城镇供水管网系统存在问题及升级改造探究 3页

'工程管理鱼堕地翊Q口§堕盟[鱼!|业城镇供水管网系统存在问题及升级改造探究闰新秀广东省冶金建筑设计研究院广东广州510000摘要城镇供水管网系统现况存在着管道老化、水质污染和漏损、爆管、水压不足等问题，是城镇供水企业面临的严峻难题。本文在分析当前存在问题的基础上，从提高城镇供水系统效益的角度，提出完善供水管网系统管理、优化设计供水管网系统和相关管网改造技术，以期为相关企业进行供水管网改造提供帮助。关键词城镇供水管网；管网优化设计；管网改造技术我国大部分城市的供水管网始于20世纪六七十年代，近年来，随着城市规模不断地扩大，水量需求与水质要求也不断提高，因此早期敷设的管网在管材质量上和管径规格上都越来越难以满足需求，必须进行优化设计。为此，本文先总结归纳了现有供水管网存在的问题，再从管理、设计和施工技术角度上对供水管网进行升级改造技术总结。1城镇供水管网现况目前，我国城镇供水管网普遍存在管材老化、水质污染、管网漏损率高、爆管频发、水压偏低等问题，摸清现状存在的问题，才能对症下药，解决问题。1．1管材老化引起水质污染和漏耗六七十年代敷设的给水管道，管材主要有：铸铁管、镀锌管、预应力混凝土管，这些管材现如今不仅已达到使用年限，而且还存在诸多问题。铸铁管采用的刚性接口在外力作用下易开裂，铸铁材质较脆且易受腐而穿孔漏水；镀锌管耐腐蚀性差，埋地镀锌管道使用几年后便会产生大量锈垢，进而出现堵塞、频繁泄露、水压过低的现象，严重者流出黄水，其中夹带的细菌和重金属盐铅、锌等元素会严重危害人体健康；预应力混凝土管因质量问题出现的小裂缝会引起渗漏或地下水人渗，造成暗渗损失和水质污染。其次，随着使用年限的加长，某些管道内壁没有防腐层或者防腐层脱落，管材与水中的氧发生氧化反应而出现暗漏、水质污染。据我国饮用水卫生专家对近年来的饮用水二次污染进行分析后发现，水厂出水经供水管网和二次供水设备后水质合格率下降了近20％⋯。调查发现，占全国总供水量42．44％的36个城市的供水管网水浑浊度比水厂出水增加0．38NTu，色度增加0．45cu，铁浓度增加0．04mg／L，锰浓度增加0．02m∥L，细菌总数增加18cFU／L，大肠杆菌增加o．4个／L口1。由此可见，因供水管网管材老化、腐蚀等导致66建筑与装饰2016年11期水质二次污染的问题不容小觑。此外，根据2013年《城市供水统计年鉴》，2012年中国供水总量为386．5亿m3，售水总量299．6亿m3，产销差水量86．9亿m3，平均产销差率为22．5％，说明我国当前供水管网漏损量较大，在降低供水管网漏损率上有很大的提升空间。1．2多因素引起爆管市政供水管网爆管事故频频发生，国内网络新闻报道的市政给水爆管事故2011年共发生202起p】，20l2年整理出349起‘41，2013年共统计190起‘51，2014年为165起【6】，给居民生活造成很大不便。统计指出，供水管网爆管管段多为管径为DN300～DN600、DN800、DNl400管段，推测原因一是大口径管道承受内、外压力过大，引起管道承口爆裂；二是由于不均匀沉陷导致上、下方向位移，管道在上部爆裂o”。管道管龄也是影响爆管的因素之一，管龄在20—30年的管道爆管概率最大。据数据分析，给水管道爆管多发生在季节变换月份比如冬季(1月)和夏季(7月)。这是因为冬季天气寒冷，用水量少，管道压力大，管道具有热胀冷缩特点，低温环境中冻土层上下错位时，管道发生冻裂，加上管道自身收缩，尤其当管线接口为刚性时，接口处易被拉开而造成漏水，进而造成管道爆裂；而夏季高温，管道受热膨胀，用水量增加，管道因水流速度较快而引起爆管瞪。8】。此外，管道外壁腐蚀严重使管道承压能力下降，在高压下也会出现爆管现象。1．3管径偏小，管网超负荷运行旧城区给水管道管龄基本上达30年，在当时能满足各行各业的用水需求，如今经济发展迅猛，生产力大大提高，原有管径已不能满足需要。我国城镇建设步伐不一致，后期建设的管段为适应城市长远发展需求，管径设计稍大，然而上级已建管段管径偏小，造成供水管网出现“卡脖子”的现象，究根结底是由于城镇供水管网设计缺 乏统一的规划。“卡脖子”现象主要危害在于一些区域水压偏高，而某些地区尤其是高地处水压又过低。为避免水压偏高引发爆管，常设置一些减压装置；而为解决水压过低，则采用增设加压泵站或者加大泵站规模来满足供水需求，这样造成了投资和运行成本的增加。2城镇供水管网改造技术2015年4月，国务院颁布的《水污染防治行动计划》(“水十条”)要求到2017年，全国公共供水管网基本漏算率达到二级标准，即12％；到2020年达到一级标准，即10％。“水十条”还强调通过对使用50年以上供水管道更新改造来控制管网漏损率。城镇供水管网的改造问题是基于现状管网所进行的管网优化。故必须在对现有管网的结构和存在问题有清晰了解的前提下，通过管网优化设计和管网水力模拟来解决管网改造问题，促进城镇供水管网的改造。2．1完善城镇供水管网信息管理系统近年来，我国各大城市相继建立起供水集成数据采集与监控系统(SupeⅣisoDrCon仃oIAndDataAcquisition，简称scADA)，该系统包含了具有漏损工况信息的管网数据，通过分析这些数据有利于确定管网漏损点。上海市某石化集团供水管网系统建立了基于GIS系统和scADA系统的供水信息管理与调度监控系统，该系统具有现场实时监控数据可视化能力的优点，大大提高了供水管理的工作效率和科学化管理水平【9]。根据管网系统中各个节点的压力变化来判断管网中是否有爆漏，且爆漏点对不同节点处的水压影响程度不同，故scADA系统通过在线监测压力监测点的水压变化与否即可定位供水管网的漏损点。合理布置检测点对管网实时监控效果至关重要，既要确保监测点覆盖整片区域管网，又要避免过多布设造成资源浪费。监测点包括流量监测点、压力监测点和水质监测点。监测的优化可以采取聚类分析法、灵敏度分析法、回归分析法等来实现供水管网各监测点的优化布置。2．2管网系统优化设计我国城镇供水管网布局存在较多的不合理之处，必须进行优化设计。而开展优化设计之前，首先需要进行供水管道检测评估，再在管网水力模型基础上制定改造方案，优化管网布局和管径”01。区块化布局改造是我国供水管网改造行之有效的方式，即将现有的管网系统分为若干个区域，分区供水、均衡水压、计量水量、统计数据和管理。该方式不仅方便区域管理管网水质，提高居民用水水质，而且节能减排，如降低电耗和漏损。预测城镇居民用水量、计算管道内部阻力、绘制管网等水压线等是管网系统优化设计基础性工作。新增供水干管、调整管道管径、更换老化和漏损管道以及加压泵的扩建或增设等是管网优化设计的主要内容。从实事求是出发，综合考虑管材、管龄、防腐措施、敷设位置、维修记录、管网水质、管网水压等因素，运用工况模拟，制定最优的升级改造方案。2．3管网改造技术我国城镇供水管网设施改造与建议任务重、困难多，必须结合当前实际情况，以布局优化、安全节能、保障水质、节约资源和充分利用有限的地下空间资源为指导思想，提倡使用新材料、新工艺和新设备进行供水管道非开挖施工和管道修复再利用【1⋯。针对管材老化问题，改造中选择管材要考虑：管材能承受的内压和外荷载、性能可靠、寿命长、不污染水质、水力条件好、不易腐蚀、施工方便、造价相对较低等要素。大口径供水管道，可采用球墨铸铁管或钢管、中小口径供水管道，可选用球墨铸铁管、PE管、Pvc管、PPR管等管材的供水管。更换管道时可采用拆敷法，即利用原有管道的管位，以新敷管道替换的方式进行改造。尽量采用管道非开挖施工技术和管道非开挖修复技术，如cIPP翻转法、环氧树脂喷涂技术、HDPE管内衬法、薄壁不锈钢板内衬法、不锈钢内胀圈法等。对于水质异常的情况，设计时可在管道末端设置必要的排放口，将出现的“黄水”等水质异常的情况进行实时排放，严重者更换供水管材。此外，根据《建筑给水排水设计规范》(GB50015—2003)(2009年版)“从城镇给水管网的不同管段接触两路及两路以上的引入管，且与城镇给水管形成环状管网的小区或建筑物，在其引入管上设置倒流防止器”。设置倒流防止器，一方面可保障居民用水水压，一方面可进一步防止市政管网水质污染。内壁结垢使得管道实际送水管径变小现象，经水力模型进行计算后不需要扩径或需适当缩径的，可采用刮管涂衬法清洁管位内壁、结垢来提升管位的供水能力和质量。消除城市高水压区和低水压区，一般采用管位平差软件和水头损失计算公式分析现状管网平差，有条件下可结合scADA系统和管网GIs系统，找到现况水压偏高点和水压过低点。优化管网布局和管网管径，预测区域最高日最高时用水量初步确定管径大小，在事故校核满足要求之后进行消防校核，计算满足区域消防用水流量和水头损失下的管径。一般情况，增加水损如设置泄水阀自动排出水压过大的水来降低后续管网所承受的压力；水压过低，减少管损、增设管道加压泵等可有助于提高水压；当管道流量小时，可根据消防流量的要求选取最小管径。(下转第69页)建筑与装饰2016年”期67 排出，如果长时间无法排出，那么雨水就会进入到道路桥梁的内部结构中，并对其进行侵蚀，从而使桥梁内部受到损耗，影响桥梁的正常使用。因此在桥梁设计过程中要重视防水设计。将结构化设计应用到防水层设计中，在进行防水设计的时候，首先要加强防水层的性能，因此在选择施工材料的时候，可以选择性能更优的材料，例如与结晶材料混合的水泥或者复合纤维混凝土，这类材料密实性更好，将其运用到防水层中，可以大大提高桥梁的防水性能。除此之外，在混凝土的施工过程中，也可以加入钢筋网，这样混凝土就不容易开裂，雨水自然不能顺利地进人桥梁的内部结构中。防水层的结构化设计中，是将混凝土设计和路面设计看成一个整体进行设计，这样就可以大大增强桥梁的黏结性，避免脱落现象的发生，同时可以保证结构的延展性和抗拉强度大大增强，并设计排水管道，减少雨水对路面的损害。3．3增加钢筋保护层厚度钢筋混凝土是道路桥梁施工设计中最常见的施工材料，其由混凝土和钢筋材料组成，这种复合型材料结合了混凝土和钢筋材料的应用优势，在实际应用中，钢筋受到外界环境因素的影响容易发生腐蚀，为了保障钢筋的耐久性，往往在钢筋混凝土上设置保护层，在道路桥梁结构化设计过程中应结合具体情况，在条件允许的情况下，适当增加钢筋保护层厚度，延长道路桥梁的使用寿命。近年来，随着我国基础设施建设的不断发展，交通运输行业建设规模在逐渐扩大，对于桥梁的建设要求也在不断提高。为了保证桥梁建设满足安全性、适用性、经济性以及耐久性的要求，必须采用新的设计方法代替传统的设计方法进行桥梁设计。通过相关实践发现，在桥梁设计中应用结构化设计方法不仅能够对桥梁的设计和施工质量进行有效的保证，还能够保证桥梁的经济性和安全性。参考文献【1】陈明．基于施工角度的桥梁结构优化设计分析[J]．科技创新与应用，2015，(17)：223—224．【2】赵运输．公路桥梁设计中结构化方法设计应用[J】．江西建材，2015，(16)：143—144．[3】蔡志鹏．传统道路与桥梁连接处设计与施工的问题以及应对措施[J]．科技风，2012，(10)：57-58．(上接第67页)3结束语城镇供水管网系统具有极大的复杂性，供水管网改造优化设计更是一项困难的工作。需要先对现况供水管网进行详细合理的评估，再制定管网优化设计方案，在满足国家相关规范的前提下，采用经济的施工技术实施管网改造。参考文献【1]中国城镇供水办会．城镇供水行业20lO年技术进步发展规划及2020年远景目标[M]．北京：中国建筑工业出版社，2005：78．[2]陈明吉．城市供水管网水质二次污染与防治对策[J]．净水技术，2008，27(5)：5-9．[3]黄璐，李树平，侯玉栋，等．2011年国内网络新闻报道给水爆管分析．[J】．中国公共安全(学术版)，2012，(2)27：5．10【4]邹俊，李树平，赵子威．2012年国内网络新闻报道给水爆管分析．[J】中国公共安全(学术版)，2013，(4)33：9．13[5]赵子威，李树平，周艳春，等．2013年国内网络新闻报道给水爆管分析．明．净水技术，2014，(1)33：11．16．[6]周艳春，李树平，沈继龙，等．2014年国内媒体报道给水爆管分析．[J]．中国公共安全(学术版)，2015，(2)39：6-10．[7]荣宏伟，张朝升，张立秋，等．城市给水管爆管机理分析．[J]广州大学学报(自然科学版)，2008，(7)6：59．63．[8】于江杰，李敬，任俊杰．中小城镇降低供水管网爆管率和漏损率的方法．[J】山西建筑，2011，(37)8：215．216．【9]陶建科．基于GIs和sCADA技术的供水管网信息管理系统设计[J]．水力科技与经济，2008，14(5)：424．426．[10]舒诗湖，郑小明，赵明，等．基于区块化的供水管网全系统多级水平横管理[J]中国给水排水，2013，(29)12：18．21．作者简介闫新秀(1990一)，硕士研究生，现从事给水排水设计工作，广东省冶金建筑设计研究院给排水设计所。建筑与装饰2016年11期69'