1、城市供水管网漏损的动态因素分析摘要：城市供水管网的漏损问题十分重要且相当复杂。为了更加清晰地分析和更好的解决供水管网的漏损问题，对影响管道漏损的因素作进一步的深入分析是非常有必要的。这样不仅可以为以后的施工和运行维护积累经验，还可以尽量避免日后漏水事故的发生。 造成给水管网漏损的原因有很多，本文简单介绍造成城市给水管网漏损的动态因素。 关键词： 管网漏损水压水锤 中图分类号：TU833 文献标识码： A 1.供水管网漏损与水压的关系 随着城市建设的发展，给水管网的规模也在不断地扩大，随着用水户的增加，管网的供水压力也越来越高。众所周知，供水压力的增高除了对管道强度的要求会相应提高外，管道的漏损
2、量也相应随之增加。 如图 1-1 所示，同一漏子在不同的供水压力下漏损程度相差很大。那么供水管网中的压力状况对城市供水管网的漏损量究竟有什么影响呢？图 1-1 同一漏子在不同压力下的漏水量图 通过统计分析表明区域内漏水量与压力、管长等的关系如下式： （式 1-1 ） 管网漏水量 漏失常数 管网长度 管网平均压力 压力漏损指数，建议取 =1.18 的取值范围为 1.101.17，并建议取值为 1.12。 通过计算机模拟管网漏损与压力的关系，认为主干管管网的漏损可以用 OS 参数来描述。当 OS4 时孔口水头占主导，OS0.2 时土壤水头损失占主导。 OS孔口/土壤系数 K水力参数（m3/s/）
3、A通过的土壤面积（） Ao孔口面积（） L管道长度（m） Cd出口系数 Q管中流量（m3） hs土壤水头（m） ho孔口水头（m） 管网漏损的形式看作是孔口出流，则孔口处漏损水量与压力的关系：（式 1-3）式中：v水流速度 Cd漏损系数 P孔口处压力 g重力加速度 L单位时间的漏损水量 A孔口面积 经测试 PE 和 PVC 管道进行实验证明上述关系式是成立的，同时得出孔口面积也与压力有关。若孔口面积随压力呈线性变化，此时管道上的裂缝向一个方向开裂，则漏损率 L 与 P1.5 成正比；若管道上的裂缝向两个方向开裂，则孔口面积与 P2.0 呈正比，漏损率与 P2.5 成正比。Cd 的取值并非常数与
4、流体运动状态相关，管中的流体运动状态不同，雷诺数（R）也就随之变化，从而 Cd 值在各种状态下也就不相同，漏水量比与压力比成 N 次方关系： （式 1-4） L1，L2管网漏水量 P1，P2管网压力 N 1漏损指数，取决于管道的管径、管网材质及漏损情况等 根据实验结果，提出了在不同情况下 N1 的不同取值，可得压力比与漏水量比的指数关系如图所示： 图 1-2 压力比与漏水量比的关系 漏水量与管道供水压力还有如下关系式： （式 1-5） 式中渗漏系数 渗漏指数 渗漏量（m3/s） 管道压力（m） 对等号两边取对数： （式 1-6） 可见流量和压力取对数后的呈现线性关系。 综上所述，漏失水量随着压
5、力的增加而增多，反之亦然。管网中的压力分布对于用水量与损失水量都有着很大的影响。当压力过高时，会增加漏失，从而增加损失水量；当压力不足时，又会导致缺水，从而引起居民间用水量的不均衡分配。因此供水管网的压力控制是控制管网漏损的最主要措施。 2.供水管网漏损与水锤的关系 在有压供水管路中，由于外界原因造成水流速度突然发生变化，从而引起管道水压发生剧烈变化，而引起的水力冲击现象称为水击或水锤。由于水锤的产生，使得管道中压力急剧增大至超过正常压力的几倍甚至十几倍。从上节可知，压力过高，将引起管道的破裂造成漏损。但是，压强过低又会导致管子的瘪塌，还会破坏元件，导致密封漏水等，影响生产和生活。 根据闸门或
6、水泵站内逆止阀的关闭时间与水锤波到达时间的大小关系，水锤分为直接水锤和间接水锤：当闸门或水泵站内逆止阀的关闭时间小于水锤波到达的时间， 产生直接水锤。 即： T动作时间 （S） L管段长度 （m） C水锤波的传播速度 （m/s） 当闸门或水泵站内逆止阀的关闭时间大于水锤波到达时间的情况下，则称为间接水锤。 即： 水锤产生压强的计算公式为: （式 2-3） 水锤压强（Pa） 水的密度（N/m3） 水锤波的传播速度（m/s） 水锤前的水流速度（m/s） 水锤时的水流速度（m/s） 其中，水锤波的传播速度公式为： （式 2-4） 其中声波在水中的传播速度(m/s) 水的弹性模量（Pa） ，取 2.2
7、103MPa 管壁的弹性模量（Pa） ，其取值见表 2-1 管径（m） 管壁厚度(mm) 表 2-1 常用管材弹性模数（MPa） 式 2-3 表明，水锤产生的压强与水锤波的传播速度成正比，而水锤波传播速度与管材、管径和管壁厚度有关。对于同一种管材来说，水锤波在小管径、厚管壁的管道中传播速度较快，水锤产生的压强较强；反之亦然。管道越长，阀门关闭速度越快，水锤引发的压强越大，而且在管道摩阻或气蚀的影响下，实际产生的水锤压强值可能要高出计算值很多，在这种巨大的压强作用下，管道会发生很大的变形甚至破裂爆管。我们通常说的水锤是单源波水锤，但在实际生产中，并非只有一个水厂给供水管网供水，当不同水厂的供水在
8、管道某处交汇时容易产生多水源水锤波共振水锤，此时，水锤产生的压强将成倍增加，后果会更加严重。给水管道中常见的有气阻水锤和停泵水锤两种：气阻水锤是指高温状态下水挥发产生的水蒸气在管路中积存，影响水泵的真空度，而造成供水不足或中断的现象。因此要先排除管道内的空气，使管道内充满水后再开启水泵，凡是长距离输水管道的高起部位都应设自动排气阀；停泵水锤是指水泵组因电力系统或电气设备突然发生故障、人为错误操作或雨天雷电引起突然断电、水泵机组突然发生机械故障等原因，造成开阀停车时，在水泵及管路中水流速度发生变化而引起的压力递变现象。离心泵本身供水均匀, 正常运行时在水泵的管路中不会产生水锤危害。但是突然断电后
9、，给水管道中的水流在断电后的最初瞬间, 在惯性作用下以逐渐减慢的速度继续向水流方向流动, 直至流速降为零，之后在重力水头的作用下, 管道中的水开始向水泵方向以逐渐增大的流速倒流,这样管道中水流速度的变化就会引起水锤。 为了消除停水泵水锤的危害，减少水头损失并且节约电耗，可以取消止回阀。目前常在大口径管道上安装微阻缓闭止回阀以达到减少和消除水锤的效果，但因阀门动作时有一定的水量倒流，吸水井须有溢流管。参考文献： 1 Thomas walski,william bezts.Modeling leakage reduction through pressure control J.The Ameri
10、can Water Works Association,2006,98(4):147-155. 2 田林，张宏伟，牛志广，等.应用自动阀控制给水管网漏损的研究J.中国给水排水，2004，20(3):12 一 14. 3 Khadam M A.Water losses from municipal utilities and their impactsJ.Water International,1991,16:254-261. 4 Ashcroft A.Taylor D.The ups and downs of flows and pressureJ.Supveyor, 1983,162:16-18. 5 Lambert A. What do we know about pressure:leakage relationships in distribution . 6 Thornton J.Managing leakage by managing pressure:a practical approach J. Water 21, 2004,43-44
