輸水管材選擇與節(jié)水社會(huì)效益

輸水管材選擇與節(jié)水社會(huì)效益3T型球墨鑄鐵管供水管材球墨鑄鐵管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：GB／T26081-2009《污水用球墨鑄鐵管、管件和附件》口徑范圍：DN80~2600。接口型式：T型、XT2型、K型、自錨式等。焊接鋼管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：GB/T

3091-2008《低壓流體輸送用焊接鋼管》口徑范圍：DN10~3000接口型式：焊接。供水管材PCCP管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：GB/T

19685《預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管》口徑范圍：DN400~4000接口型式：?jiǎn)巍癘”型膠圈，或雙O”型膠圈。供水管材6玻璃鋼夾砂管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：GB/T21238-2007《玻璃纖維增強(qiáng)塑料夾砂管》口徑范圍：DN/OD100~4000接口：雙“O”型膠圈環(huán)剛度（N/m2）：1250、2500、5000、10000供水管材7HDPE管產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)：GB/T

13663《給水用聚乙烯（PE）管》口徑范圍：dn16~1000接口：熔接供水管材地質(zhì)條件施工條件接口性能運(yùn)行壽命水壓及壓力波動(dòng)水錘管線真空水力推力水的衛(wèi)生內(nèi)部承壓外部承壓抗浮地基承載力土壤的荷載土壤的腐蝕交通荷載地下水環(huán)境溫差地震密封性軸向移動(dòng)徑向偏轉(zhuǎn)防滑脫管道埋地安裝管道地上安裝陡坡施工非開挖施工內(nèi)防腐外防腐水力條件承壓能力管線施工及運(yùn)行條件 球墨鑄鐵管性能輸水管線的工程特性接口膠圈對(duì)比玻璃鋼加砂管球墨鑄鐵管由于球管的剛度高以及可偏轉(zhuǎn)的性能，對(duì)地震，地基沉陷和外界負(fù)荷的變化，均表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性。球管接口要求水質(zhì)推薦管道內(nèi)防腐原水、飲用水硅酸鹽水泥內(nèi)襯抗硫酸鹽水泥內(nèi)襯直飲水、軟水水泥內(nèi)襯加環(huán)氧密封層聚氨酯內(nèi)襯市政污水高鋁水泥內(nèi)襯環(huán)氧陶瓷內(nèi)襯工業(yè)廢水聚氨酯內(nèi)襯球管內(nèi)防腐的選擇：球管防腐要求球管外防腐的選擇：土壤條件推薦管道外防腐一般性土壤鋅+終飾層較強(qiáng)腐蝕性土壤鋅+終飾層+PE膜鋅鋁稀土合金+環(huán)氧涂層強(qiáng)腐蝕土壤聚氨酯涂層球管防腐要求球管全方位解決方案C級(jí)接口K級(jí)T型XT2型K型TF自錨型SIA

Wb自錨型Xanchor自錨型XT2

St自錨型壁厚外防腐內(nèi)防腐口徑DN80DN2600硅酸鹽水泥抗硫酸鹽水泥環(huán)氧陶瓷聚氨酯環(huán)氧密封層鋅+終飾層PE膜聚氨酯鋁粉漆產(chǎn)品施工管道管件附件開槽頂管水平定向鉆售前售后沉管服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)名稱：《水利水電工程球墨鑄鐵管技術(shù)導(dǎo)則》英文名：Ductile

iron

pipes

technicalguiderulesofwaterresourcesandhydropower

projects主管單位：中國(guó)水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)協(xié)會(huì)主編單位：水利部水利水電規(guī)劃設(shè)計(jì)總院主編人：李現(xiàn)社水利水電工程球墨鑄鐵管技術(shù)導(dǎo)則壁厚選擇程序管道等級(jí)的選擇是通過(guò)不斷優(yōu)化直至與實(shí)際相符的過(guò)程，既要保證結(jié)構(gòu)的安全性也要避免不經(jīng)濟(jì)。設(shè)計(jì)中根據(jù)工程實(shí)際先選擇某一等級(jí)的管，判斷是否滿足變形和強(qiáng)度的要求，通過(guò)不斷的校正并最終確定合適的等級(jí)。步驟1：正常工作壓力下抗拉強(qiáng)度計(jì)算步驟2：設(shè)計(jì)壓力下抗拉強(qiáng)度計(jì)算步驟3：外荷載下徑向變形計(jì)算步驟4：外荷載下環(huán)向彎曲強(qiáng)度計(jì)算設(shè)定較低壁厚級(jí)別確定最終設(shè)計(jì)壁厚不合格，增加壁厚級(jí)別合格合格合格管道工作壓力≤管的正常允許工作壓力設(shè)計(jì)管道設(shè)計(jì)壓力≤管的最大允許工作壓力設(shè)計(jì)管道變形率≤管的允許變形率管道彎曲強(qiáng)度≤管的最大允許環(huán)向彎曲強(qiáng)度否否否否導(dǎo)則內(nèi)外壓要求管材工作壓力Pw（MPa）設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力Pd（MPa）球墨鑄鐵管Pw≤

0.5Pd=

2PwPw>

0.5Pd=Pw+

0.5導(dǎo)則內(nèi)壓要求5.2.2

管道內(nèi)部荷載作用下的強(qiáng)度復(fù)核應(yīng)當(dāng)同時(shí)滿足公式5.2.2-1和5.2.2-2：管道的運(yùn)行工作壓力Pw

≤管的允許工作壓力PFA （5.2.2-1）管道的設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力Pd

≤管的最大允許工作壓力PMA （5.2.2-2）5.2.4

管道設(shè)計(jì)壓力應(yīng)取表5.2.4中數(shù)值和水力過(guò)渡過(guò)程計(jì)算結(jié)果的最大值。8.2.4

水壓試驗(yàn)壓力應(yīng)按管道設(shè)計(jì)壓力取值，見5.2.4條。表5.2.4

管道設(shè)計(jì)內(nèi)水壓力表（5.3.5）5.3.5

管道的徑向變形率應(yīng)滿足公式5.3.5：管道的徑向變形率Δ

≤管的最大允許徑向變形率ΔmaxC.0.1

管道的徑向變形率應(yīng)按公式C.0.1計(jì)算：（C.0.1

）8S

0.061E'KX

P

1005.4.3

管道的環(huán)向彎曲強(qiáng)度按公式5.4.3計(jì)算：

3

0.732

DEE'

1

e8EKe e

DE

DE

min

x

1

K

b

min

min

Rf

3

P

（5.4.3）導(dǎo)則外壓要求技術(shù)條件之一：內(nèi)外壓要求第一類失效（災(zāi)難性破裂和泄露）第二類失效（嚴(yán)重劣化或結(jié)構(gòu)弱化—通過(guò)檢查看到的）第三類失效（服務(wù)能力減少—暫停服務(wù)，完全或部分替代）調(diào)查研究結(jié)果：美國(guó)自上世紀(jì)40年代開始到2006年，累計(jì)生產(chǎn)使用PCCP管約30000公里，發(fā)生第一類失效435個(gè)，第二類失效和第三類失效35662個(gè)。第一類失效年份平均13.95年，第二、三類失效年份平均16.75年。技術(shù)條件之一：內(nèi)外壓要求管材抗負(fù)壓能力：鋼管和球管抗負(fù)壓沒(méi)有問(wèn)題。這是HDPE給水管遇到的最大的技術(shù)難題。由于HDPE給水管抗負(fù)壓能力差，管道會(huì)因管道內(nèi)部真空而在外部的壓力（大氣壓、外界負(fù)荷）的作用下壓扁，反之，在充水情況下會(huì)膨脹，由于長(zhǎng)時(shí)間的膨脹與壓扁，容易導(dǎo)致管道慢速裂紋增長(zhǎng)，直至破裂。供水管材的選擇原則原則1——規(guī)范的定義：管材選擇的最基本原則是遵從GB50788

《城鎮(zhèn)給水排水技術(shù)規(guī)范》的6.1.2條款的規(guī)定：“城鎮(zhèn)給水排水設(shè)施中主要建筑物的主體結(jié)構(gòu)和地下干管道，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用年限不應(yīng)低于50年；安全等級(jí)不應(yīng)低于二級(jí)?！惫懿牡陌踩枪懿目傮w目標(biāo)。使用年限不應(yīng)低于50年，體現(xiàn)的是經(jīng)濟(jì)利益最大化。舉例：一次性投資500萬(wàn)的管線項(xiàng)目，使用壽命50年，分?jǐn)偟哪晖顿Y成本是10萬(wàn)；一次性投資400萬(wàn)的管線項(xiàng)目，使用壽命10年，分?jǐn)偟哪晖顿Y成本是40萬(wàn)。所以，選擇50年的管材經(jīng)濟(jì)成本最低。供水管材的選擇原則經(jīng)濟(jì)條件：原則2：技術(shù)條件：管材滿足管線安裝條件和運(yùn)行條件，保證管材正常使用年限。原則3：經(jīng)濟(jì)運(yùn)行：建立在50年使用壽命基礎(chǔ)之上的管材投資費(fèi)用與管材的運(yùn)行費(fèi)用的綜合管材的漏水率管材的維修兩者關(guān)系：經(jīng)濟(jì)條件建立在技術(shù)條件之上，技術(shù)條件為基礎(chǔ)，時(shí)間為衡量尺度。管材全周期成本

采購(gòu)成本

安裝成本

運(yùn)行費(fèi)用

維修費(fèi)用預(yù)估使用壽命管道采購(gòu)運(yùn)輸資產(chǎn)折舊溝渠開挖管道安裝溝渠回填工程驗(yàn)收管道運(yùn)行能源消耗滲水損失維修次數(shù)維修費(fèi)用漏水損失社會(huì)影響管材從運(yùn)行到報(bào)廢預(yù)估使用年限管材經(jīng)濟(jì)性的評(píng)估國(guó)際水協(xié)會(huì)（IWA）提出的水收支的世界標(biāo)準(zhǔn)用語(yǔ)給水量合法消費(fèi)水量計(jì)費(fèi)合法用水量計(jì)費(fèi)計(jì)量消費(fèi)水量收益水量計(jì)費(fèi)非計(jì)量消費(fèi)水量不計(jì)費(fèi)合法用水量非計(jì)費(fèi)計(jì)量消費(fèi)水量無(wú)收益水量（產(chǎn)銷差水量）非計(jì)費(fèi)非計(jì)量消費(fèi)水量漏損水量表觀漏損非法消費(fèi)水量計(jì)量誤差真實(shí)漏損干配水管中漏失水量蓄水池漏失及溢流到用戶水表的用戶管段漏失管網(wǎng)漏損評(píng)估指標(biāo)

100%aaaQQ

QaeR

Ra：管網(wǎng)漏損率，%Qa：年供水量，水廠供出的經(jīng)計(jì)量確定的全部水量，km3Qae：年有效供水量，

水廠將水供出廠外后，各類用戶實(shí)際使用到的水量，包括收費(fèi)的（即售水量）和不收費(fèi)的（即免費(fèi)供水量），km3管網(wǎng)漏損評(píng)估指標(biāo)2015年4月2日,國(guó)務(wù)院正式發(fā)布《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》,即“水十條”:對(duì)使用超過(guò)50年和材質(zhì)落后的供水管網(wǎng)進(jìn)行更新改造，到2017年，全國(guó)公共供水管網(wǎng)漏損率控制在12%以內(nèi)；到2020年，控制在10%以內(nèi)CJ。J92-2002《城市供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》：6.1.1

城市供水企業(yè)管網(wǎng)基本漏損率不應(yīng)大于12%。6.1.2

城市供水企業(yè)管網(wǎng)實(shí)際漏損率結(jié)合本標(biāo)準(zhǔn)6.2節(jié)的規(guī)定修正后確定。該標(biāo)準(zhǔn)只定義了管網(wǎng)漏損量及漏損率，沒(méi)有對(duì)漏損量再進(jìn)一步細(xì)分。城市供水管網(wǎng)年漏損率計(jì)算公式：國(guó)家漏損率備注發(fā)達(dá)國(guó)家15%發(fā)展中國(guó)家35%東歐國(guó)家40%奧地利、德國(guó)、丹麥、荷蘭≤10%美國(guó)（2011）22%中國(guó)（2016）22.2%產(chǎn)銷差率《城市供水統(tǒng)計(jì)年鑒2017》日本（2013）5%全球平均35%世界供水管網(wǎng)漏損情況供水管材使用情況及發(fā)展0%2%64%8%0%1%24%1%球墨鑄鐵管鋼管灰口鑄鐵管預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管塑料管石棉水泥管10%15%42%9%9%1%14%1993年30個(gè)城市管材比例2015年國(guó)內(nèi)主要城市管材比例2002年國(guó)內(nèi)主要城市管材比例數(shù)據(jù)來(lái)源：《城市供水統(tǒng)計(jì)年鑒》30%9%15%4%26%1%15%球墨鑄鐵管鋼管鑄鐵管預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管塑料管石棉水泥管其他管材紹興市歷年供水管網(wǎng)漏損量、產(chǎn)銷差率和漏損率0.005.0010.0015.0020.0025.000.00200.00400.00600.00800.001000.001200.00%萬(wàn)立方米2001

2002

2003

2004

2005

2006

2007

2008

2009

2010

2011

2012漏損量 產(chǎn)銷差率 漏水率國(guó)內(nèi)供水管網(wǎng)漏損情況28紹興水司管材使用：DN100及以上，主要采用球墨鑄鐵管；DN100以下，主要采用不銹鋼復(fù)合管。國(guó)內(nèi)供水管網(wǎng)漏損情況日本供水管材比例和供水效率日本供水管網(wǎng)漏損情況41.5%45.1% 47.5%39.3%52.2%54.9%56.3%56.6%20.0%10.0%0.0%60.0%50.0%40.0%1980 1985 1990 19952000 2005 2010 2015比

30.0%例年份日本球管、鋼管和硬PVC管使用比例球管鋼管硬PVC管77.4%83.8%89.0%91.7%92.9%92.6%73.8%79.9%85.7%88.6%90.2%90.0%22.6%16.2%11.0%100.0%90.0%80.0%70.0%60.0%50.0%40.0%30.0%20.0%10.0%0.0%8.3%7.1%7.4%197019801990200020102015日本供水效率有效供水率計(jì)量供水率未計(jì)量供水率30日本東京市供水管網(wǎng)：1980至2013年，球墨鑄鐵管使用率由50%提高到了96%；漏損率由15%下降到了2.3%。通過(guò)預(yù)防漏損率的各種措施，與2000財(cái)政年度相比，2013財(cái)政年度東京事業(yè)局節(jié)省使用電量45百萬(wàn)度/年，相當(dāng)于總電量的6%。管材的經(jīng)濟(jì)性日本東京市：1945年時(shí)的漏失率是80%，然而,在2005年,泄漏率降低到4.2%。日本供水管網(wǎng)漏損情況國(guó)際水協(xié)會(huì)（IWA）

定義的管網(wǎng)系統(tǒng)漏損指數(shù)管網(wǎng)系統(tǒng)漏損指數(shù)(InfrastructureLeakageIndex，

ILI)：ILI=

CARL/UARLCARL：管網(wǎng)實(shí)際年漏水量（Current

Annual

RealLosses)UARL：不可避免年漏水量（Unavoidable

Annual

Real

Losses）不可避免漏水量（UARL）：UARL=(18Lm+0.8Nc+25Lp)P

(l/d)Lm：管網(wǎng)管道長(zhǎng)度（km）；

Nc：用戶接管數(shù)（個(gè)）；Lp：用戶管道總長(zhǎng)度（km）；P

：管網(wǎng)平均壓力水頭（m）。管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)漏損水平(Economic

Level

ofLeakage，

ELL)：漏損控制經(jīng)費(fèi)投入與節(jié)省水量?jī)r(jià)值相等時(shí)的ILI值。一般，管網(wǎng)經(jīng)濟(jì)漏損率在10％左右。供水管網(wǎng)漏損管理孔徑漏水量mmL/minL/hourm3/daym3/monthm3/year0.50.3320.000.4814.40172.81.00.9758.001.3941.60499.21.51.82110.002.6479.009482.03.16190.004.56136.0016323.08.1549