本文研究了老舊城區(qū)供水管網(wǎng)改造的優(yōu)先等級(jí)，分析了影響管網(wǎng)健康狀態(tài)的因素，包括管材、管齡、管徑和供水壓力。基于這些因素，提出了一種供水管網(wǎng)安全評(píng)價(jià)方法，并以華南地區(qū)F市老舊城區(qū)供水管網(wǎng)為例進(jìn)行了驗(yàn)證。該方法將管段風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分為四個(gè)等級(jí)，為管網(wǎng)改造提供了可行性的指導(dǎo)，有助于降低改造費(fèi)用并提高供水效率。

 

 

 

一、老舊城區(qū)供水管網(wǎng)健康狀態(tài)的影響因素  

 

1.1 管材

     老舊城區(qū)供水管網(wǎng)使用的管材主要有球墨鑄鐵管、灰口鑄鐵管、UPVC 管等�；铱阼T鐵管材本身的物理、化學(xué)和機(jī)械性能缺陷是造成鑄鐵管爆、漏損事故發(fā)生率高的根本原因。采用連續(xù)澆鑄法鑄造而成的普通灰口鑄鐵管,管材質(zhì)地脆，不耐沖擊、不耐震動(dòng)、抗彎抗拉能力有待提高。盡管球墨鑄鐵管具有耐腐蝕、抗壓能力強(qiáng)和壽命長(zhǎng)的優(yōu)點(diǎn)，但長(zhǎng)期埋設(shè)在地下，受復(fù)雜的地質(zhì)條件、地表荷載、管道接口方式和土壤持久腐蝕的影響，仍無(wú)法避免爆管和漏損事故的發(fā)生。從事故發(fā)生的概率上看，灰口鑄鐵管發(fā)生事故的概率較大，它的大面積分布直接影響了城市供水管網(wǎng)的供水安全性。 

1.2 管齡 

      管齡是反映管道運(yùn)行狀態(tài)的重要參數(shù),管道運(yùn)行的第一階段為熱身階段。在此階段，管道破損概率迅速下降至一個(gè)較低的位置，此階段的管道破損一般是由于采用了錯(cuò)誤的管材或安裝方法而至。運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定后，管道進(jìn)入第二階段，除非發(fā)生管道承載過(guò)度或其他外力影響，管道一般保持良好的供水狀態(tài)。第三階段是老化階段，該階段管道發(fā)生破損的概率迅速升高。

1.3 管徑 

      小口徑管道壁厚較薄, 如 DN300 的球墨鑄鐵管壁厚7.2mm,而 DN1200 球墨鑄鐵管壁厚 15.3mm。可見(jiàn),大管徑的管壁通常要比小管徑厚得多。小管徑供水管道在土壤中易發(fā)生腐蝕而使管壁變得更薄,在荷載的作用下形成局部薄弱環(huán)節(jié),成為管網(wǎng)爆漏事故的高發(fā)點(diǎn)。通常來(lái)說(shuō)，管徑越小，管道破損的概率越大，大管徑管道則不易發(fā)生問(wèn)題。但是從風(fēng)險(xiǎn)管理的角度看，一旦大管徑管道發(fā)生漏損等問(wèn)題，會(huì)給供水安全帶來(lái)更多的安全隱患，造成更嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。 

1.4 供水壓力 

      供水壓力對(duì)管網(wǎng)健康的影響主要體現(xiàn)在水壓過(guò)大或水壓波動(dòng)上。眾所周知，管網(wǎng)的流量與壓力成反比，用水高峰期時(shí)，水量增大水壓減��；用水低峰時(shí)則相反，如果管網(wǎng)壓力不能保持相對(duì)穩(wěn)定，高、低峰水壓波動(dòng)會(huì)引起管網(wǎng)爆損事故發(fā)生,尤其是相對(duì)老化的管網(wǎng)發(fā)生事故頻率更高。

     

 

 

二、供水管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)方法  

 

      針對(duì)老舊城區(qū)供水管網(wǎng)安全狀態(tài)的影響因素，將其作為評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)管道的安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，從而對(duì)供水管網(wǎng)改造的優(yōu)先等級(jí)提出合理化的建議，縮短前期改造調(diào)研時(shí)間，提高經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)外對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重已經(jīng)做了一定的研究工作，求取方法大致分為兩類，一類是統(tǒng)計(jì)法，如層次分析法，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法 ；另一類是專家法，AWWA每年都會(huì)對(duì)全國(guó)的供水管道情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，利用專家的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)來(lái)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重。表 1~表 3 引用為前人管道評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重的研究成果。

 

表 1 ANN 模型求取的管道指標(biāo)權(quán)重    

表 2 AHP 模型求取的管道指標(biāo)權(quán)重    

表 3 YAN 使用的管道指標(biāo)權(quán)重

     從上述研究成果來(lái)看，管徑、管材、管齡這 3個(gè)指標(biāo)在任何評(píng)價(jià)體系中都占有相當(dāng)大的比重。本文采用綜合前人研究成果與專家意見(jiàn)的形式，針對(duì)該市的供水管網(wǎng)實(shí)際情況確定指標(biāo)權(quán)重，因?yàn)橥�一地區(qū)的供水管段所處的土壤類型、鋪設(shè)環(huán)境的差異較小，重點(diǎn)研究管材、管徑、管齡、壓力 4 個(gè)指標(biāo)。

     

 

 

三、案例分析  

 

 

3.1 F市供水管網(wǎng)現(xiàn)狀 

     華南地區(qū)F市的幅員面積為5139k㎡，其中市區(qū)幅員面積為424.27k㎡。該市供水管網(wǎng)始建于上世紀(jì)50年度初年，1990年以前供水管線主要為灰口鑄鐵管，1990 年以后主要為球墨鑄鐵管, 現(xiàn)有2座水廠，供水管線總長(zhǎng)約為 165.139km，有4個(gè)供水區(qū)域，供水面積為 92.3k㎡，服務(wù)人口為 48 萬(wàn)人。F市供水管網(wǎng)基本信息如表 4 和表 5 所示。

 

表 4 F市供水管網(wǎng)管徑統(tǒng)計(jì)表    

      表 5 A 市供水管網(wǎng)鋪設(shè)年代統(tǒng)計(jì)表

3.2 管網(wǎng)存在的主要問(wèn)題 

      0~8 年為管道運(yùn)行的第一階段——熱身階段。在此階段，管道破損概率迅速下降至一個(gè)較低的位置。8~15 年管道運(yùn)行狀態(tài)穩(wěn)定后，進(jìn)入第二階段管道一般保持良好的供水狀態(tài)。15年以后為第三階段——老化階段，該階段管道發(fā)生破損的概率迅速升高。 

3.3 對(duì)F市供水管網(wǎng)進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估 

      管材的種類有 3 種，根據(jù)耐腐蝕等相關(guān)性能的比較對(duì)不同管材進(jìn)行分級(jí)（見(jiàn)表 6）。

表 6 根據(jù)耐腐蝕等相關(guān)性能對(duì)管材進(jìn)行分級(jí)

      由于城市管網(wǎng)錯(cuò)綜復(fù)雜應(yīng)用的管徑也總類繁多，根據(jù)管徑的大小與事故維修發(fā)生概率對(duì)管徑進(jìn)行分級(jí)（見(jiàn)表 7）。 

表 7 根據(jù)管徑的大小與事故維修概率對(duì)管徑進(jìn)行分級(jí)

      管道會(huì)隨著時(shí)間的增加逐漸老化，相對(duì)老化的管道會(huì)比新管道發(fā)生事故的概率高很多，因此,對(duì)管道的管齡進(jìn)行分級(jí)（見(jiàn)表 8）。

表 8 根據(jù)管齡對(duì)管道進(jìn)行分級(jí)

      根據(jù)對(duì)壓力值的分析，隨著壓力值的增加，管網(wǎng)的漏失和爆管概率會(huì)增加，F(xiàn)市城市較小，且供水方式主要為重力流，壓力波動(dòng)比較小，所以對(duì)管道壓力值進(jìn)行分級(jí)（見(jiàn)表 9）。

表 9 根據(jù)管道壓力值對(duì)管道進(jìn)行分級(jí)

 

      將評(píng)價(jià)結(jié)果分為 4 個(gè)等級(jí)，如表 10 所示。

表 10 評(píng)價(jià)結(jié)果分級(jí)

     

      該研究方法為老舊城區(qū)供水管網(wǎng)改造優(yōu)先等級(jí)提供了科學(xué)的評(píng)價(jià)手段，并具有一定的普適性，可以應(yīng)用于其他類型的老舊城區(qū)供水管網(wǎng)改造。但同時(shí)也需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整，以適應(yīng)不同地區(qū)的特點(diǎn)。

適用性分析：

指標(biāo)體系：研究方法中提出的指標(biāo)體系（管材、管徑、管齡、壓力）具有較強(qiáng)的通用性，可以反映老舊城區(qū)供水管網(wǎng)的主要影響因素。

評(píng)價(jià)方法：研究方法中采用的綜合評(píng)價(jià)方法，可以有效地評(píng)估管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，并確定改造優(yōu)先等級(jí)。

調(diào)整建議：

①指標(biāo)體系調(diào)整：

• 考慮地區(qū)差異：不同地區(qū)的土壤類型、氣候條件、用水需求等存在差異，需要根據(jù)實(shí)際情況增加或調(diào)整指標(biāo)，例如：地質(zhì)條件、氣候條件、用水量、水質(zhì)要求等。
• 考慮管網(wǎng)特點(diǎn)：不同類型的管網(wǎng)可能存在不同的風(fēng)險(xiǎn)因素，例如：重力流管網(wǎng)和壓力流管網(wǎng)的風(fēng)險(xiǎn)因素存在差異，需要根據(jù)管網(wǎng)特點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整。

②權(quán)重調(diào)整：

• 考慮地區(qū)重要性：不同地區(qū)的供水安全重要性不同，例如：重要城市、重要工業(yè)區(qū)的供水安全要求更高，需要根據(jù)地區(qū)重要性調(diào)整指標(biāo)權(quán)重。
• 考慮經(jīng)濟(jì)因素：不同地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不同，需要根據(jù)經(jīng)濟(jì)因素調(diào)整指標(biāo)權(quán)重，例如：經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的改造資金更加充足，可以優(yōu)先考慮安全性和可持續(xù)性指標(biāo)。

③數(shù)據(jù)收集：

• 完善管網(wǎng)數(shù)據(jù)：需要收集更加詳細(xì)的管網(wǎng)數(shù)據(jù)，例如：管道材質(zhì)、管徑、管齡、壓力、埋深、地質(zhì)條件、周邊環(huán)境等，以保證評(píng)價(jià)結(jié)果的準(zhǔn)確性。
• 收集專家意見(jiàn)：邀請(qǐng)更多相關(guān)領(lǐng)域的專家參與評(píng)價(jià)，以保證專家意見(jiàn)的全面性和可靠性。

 

 

 

四、結(jié)語(yǔ)  

 

     

      以華南地區(qū)F市老舊城區(qū)供水管網(wǎng)中的管段風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)價(jià)為例，提出了一種科學(xué)合理的評(píng)價(jià)手段，通過(guò)對(duì)供水管段的重要指標(biāo)進(jìn)行賦值評(píng)價(jià)，略去影響較低的因素，綜合各個(gè)指標(biāo)的評(píng)價(jià)結(jié)果，對(duì)管段的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)進(jìn)行直觀的判斷，為相關(guān)部門(mén)采用合理的順序和方案來(lái)進(jìn)行供水管段的改造優(yōu)先等級(jí)提供了依據(jù)，為保障供水安全提供了理論支持。