公司Copyright?2011