管网的技术管理

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第10章 管网的技术管理,管网养护时所需技术资料：,(1). 管线图，表明管线的直径、位置、埋深、承插口方向、配件形式和尺寸以及阀门、消火栓等的布置，用户接管的直径和位置等；,(2). 管线过河、过铁路和公路的构造详图；,(3). 阀门和消火栓记录卡，包括安装年月、地点、口径、型号、检修记录等；,(4). 竣工记录和竣工图。,10.1 管网技术资料,10.2 检漏,供水系统水量漏失主要指通过系统输配水管网及城市蓄水设备渗漏、漏失及溢流到外界的部分水量。一般发生在系统的输水干管、配水管网、连接管件、阀门与计量仪表、水池或水塔等处。,按水量漏失的大小及形式，水量漏失可分为背景漏失、暗漏和明漏。,背景渗漏，又称为不可检测渗漏，当单个的漏点的漏水量低于400500 L/h，一般的检漏设备则难以检测，多发生在管道的接头，密封性差的管件，以及金属管道中微小的腐蚀漏孔。虽然每一个漏点的漏水量非常微小，但由于它们难以被检测到，并且大量的存在，所以其总量非常可观，占漏失量的很大一部分。,背景渗漏通过更换管道管件的方式可以有效的降低，但成本非常昂贵。,暗漏，又称为可以检测到的漏点，在系统中经常出现，其漏失水量处于中等水平，取决于系统的压力，运行情况，土壤情况及管道的状况等等。,暗漏持续时间取决于主动检漏措施的积极性及强度。供水系统的检测周期如果为一年， 漏点当中的一些有可能发生在刚刚检测之后，则其持续时间将为近一年，而有些漏点也有可能仅仅发生几天而已。综合而言，暗漏平均持续时间为检测周期的一半。,明漏，流量一般都很大，是可以被用户或路人发现的漏失，多为爆管事件，对周围环境及用户会产生较大的影响。一般对其处理速度都很快，漏失的持续时间不长，即使具有较大的漏水流量，但漏水的量却不大。,在当今的技术水平及条件下，无论采取什么技术手段都无法避免的供水系统理论上的最小漏失水量，称为不可避免的漏失水量，包括一定的背景渗漏，一些明漏及暗漏。,导致给水管道漏水的因素主要有以下几个方面：,. 管材强度低；,. 管道接口质量差；,. 温度变化过大；,. 沉降及外部荷载的影响；,. 施工造成的损坏；,. 管网运行压力过高；,. 管道受到腐蚀作用。,国际上通用的压力与漏水的关系模型为：L = P,N,N的取值范围为0.52.5，平均值为1.15，接近线形关系。对于不同材料的管道，漏点不同N值也不同，一般认为：,非金属管道系统，N1.251.75；,金属管道系统，当漏失量较小时，N1.01.5；当漏失量较大时(即明漏或爆管)，N0.51.0。,产销差水：,供水企业提供给城市输水配水系统的自来水总量与所有用户的用水量总量中收费部分的差值。,产销差水 = 免费供水量 + 物理漏水量 + 帐面漏水量,免费供水量：,实际供应于社会而不收取水费的水量。如消防灭火等政府规定减免收费的水量及冲洗管道的自用水量。,供水系统物理漏失：,通过系统输配水管网及城市蓄水设备渗漏，漏失及溢流到外界的部分水量。,供水系统帐面漏失 (纸上漏水量) ：,由于用户水表计量不准确，收费或财务上的错误，未经授权的非法用水等给水公司带来经济上损失的部分水量。,系统供水总量,系统有效供水量,售水量,计量售水量,售水量,未计量售水量,免费供水量,计量免费供水量,产销差水量,未计量免费供水量,系统漏水量,帐面漏水量,非法用水,(偷盗，欺诈),表计量误差,输水管及干管漏水量,输水管及干管漏水量,水池/水塔等渗漏及溢流,进户管漏失量,降低物理漏失的思路：,减少帐面漏失的思路：,中国产销差水控制的市场有多大？,根据2002城市供水年鉴，2001年中国供水总量为269.83亿立方米，全国平均漏失率为16.07%，产销差率为20%。平均水价为1.084元/立方米。保守估算，若将漏失率降为城市供水管网漏损控制及评定标准中规定的漏失率低于12%，将非管网漏损原因造成的产销差水降低一半，则全国每年的市场潜力为17.6亿元/年，这其中不考虑水价上涨所带来的更大的利润空间及由于产销差水控制带动的相关产业所带来的收益。,多探头相关仪：,集漏水预定位和精定位于一体，仅一次检测即可完成一定区域内的漏点预定位和漏点精定位的仪器，而且对管道属性要求不高，可以在不清楚管材管径的情况下，进行漏水点定位。,检漏仪：,可自动把漏水声与环境噪音分别记录，达到在环境噪声较大情况下精确定位漏点。其频率分析和组合数字滤波也可有效地抑制干扰噪声。,测压点位置的选择：,. 在多水源给水系统中，设置在供水分界线附近的测压点应该稍多一些，使其能更明显的反映出分界线推移的变化，为合理调整供水分区提供依据。,. 为观察、分析整个给水管网现有的输水能力，制订合理的调度方案，并为今后的管网改造与规划提供数据，测压点宜设置在大管径干管的交叉点附近。,10.3 管网水压和流量测定,. 为考察配水管网的供水能力，提高供水的服务质量，在经常发生水压不足的地区或能考察调度质量的地区设置测压点，一般设置在中、小管径的配水管网上。,. 为全面系统地掌握管网压力的分布情况，校对管网水力分析时原始资料是否符合实际情况，除了原设的永久性测压点外，根据需要和人力物力条件，在规定的时间内增设若干临时测压点进行同时测压。,测压方式：,. 将自动水压记录仪设在测压点上，连续记录该测点的水压，每天定时调换水压记录纸，根据各测压点的连续水压记录，整理统计出全市的水压分布情况。,. 将测压点的水压用有线或无线的方式及时和连续地传至调度中心，作为水量调度和机泵开停的主要参考依据。,. 人工量测，用压力表在规定时间内测定指定的消火栓内的瞬时水压，也可测定用户水龙头上的水压作为该点附近的水压参考资料。,电磁流量计工作原理：当导电液体流过电磁流量计时，导体液体中会产生与平均流速V（体积流量）成正比的电压，其感应电压信号通过两个与液体接触的电极检测，通过电缆传至放大器，然后转换成统一的输出信号。,频差型超声流量计是以超声多普勒效应为原理，利用安装在管到外壁上的传感器探头向流动着的液体发射一固定频率的超声波束，液体里的颗粒反射信号的频率受流速的影响而发生偏移，根据频率变化与流速变化成正比的关系，求出管道内的流量。,时差型超声流量计利用超声波脉冲在通过流体的顺逆两方向上传播速度之差，求出流体的流量。,10.4 管道防腐,类型：,化学腐蚀、电化学腐蚀,现象：,生锈、坑蚀、结瘤、开裂、脆化,危害：,水质恶化、水头损失增大、管道漏水甚至爆裂、阀门操作失灵,影响因素：,溶解氧、pH值、流速、含盐量,防护措施：,表面处理、阴极保护,水泥砂浆内衬质量要求：,采用525号硅酸盐水泥，0.151.2mm中砂，水泥砂浆重量配比1:11:2，坍落度6080mm，抗压强度30MPa；,内衬后的内壁粗糙系数n0.012；,收缩引起的内衬裂缝，宽度0.8mm且轴向长度不大于园周长度和不大于2m时，可不修补；,表面缺陷(麻面、砂穴、空窝)面积大于5cm,2,，深度大于内补厚度允许公差值，空鼓面积大于400cm,2,，应修补。,水泥砂浆,内衬厚度及允许公差,公称管径（mm）,衬里厚度（mm）,厚度公差（mm）,机械喷涂,手工涂抹,机械喷涂,手工涂抹,500-700,8,2,800-1000,10,2,1100-1500,12,14,+3-2,+3-2,1600-1800,14,16,+3-2,+3-2,2000-2200,15,17,+4-3,+4-3,2400-2600,16,18,+4-3,+4-3,2600,18,20,+4-3,+4-3,环氧树脂内衬涂质量要求：,除锈达到使管壁呈现金属本色，在1h内喷底衬，表干后喷上层，一般需喷4层，喷涂时空气湿度不宜大于85%；,环氧树脂应具有卫生部的卫生许可证，且施工过程中对人体无害；,衬层总厚度400；,涂层附着强度10MPa；,表面布氏硬度16.2；,表面电阻率2.2210,15,()；,涂层材料应耐酸、耐碱。,钢管外防腐质量要求：,表面除锈呈现金属本色，无可见的油脂、污垢、铁锈等附着物；,涂有防腐材料的钢板在10%硫酸或10%苛性钠溶液中，浸泡60天防腐层不脱落，钢板不生锈；,防腐层应在24小时内固化；,防腐层固化后，用小刀划开舌形切口，无法使涂层分层剥落；,防腐涂层绝缘性能均良好，要求电火花仪检测的击穿电压达10000v，最低不小于6000v。,钢管的阴极保护措施,埋地钢管在腐蚀性土壤中应该采用,牺牲阳极法,或,外加电流法,保护。,土壤的腐蚀性程度可按实测的土壤电阻率值判别。,腐蚀性程度,强,中,弱,非,土壤电阻率（）,100,10.5 免开挖更新技术,给水管道使用一定时期后，内壁结垢导致过水面积减少，影响输配水能力并造成水质污染；或渗漏超量，破坏道路、影响市容，增加运行和维修成本。,开挖方法不仅工期长，费用高，而且在重要路段难以施行。免开技术具有施工场地小，工期短，不影响交通，造价较低等优点，已广泛应用于对旧管道的改造更新。,管内壁喷涂：,对供水管道做衬里，在原管道内壁喷涂还氧树脂或水泥沙浆。,优点：,无须在管内的支管、阀门等处再作处理，管壁涂上材料后，提高过水能力，造价比较低。,缺点：,施工时间长，内涂层不能作为管道的结构层支持管道受力，对于破损、漏水等结构损坏的管道不适用。,方法步骤：,. 开挖工作坑；,. 对原有管道进行冲洗或刮管；,. 用CCTV（车载管道内视镜）进行检查；,. 树脂或水泥沙浆喷头由卷扬机拉入管道，边移动边在管壁上均匀喷射树脂或水泥沙浆。,内衬管拉入衬装：,将一条新的管道（管径略小于旧管道）拉入到原有旧管道中。,优点：,操作简单，施工周期短，费用低，降低管道的摩阻，降低原管道承压力；,缺点：,加内衬后管道的横截面积变小，管道过水能力有所降低。,施工步骤：,. 切断水源，排放管道中的积水，按设计位置挖掘长方形操作坑；,. 将内衬PE管用Y字型滑轮支撑，沿管道轴线方向布置；,. 在操作坑内割掉一段原管道，放入清管器，对旧管内固体杂物进行清扫；,. 用管道摄像机检查清理效果；,. 在管段的另一端设置牵引绞车，将牵引钢丝绳穿过旧管道；, . 在工作坑放入一段短聚乙烯管与牵引钢丝绳连接，进行管道试衬；,. 试衬通过后，利用绞车缓慢牵引，将已焊接好的PE管道拉入旧管道中；,. 在前后两端原管道与PE管的缝隙之间灌注水泥砂浆，固定内衬的PE管；,. 用机器人在管内自动切割阀门、消火栓、支管接口等处被内衬管“糊死”的接口。或在阀门、消火栓、支管接口等处挖工作坑，人工在PE管上开口。,注意事项：,. 拉入时，原有管段端部要加装PE管保护圈；,. 衬装牵引头应为锥形扩管头，便于克服原有管线的阻力，并应具有足够的强度；,. 牵引过程中，应该随时记录牵引钢丝绳的长度；,. 试衬时要检查短管有无严重划伤；,. 内衬管在牵引力作用下产生的拉伸应力，应小于材料屈服拉伸强度的50%。,无缝衬装：,将直径等于或略大于原有管道直径的低密度或中密度薄壁聚乙烯管衬入管道。施工过程与拉入衬装基本相同，衬装前要采取措施，减小管道的截面积。,优点：,施工期短，输水能力一般不会下降，两层管线间不需灌浆固定；,缺点：,所需特殊设备较多，如熔焊机、高压蒸汽发生器、缩径钢模或扭曲钢模等，操作技术性较强。,方法一：,将PE管拉长，减小管道直径，从而减小管道的截面积，PE管衬入后不再受到拉力的作用，长度缩短，管径变大，复原后与原有管道紧紧套在一起。,方法二：,通过专用的设备使管道横截面变形，将横截面由圆形变为“U”字形，也可以将PE管沿圆周方向扭曲，利用高压水或高温水的作用将变形的管线复原。,施工步骤：,. 关闭被修复管段的连接阀门，对被修复管段进行开口，排除余水；,. 利用管道摄像系统探测被修复管段的管径、管道附件及支管连接情况；,. 清洗管壁上的沉积物；,. 利用高压水泵清除残渣；,. 利用空压机吹风使管段干燥；,. 在内衬管外壁均匀涂上适量的粘合剂，利用牵引机具牵入旧管道；,. 待内衬管复原后用管内机器人切割器打开内衬封死的支管。,管道翻衬：,利用现有管道系统的地面开口，将比较柔软的带有防渗透、耐腐蚀保护膜的复合纤维增强软管作为载体，饱和浸渍热固型环氧聚合物后，在水压或气压的作用下，将软管翻转衬入并紧贴在旧管道内，然后通过热水水温或蒸气气温的作用进行加热固化，在旧管内形成坚硬的整体性强的“管中管”。,优点：,软管材料外表表面粗糙度只有约5m，翻转衬入管道后沿程阻力系数大幅度降低，而内衬后管道内径变化不大，可提高原有管道的输水能力；内衬管没有固化前，以翻转的方式进入旧管，与原管之间没有相对滑移现象，不存在划伤问题。,缺点：,施工期较长，翻衬材料的选择、加工问题较难解决，一般只适合于钢筋混凝土管，铸铁管，焊接钢管等。,施工步骤：,.根据管道埋深、口径、弯头、管件等情况，开挖工作坑；,.去除旧管内壁上的结垢层，平整旧管内壁上的尖锐凸出物；,.将软管材料按需修复管道直径和工作段长度预制成筒状，而后将混合好的树脂灌入其中，利用碾压机具擀平；,往返折叠放置在冷冻箱内，运送到施工现场；,. 将衬管首端外翻，用卡箍固定在导入管出口，开启注水阀门向导入管注水，使衬管匀速地导入工作段；,. 用车载锅炉上的加热管将工作段的水加热到6575，保持67小时使衬管成为刚性承压管道；,. 切掉多余的衬管，用快速密封胶封闭衬管和旧管内壁的结合面；,. 在支管接口、消火栓等处要挖工作坑进行人工开孔。,软管翻衬、开挖、衬管拉入修复技术的比较,项目,软管翻衬,开挖,衬管拉入,施工费用,小于,60,100,70,左右,施工期,较长,长,短,作业范围,开挖小作业坑,全线开挖,开挖大作业坑,施工设备,施工器具较少,重型机具较多,有大型机具,材料进场,在施工当日进入现场,占用现场时间长,占用现场时间短,使用寿命,30,年以上,取决于新管材质,30,年以上,对周边环境影响,小,大,较大,适用管径,DN50,以上,各类管径,DN500,以下,一次施工长度,长,较长,较短,适用管材,钢筋混凝土管，铸铁管，螺旋焊接管等,各类管材,各类管材,工程意外,无,易损坏其它交叉管道,无,环境污染,无,尘土、噪音、破坏植被,无,其他影响因素,少,涉及多方面,较少,爆（碎）管衬装：,用于原有管线为易脆管材且管道老化严重的更新。将碎管设备放入旧管中，由卷扬机拉动沿旧管前进，沿途由碎管设备将旧管破碎，在碎管设备后连着扩管头，扩管头的管径比原有旧管大，负责将破碎的旧管压入到周围的土壤中，紧跟着是内衬管线，一般为PE管材，管径小于扩管头，在卷扬机的拉动下拖入原有管道的管位。,优点：,新管的管径可以比原有管道管径大，完全摆脱了PE管内衬时减小过水能力的缺点，其施工工期较短，一次安装的长度可达几百米。,缺点：,在支管、消火栓、阀门等处需要局部开挖，对于埋深较浅的管线，碎管设备的震动可能会对地面造成影响,，对邻近的其他地下管线也有可能造成破坏,。,碎管设备大致可以分为气动碎管、液压碎管和刀具切割碎管三类。,定向钻(导向钻)：,用于给水管道穿越河流、沼泽、堤坝及高等级路面等不便开挖的场合。钻孔时利用地面上的导航仪，引导地下装有无线电发射器的钻头，沿着施工图要求的供水管道平面位置和高程等参数计算出的钻孔轨迹，向前钻导向孔至下一个工作坑。,在导向孔出口将钻孔钻头换成挤压式出土扩孔钻头，回拉扩大钻孔孔径，依次多级扩孔，直到可容纳预定管道的外径，新铺管道由扩口管拉入管位。,优点：,可避免开挖路面，减少对交通、环境等方面的影响，能避开不利于施工的障碍物，降低施工费用。,缺点：,受钻孔技术的影响，这种方法主要用于管线绕过短距离障碍物时管线的铺设，适用的管线口径也较小，为避开障碍物，管道穿越障碍时要有一定的弧度，对于土壤的土质条件也有一定的要求。,10.6 GIS,及其在供水管网中的应用,地理信息系统,(,geographic information system，,简称GIS)是20世纪60年代开始迅速发展起来的一门新技术，它综合了计算机科学、系统工程、管理学、地理学、测量学、地图学等多学科的知识，属于跨学科的技术系统。,定义：,GIS是处理地理数据的输入、输出、管理、查询、分析和辅助决策的计算机系统。,地理信息,是表征地理系统各要素的数量、质量、分布特征、相互联系和变化规律的数字、文字、图像和图形等的总称。,地理信息属于空间信息，它把位置识别与数据联系在一起，这是地理信息区别于其他类型信息的最显著的标志。,虽然GIS使用了地图可视化、数据库等技术，但与CAD、计算机地图系统、数据库等均有很大的区别。,CAD提供交互式的图形处理功能，用来辅助进行对建筑、VLSI之类的人造对象的设计，主要特点是设计者与计算机模型的交互。而GIS处理的数据大多来自现实世界，比CAD的人造对象更为复杂，数据量更大。CAD中的拓扑关系较简单，GIS强调对空间数据的分析，CAD这方面的功能要弱得多。,计算机地图系统侧重于数据查询、分类及自动符号化，具有辅助设计地图和产生高质量矢量形式的输出功能，强调数据显示而非数据分析，地理数据缺少拓扑关系，它与数据库的联系通常是一些简单的查询。,数据库是各种类型信息系统的核心，侧重非图形数据的优化存储与查询，其图形查询与显示功能极为有限，数据分析功能也很有限。但数据库的一些基本技术，如数据模型、数据存储、数据检索等，都在GIS中广泛采用，成为GIS的核心技术。,主要用途：,. 对空间数据进行快速搜索和复杂查询；,. 通过地理相关性将不同数据集成在一起，实现数据共享和交流；,. 将数据集成、空间分析、可视化表达应用于区域综合治理、宏观规划的辅助决策；,. 绘制以任何地点为中心，比例尺任意和突出特殊字符效果的高品质地图。,管网图形管理,用户信息管理,紧急事故处理,固定资产管理,管网运行模拟,供水水质管理,管网改扩建规划,GIS在供水管网管理中的应用：,管网图形管理：,1.应用数字化仪输入、修改给水管、排水管、建筑物、地下电缆及文字标注等各信息；,2.实现图纸的自动拼接，对图纸上的各类图形进行叠加显示；,3.对图形的任意部分进行开窗放大显示，对图形进行平滑滚动流览；,4.录入、修改管网设备及设施的基础数据，建立相应数据库；,5.实现图形与管网基础数据和运行数据的交叉互访，如管网压力、流量、水质等实时数据的交换。,用户信息管理：,1.用户属性数据：包括用户编号、名称、所在地、水表口径等；,2.用户水量数据：包括水表读数、用水量；用水类别等；,3.用户接水点位置，包括接水管段、接水点离管段两端距离等信息。,在这些用户信息的基础上，通过统计分析计算，掌握重点用户，了解水量分布状况，为管网运行模拟提供基础数据。,紧急事故处理：,用于指导管网事故处理，增强事故反应能力，减少事故损失。在管网发生爆管大漏事故时迅速找出事故发生位置，自动给出最优阀门关闭方案及事故处理意见，迅速绘制出事发点的管网图及须关闭阀门的节点图，打印出断水用户名单。,固定资产管理：,借助GIS，可以按照管网地理位置，分区逐个管段、逐项管网设施地对固定资产加以统计分析，并设立相应数据库进行动态管理，做到资产数量与实物相符，“家底”一览无余。可以提供多种统计查询方法，如按任意给定区域或道路、按管道直径、按使用年限、按管道材质、按阀门种类、按水表口径等进行单项或多项组合查询，以便全面了解管网状况。,管网运行模拟：,1.管网运行负荷分析：显示欠负荷、经济负荷和超负荷运行管段；查询并显示各种负荷范围的管段；,2.供水路径查询：查询管网中任意节点由哪个水源通过哪些管段供水并显示这些管段的运行参数；,3.各水源供水分界线：以不同颜色指示各水源的供水从而分析用户用水源并提供兴建水厂或加压泵站的受益用户清单；,4. 用特殊标记反映低压范围及用户；,5. 以动画形式动态模拟供水趋势。,供水水质管理：,用于控制管网水质，指导水厂合理投加药剂，提高水质，降低成本。,1.计算水在管网中的停留时间；,2.分析氯水浓度扩散过程；,3.进行余氯分布分析；,4.提供各水源最佳加氯量值。,管网改扩建规划：,将管网计算理论、系统优化理论与GIS相结合，凭借GIS强大的空间数据管理功能， 利用 GIS上的实际管网图构造出管网计算图形，并从 GIS 的属性数据库中提取有关数据，通过编制计算程序，进行管网水力工况计算分析，并迅速将方案实施后的模拟运行状况显示出来，直观地反映各方案的综合性价比，从而便利地找出最佳改扩建方案。,