第2章给水管网漏损现状分析及管理体系分析.docx
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第2章给水管网漏损现状分析及管理体系分析
第2章给水管网漏损现状分析及管理体系分析
杨龙
北京工业大学建筑工程学院
2.1国内外漏损现状分析
2.1.1我国漏损现状分析
根据《中国城市建设统计年鉴》，可以分析得到中国2003-2010年的供水情况以及漏损情况。
统计是基于“按省分列的城市供水（公共供水）”进行。
表2-1至2-4计算过程所用到的公式如下：
（1）有效供水量=售水量+免费供水量
（2）管网漏水量=供水总量-有效供水量=供水总量-售水量-免费供水量
（3）漏损率=（漏水量/供水总量）×100%
（4）产销差率=（供水总量-售水量）/供水总量×100%
（5）城市自来水管网漏损率应按下列公式计算：
Ra＝（Qa-Qae）/Qa×100%
（1）
式中 Ra——管网年漏损率（%）；
Qa——年供水量（km3）
Qae——年有效供水量（km3）
（6）单位管长漏水量按下列公式计算：
Qh＝（Qa-Qae）/（Lt×8.76）
（2）
式中 Qh——单位管长漏水量［m3/（km·h）］；
Lt——管网管道总长（km）。
（7）单位供水量的管长应按下列公式计算：
Lq＝Lt/（Qa÷365） （3）
式中L——单位供水量管长（km/km3/d）
随着经济的发展，我国用水普及率逐渐提高，供水管道长度、供水总量、售水量均逐渐增加。
根据《中国城市建设统计年鉴》，2003-2010年我国的供水情况统计表如表2-1所示：
表2-12003-2010年中国供水情况统计表
年份
供水总量
（103m3）
售水量
（103m3）
免费供水量
（103m3）
供水管道长度
（km）
用水人口
（万人）
2003
32378280
27005790
880940
277110.00
25653.60
2004
34227180
27805320
771960
299926.34
26616.00
2005
35860960
28540290
800340
324306.90
28828.51
2006
38395210
31812990
1288510
371318.00
29285.59
2007
38719790
31943920
1184630
399388.00
31766.04
2008
39252080
32018320
1274980
429450.00
32099.59
2009
39631060
32321690
1275560
463288.00
33306.07
2010
40953520
33406280
1271720
491779.00
35306.05
基于表2-1，可以得到2003-2010年我国售水量和免费供水量占供水总量的百分比如表2-2所示，由表2-2可得，年售水量站供水总量的百分比变化范围为79.59%—83.41%，年免费用水量占供水总量的百分比的变化范围为：
2.23%—3.36%。
表2-22003-2010年售水量和免费供水量占供水总量的百分比
年份
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
平均值
售水量占供水总量的百分比（%）
83.41
81.24
79.59
82.86
82.50
81.57
81.56
81.57
81.82
免费供水量占供水总量的百分比（%）
2.72
2.26
2.23
3.36
3.06
3.25
3.22
3.11
2.90
基于表2-1，可以得到2003-2010年我国单位人口年售水量变化范围为97.04%—108.63%，如表2-3所示，其中2006年—2010年我国单位人口售水量逐渐减少。
表2-3单位人口年售水量
年份
2003
2004
2005
2006
2007
2008
2009
2010
单位人口年售水量（m³/人/年）
105.27
104.47
99.00
108.63
100.56
99.75
97.04
94.62
基于表2-1，可以得到2003-2010年我国给水管网漏损情况表，通过上述列出的公式计算得到漏损量、漏损率、单位管长漏水量、单位供水量管长以及产销差率的情况。
如下表2-4所示。
表2-42003-2010年中国给水管网漏损情况表
年份
漏损量（103m3）
漏损率（%）
单位管长漏水量（m3/（km•h））
单位供水量管长（km/km3/d）
产销差率（%）
2003
4491550
13.87
1.85
0.0000234
16.59
2004
5649900
16.51
2.15
0.0000240
18.76
2005
6520330
18.18
2.30
0.0000248
20.41
2006
5293710
13.79
1.63
0.0000265
17.14
2007
5591240
14.44
1.60
0.0000283
17.50
2008
5958780
15.18
1.58
0.0000300
18.43
2009
6033810
15.22
1.49
0.0000320
18.44
2010
6275520
15.32
1.46
0.0000329
18.43
基于表2-1和表2-4，绘制2003-2010年我国年供水总量、售水量、免费供水量、漏损量变化趋势图，如图2-1所示。
图2-12003-2010年中国年供水总量、售水量、免费供水量、漏损量变化图
基于表2-1，可以得到2003-2010年我国给水管道长度变化趋势，如图2-2所示。
图2-22003-2010年中国年供水管道长度变化图
基于表2-4，可以得到2003-2010年我国各年平均漏损率变化图，如图2-3所示。
从图2-3可以得到，2003-2005年漏损逐渐增加，2005-2006年漏损率突然降低，然后2006-2010年我国漏损率又呈现逐年增加的趋势。
2003-2010年我国各年产销差率变化图如图2-4，变化趋势与年平均漏损率变化趋势相似。
图2-32003-2010年中国各年平均漏损率变化图
图2-42003-2010年中国各年产销差率变化图
基于表2-4，可以得到2003-2010年我国各年单位管长漏水量变化图，如图2-5所示。
从图2-5可以得到，2003-2005年单位管长漏水量逐渐增加，2005-2006年年单位管长漏水量突然降低，然后2006-2010年我国年单位管长漏水量呈现平缓下降的趋势。
图2-52003-2010年中国各年单位管长漏水量变化图
基于表2-4，可以得到2003-2010年我国各年单位供水量管长变化图，如图2-6所示。
从图2-6可以得到，2003-2010年我国各年单位供水量管长逐年增加。
图2-62003-2010年中国各年单位供水量管长变化图
根据《中国城市建设统计年鉴》，2010年我国31个省市的年平均漏损率如图2-7所示，由图2-7可得，2010年平均漏损率排名前3的省份是辽宁、吉林、黑龙江，其年平均漏损率均超过25%。
图2-8为2010年我国31个省市的供水量和漏水量变化情况，由图2-8可得，供水量和漏水量最大的省份为广东省。
图2-72010年我国31个省市年平均漏损率图
图2-82010年我国31个省市供水总量和漏损量的变化情况图
基于《中国城市建设统计年鉴》，2006-2010年我国31个省市的年平均漏损率如表2-5所示，2006-2010年我国31个省市中年平均漏损率大于基本漏损率12%的省市个数统计如表2-6。
表2-52006-2010年中国31个省市的年平均漏损率
序号
城市名称
漏损率（%）
2006
2007
2008
2009
2010
1
北京
15.23
14.87
16.21
15.80
17.07
2
天津
17.23
12.21
15.19
15.50
15.06
3
河北
15.69
15.82
15.13
16.30
16.39
4
山西
11.89
8.96
11.35
10.30
11.06
5
内蒙古
14.97
17.59
18.12
13.20
14.01
6
辽宁
25.93
30.66
32.71
31.00
31.97
7
吉林
26.15
31.32
29.88
30.80
29.13
8
黑龙江
16.48
18.32
21.67
20.30
25.45
9
上海
10.41
10.42
10.25
10.20
10.20
10
江苏
12.14
14.10
11.70
12.70
12.85
11
浙江
12.77
13.37
13.84
12.90
12.52
12
安徽
20.64
17.38
19.91
21.50
19.44
13
福建
9.70
8.68
10.56
11.10
11.43
14
江西
16.53
22.00
19.68
18.90
19.35
15
山东
12.17
9.52
10.71
11.50
11.53
16
河南
16.74
18.82
20.07
18.90
17.33
17
湖北
16.52
15.07
15.47
15.80
15.81
18
湖南
14.11
14.71
17.77
17.50
17.72
19
广东
12.22
12.55
14.09
14.90
14.12
20
广西
12.51
12.65
14.42
13.90
14.57
21
海南
15.46
12.96
13.97
14.00
13.72
22
重庆
5.73
8.09
8.88
10.30
14.93
23
四川
12.08
12.45
13.26
12.50
13.33
24
贵州
17.13
18.24
14.78
12.50
13.78
25
云南
3.92
18.30
14.34
12.20
13.44
26
西藏
1.38
9.68
9.17
9.40
10.14
27
陕西
10.26
12.43
12.59
13.20
12.68
28
甘肃
4.69
7.22
8.22
10.50
11.83
29
青海
16.46
16.37
21.62
20.10
18.99
30
宁夏
9.91
5.68
11.91
8.00
8.21
31
新疆
11.55
12.53
9.92
12.00
11.65
表2-6平均漏损率≥12%的省市个数
年份
2006
2007
2008
2009
2010
平均漏损率≥12%的省市（个）
23
23
21
23
23
2.1.2国外部分城市漏损现状
与发展中国家相比，一些发达国家的漏损率较低。
根据安徽省城镇供水协会主办的“2011城镇供水管网DMA实施管理与信息集成论坛”的资料汇编，高金良在“基于建模的管网漏失控制”一文中提到2007年国外各地区城市漏损率的情况如下表2-7所示。
表2-7国外各地区城市漏损率
2007年国外各地区城市漏损率统计表
国家
英国
葡萄牙
立陶宛
瑞典
捷克
芬兰
新西兰
漏损率（%）
18.69
15.3
15.1
14.6
14
12
10.6
国家
意大利
西班牙
法国
荷兰
德国
瑞士
平均值
漏损率（%）
10.5
9.6
9.5
6.3
4.9
4.9
13.27
2.2我国给水管网漏损管理体系分析
供水行业是关系国计民生的行业。
漏损问题不仅是经济性问题，也是环境、安全以及可持续发展问题。
国内外一直很重视给水管网的漏损问题。
2.2.1我国漏损管理的现状分析
《中华人民共和国水法》规定“供水企业和自建供水设施的单位应当加强供水设施的维护管理，减少水的漏失”。
给水管网漏损管理是城市供水系统健康持续发展的重要环节。
发达国家在漏损控制和管理方面拥有丰富的经验。
例如，日本作为国际上管网漏损控制最优秀的城市之一，漏损率从1955年的20%控制到2007年的3.3%。
日本漏损控制经验主要从管理体制、管理手段、技术研发、人才培养等方面为全球漏损管理提供经验[1]。
英国是最早实施区块化供水管网管理的国家。
法国给水管网的总体漏损率约为9.5%,法国有着成熟的漏损管理体制[2]。
与发达国家相比，我国给水管网漏损管理相对薄弱，且漏损控制管理工作起步较晚。
随着我国对节水工作的推进，漏损控制工作也逐步被加强。
近年来我国一些城市采取了一系列先进积极的漏损控制措施，例如，规范管理体系、建立管网地理信息系统、强化管网巡查、加强抄表力度、普及卡式水表、增加资金投入、运用先进的技术、实施精细化管理等措施，使得个别城市的供水管网漏损率控制在10%左右[3][4]。
管网漏损不仅浪费了宝贵的水资源，也降低了供水企业的服务水平。
漏损有效管理有4个基本活动：
定量年总漏损水量；漏损监测和调查连续性实验；确定经济漏损水平；定位和修复漏损。
传统的“恶性漏损管理模式”是指漏损探测周期较长，且漏点修复速度慢的低效的被动的漏损管理模式。
而“良性漏损管理模式”是指采取积极主动的漏损管理方式，应用先进的漏损探测技术，缩短漏损探测周期以及缩短漏点修复时间的漏损管理模式。
因此，转变“恶性漏损管理模式”为“良性漏损管理模式”是漏损管理发展的方向。
我国给水管网漏损管理存在的问题主要有：
管网系统相对脆弱、管理技术较低、财务方面制约、监管体系的不完善。
管网系统相对脆弱主要表现在管材、城市建设发展、管网设计等方面导致的脆弱。
通过对某小区的明漏情况进行调查，由于供水管网为70年代左右敷设的，此小区2011年的明漏数量为7个，主要表现为管线的断裂有4起，还有3起为节门坏。
管理技术较低主要体现为：
管理人员未按照计划进行相应的管道及管件的保养、维护及更换，采用的检漏技术和设备相对落后等。
给水管网漏损管理存在的问题与给水管网漏损的原因直接相关，给水系统漏损包括表观漏损和物理漏损。
给水系统表观漏损通常是由于计量误差等人为因素所产生。
给水系统物理漏损发生在以下部分：
管道漏损、管道接口漏损、附属管件（阀门及计量仪表等）漏损、储水设施渗漏及溢流等。
目前我国大部分漏损发生在七八十年代敷设的管道上。
给水管道漏水的原因主要有以下方面[5-12]：
（1）给水管材自身原因
不同管材其承受压力能力不同，适用管径范围也不同。
我国早期的供水管道主要以灰口铸铁管为主，但灰口铸铁管属于脆性管材，不适合于高内压、重荷载、强震动的环境，同时灰口铸铁管的接口质量差，容易造成接口漏水。
随后出现了球墨铸铁管，球墨铸铁管的抗拉性、延伸性、弯曲性、耐冲击性、耐腐蚀性均较好，并且强度高、具有韧性的特质。
目前管径小于300mm的给水管道推广使用球墨铸铁、UPVC、PE等管材。
若管材选用不合理，如选用的管材质量差，就会存在漏水的潜在风险。
管道管壁薄厚不均或强度不足，甚至存在砂眼，就会极易在相应薄弱点发生漏损。
管道漏水也与管道铺设年限有关，管道使用年限越久，发生漏水的可能性越大。
（2）给水管道设计方面原因
随着城市的不断发展，自来水普及率迅速提高，2000年我国用水普及率为63.9%，2009年用水普及率增加到96.12%（《中国城市建设统计年鉴》），从而导致给水系统布局和规划有欠科学，管线铺设冗余，给水系统管理变得复杂。
早期给水管道设计的承受压力和管径有可能与今天的人口、环境不匹配。
旧管道的抗压能力较低，从而在很大程度上构成了漏水危机。
（3）给水管道施工方面原因
引起管道漏水的施工质量方面的原因有：
管道基础处理不合格；管道接口质量差，如法兰连接不合格，焊接或粘结质量不过关等；水管借转过多；管道覆土未夯实；管道支墩后座土壤松动；管道埋深不够；管道防腐措施未做好；施工不慎造成管道损坏。
一些施工单位不严格按照《给水排水管道工程施工及验收规范》（GB50268—97）施工,与其他管道交叉,净距太近,沉降时容易损坏给水管道。
甚至有些野蛮施工会引发管道漏水问题。
（4）给水管道外界环境方面原因
a）地势沉降造成管道接口松裂；
b）管道外部土壤的腐蚀造成管道漏水；
c）由于城市化建设，使得管道外部荷载增大，覆土厚度的变化等，从而造成管道漏水；
d）低温和冰冻影响[13]；
温度影响管道地基稳定性，同时管道随温度的变化会在管壁上产生轴向应力，若管道长期受到应力的反复作用，管道的薄弱部位就会被拉裂，从而引起管道漏水。
其计算公式为：
式中：
为管材的线膨胀系数；E为关台的弹性模量；为温度变化的差值，升温时取正值，降温时取负值。
通过漏损数据发现冬季漏损率高，原因是低温时水管收缩使管道增加新的应力，尤其在接头刚性较强的地方。
所以，管道所受的应力随时间的变化而呈周期性的变化，并且管道所受的温变应力是交变应力，这样即使管道所受的温变应力小于其许用应力，经历长时间的运行后，疲劳破坏也会产生断裂破坏。
而且，对于铸铁管而言，其抗拉能力较抗压能力大5-6倍，所以其受拉破坏要比受压破坏的可能性大得多，这就是管道破裂在冬季发生频率高的原因。
另外，当管段由不同管径的管道组成时，其温变应力是不同的，其中较小管径管道承受较大的温差应力，因此管径较小的灰口铸铁管更容易在冬季发生破裂漏水。
e）其他建设施工的影响；
城市化建设越来越快,道路、房屋及地铁等的新建与改建也对给水管网构成很大的威胁。
有些建筑工程施工时由于基槽开挖较深，并且离给水管道较近，使管道两侧承受压力不均，从而极易在管道薄弱处产生漏水现象。
（5）管道附属设施方面原因
管网的附属设施跑冒漏滴是管网水量损失的一个重要部分，如闸井内水的漏失不易发现，水漏失的持续时间长。
由于水表、阀门的质量问题，发生漏水的表井、闸井数量多，因此在管道附属设施内漏失的水量也是很大的。
另外还有消防栓漏水等。
（6）管网运行管理方面原因
管理人员未按照计划进行相应的管道及管件的保养、维护及更换，采用的检漏技术相对落后等。
管道和阀门锈蚀、磨损、长期不维修、管理不当等引起漏水。
管网运行过程给水管内水压和水质因素也会影响管道漏水[14]，由于机泵突然停止，闸门关闭过快等原因，或者闸门开关频繁,使水流突然变化，可能引起压力突变的现象，水锤可引起很高的压力，水锤作用连续发生,致使管道损坏，引发管道漏水或爆裂。
管内水滞留时间长，管道及附属设施被腐蚀，如管道被腐蚀穿孔，从而造成管道漏水,如图2-9所示。
图2-9管道腐蚀漏水情况
针对管网漏损管理问题，通过对某市的某两个小区的闸门、水表及消火栓漏水情况进行了相应的统计，并分析漏损管理所存在的问题。
通过调查发现主要问题为：
①井盖标识混乱，有的闸门井井盖标识为“污”、“雨”、“水”、“煤”、“下水”、“上水”、“消”，有的井盖无标示；②井盖材质不统一，调查表明井盖材质有铸铁、有机、水泥；③闸门漏水问题严重。
有的漏水较小，有的闸门被淹没，有的井中漏失的水清澈见底，这样白白浪费掉水资源。
这不仅造成管理不便，也产生一定的安全隐患。
①井盖标识混乱：
对北京市LS区调查了43个给水闸门井、消火栓井以及水表井。
其中有1个闸门井的闸门被埋掉，有3个为消火栓井，主要针对剩余的39个闸门井进行分析。
以“井盖标识混乱”进行统计，统计结果如下图。
图2-10井盖标识图
对北京市YL小区共调查了35个给水闸门井、消火栓井以及水表井。
其中有2个为水表井盖，4个为消火栓井盖，有的消火栓井盖为方形井盖，这种井盖主要问题是开启不方便。
剩余的29个为闸门井，以“井盖标识混乱”进行统计，统计结果如下图。
图2-11井盖标识图
②井盖材质不统一
LS小区共调查了42个闸门井、消火栓井以及水表井。
各种材质的井盖所占的比例如下图。
图2-12各种材质的井盖所占的比例图
YL小区共调查了35个闸门井、消火栓井以及水表井。
各种材质的井盖所占的比例如下图。
图2-13各种材质的井盖所占的比例图
③闸门漏水问题
LS小区共调查了42个闸门井、消火栓井以及水表井。
其中16个闸门井漏水，有的漏水较小，有的闸门被淹没，有的井中漏失的水清澈见底，这样白白浪费掉水资源。
其闸门漏水情况统计结果如下图。
图2-14闸门漏水图片
图2-15LS小区闸门漏水情况统计结果图
YL小区共调查了35个给水闸门井、消火栓井以及水表井。
其中3个闸门井漏水。
其闸门漏水情况统计结果如下图。
图2-16YL小区闸门漏水情况统计结果图
2.2.2漏损管理体系的构建
漏损管理体系主要涉及漏损预防管理体系、漏损检测体系、漏损控制体系、漏损管理的保障体系、漏损管理的效益评价体系。
其中漏损预防管理体系是前提，漏损检测体系是重点，漏损控制体系是核心，漏损管理的保障体系是支持，漏损管理的效益评价体系是补充。
漏损管理体系分析不仅涉及到技术的支撑、政策规划的制定、资金的投入、效益的综合评价，各环节紧密联系，不可缺一，各个体系的和谐衔接才能保障漏损管理的高效运行。
漏损管理体系应具有预防性、系统性、有效性、动态性、可持续性的特征。
2.2.2.1漏损预防管理体系分析
东京供水管网漏损预防管理体系包括及时应对措施、预防措施以及漏损控制技术的研发等三个主要方面，如图[1]。
针对我国管网实际情况，提出了我国给水管网漏损预防管理体系，如图所示。
我国给水管网漏损预防管理体系可以从管网设计、管网施工、日常维护管理等方面综合考虑。
图2-17东京的漏损预防措施体系
压力预警系统研发
图2-18给水管网漏损预防管理体系
2.2.2.2漏损检测体系
通常给水管网漏损探测方法可以分为声波探测法和非声波探测法。
管道的漏水在一定的压力作用下与管壁、漏水点周围的介质发生摩擦、冲击等产生漏水噪声。
这种声波同时在三种介质中传播。
非声波探测法可以通过三种方式探测，如下表所示。
声波探测法在漏水探测中占有主要地位，非声波检测法可以解决一些声波检测法不能解决的问题，如声波小问题，声波受外界干扰大问题，非金属管材漏水探测等一系列问题。
表2-8漏水探测方法
漏水探测方法
声波探测法
以漏水管道传播的方法
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