自来水管道第三方损坏损失水量计算及其影响研究

2021-10-15陈春芳

供水技术 2021年4期

高云，周韧，吴忠，陈春芳，俞琦

(常州通用自来水有限公司，江苏常州320402)

目前，由于城市建设和经济发展的加快，各种道路和管线建设如火如荼，导致自来水管道第三方损坏的事件层出不穷。以常州通用自来水有限公司为例，2019年第三方损坏管道仅DN≥100 mm以上的就多达199次，小管径被挖破的次数更多。自来水管道被挖破后，会对水司造成经济损失和不良的社会影响。其中经济损失包含抢修费用和水量损失，水司往往核算抢修施工费用而忽略水量损失。针对这一问题，笔者对自来水管道第三方损坏损失水量进行详细计算，探讨损失水量对水司供水产销差率及管网漏损率统计的影响程度。根据《水污染防治行动计划》，到2020年，公共供水管网漏损率需控制在10%以内[1]。根据2018年供水统计年鉴，全国平均产销差率为24.4%，平均管网漏损率为14.6%。在当前对产销差率和管网漏损率降低越来越重视且越来越难的情形下，讨论第三方损坏损失水量是极具意义的。

1 计算方法

自来水管道第三方损坏损失水量包含关阀前的漏失水量、关阀后的放空水量和抢修完毕的冲洗水量。

1.1 关阀前的漏失水量

自来水管道被挖破后，形成了一个薄壁孔口，如图1所示。

图1 孔口出流原理Fig.1 Principle of orifice outflow

参考薄壁孔口出流公式[2]以及《城镇供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ 92—2016)中漏水量[6]计算方法，得到：

(1)

Q漏失=qv·T1

(2)

式中qv为被挖破管道的漏失流量，m3/h；Cd为流量系数，取0.6；A0为薄壁孔口面积，若是不规则形状可估算，m2；H为被挖破的自来水管道水压，若无实测值可以取该地区的平均水压，m；Q漏失为自来水管道被挖破后到关阀前的漏失水量，m3；T1为自来水管道被挖破后到关阀前的时间，h。

1.2 关阀后的放空水量

关阀后的放空水量可以根据GIS中关阀范围内的管道管径和长度计算得出：

(3)

式中i为受影响的供水管道编号，i=1，2，…，n；Q放空为自来水管道关阀后的放空水量，m3；Di为第i段自来水管道的直径，mm；Li第i段自来水管道的长度，m。

1.3 抢修完毕的冲洗水量

自来水管道抢修完毕后，根据《城镇供水管网抢修技术规程》(CJJ/T 226—2014)[3]需进行冲洗。一般利用排污阀进行冲洗，形成管嘴出流。参考水力学中的管嘴出流公式[2]和《城镇供水管网运行、维护及安全技术规程》(CJJ 207—2013)[4]，得到：

(4)

式中Q冲洗为自来水管道的冲洗水量，m3；T2为自来水管道冲洗时间，h；Dj为排污阀直径，m；H为被挖破的自来水管道的水压，若无实测值可以取该地区的平均水压，m。

2 计算实例

2.1 实例

某轨道交通施工点处DN200管道被挖断，关阀影响范围如图2所示。关闭了2个DN500阀门，主管道DN500管(约680 m)及沿线支管均受到影响。关阀停水时间为1 h，H=28 m，代入式(1)、式(2)，可得Q漏失=1 560 m3。

图2 关阀影响范围Fig.2 Effect of closing valve

根据GIS，放空水量对应的管道统计如表1所示，代入式(3)后计算得到Q放空=192.85 m3。

排污阀直径Dj为0.1 m，冲洗时间为0.5 h，Q冲洗=265 m3。进一步计算得到Q总=Q漏失+Q放空+Q冲洗=2 017.85 m3。

表1 放空水量的管径和长度Tab.1 Diameter and length of the discharge water pipelines

2.2 分析

根据计算可知这部分损失水量是可观的，以往水司在实际操作中往往没有计算或者少算了第三方损坏损失水量，例如若按照式(5)计算原漏失水量：

Q漏失原=V·A0·T1

(5)

式中V为平均经济流速，参照《给水工程》[5]，取0.9。则Q漏失原=101.7 m3，远低于之前的计算值和现场的估计值，根据式(1)、式(2)和式(5)，当H取定值(一般取市政压力值28 m)时，Q漏失约为Q漏失原的15倍，差异较大。

有的Q放空未根据GIS进行统计计算，而是估算甚至没有计算。

针对该实例，原来的损失水量按照平均经济流速计算漏水水量，冲洗水量按照式(4)计算，未考虑放空水量。原来计算的损失水量仅为366.7 m3，和2 017.85 m3差距较大。

由式(1)和式(2)可知，当H取定值(一般取市政压力值28 m)时，Q漏失仅和A0和T1有关，假设A0为圆形，T1取1 h，则不同管径管道的Q漏失见表2。

表2 Q漏失计算Tab.2 Calculation of Qloss

当D0<50 mm时，Q漏失较少，反之，Q漏失较大。Q放空和第三方损坏的口径和关阀的口径有关，一般来说，损坏的口径和关阀的口径越大，Q放空越大。某些时候，损坏的管径较小，但是由于阀门故障等原因，关阀的口径却很大，Q放空也就越大。实际操作过程中，应利用GIS的统计分析功能，计算出关阀影响范围内所有管径管道的放空水量。

Q冲洗与排污阀口径和冲洗时间有关，其中冲洗时间又与冲洗范围有关，一般来说冲洗范围越大，冲洗时间越长。冲洗范围即关阀范围，通常第三方损坏的管道口径越大，关阀影响范围也越大，冲洗时间就越长，相应的冲洗水量也越大。

3 影响分析

3.1 损失水量的影响

常州通用自来水有限公司2019年第三方损坏管道中仅DN≥100 mm以上的就达到了199次，小管径被挖破的次数更多，总损失水量很大。假设DN≥100 mm的管道被挖破的洞口均为圆形，直径均为10 mm,每次放空水量均为100 m3，排污阀直径均为0.1 m，冲洗时间均为0.5 h，根据讨论可知每次挖破的总水量损失为762 m3，199次损失的总水量为151 638 m3。2019年供水总量约为26 000×104m3，则DN≥100 mm的被挖破管道损失水量占全年供水量的0.06%，折合成水费有约51万元的经济损失。如果加上小管径管道挖破的损失水量，则全年第三方损坏管道的损失水量占供水总量的比例接近0.1%，折合成水费经济损失约为85万元。