浅谈城市供水管网爆管的主要因素

　摘 要:简述城市供水管网爆管的主要因素及其相互作用关系,建立爆管的预测模型,对城市供水管网的现状与未来进行评估预测,通过管网维护管理的决策系统,寻求经济有效的管网修复和更新策略,实现对城市供水管网的科学管理。
　　关键词:城市供水管网;爆管事故;因素;预测模型;控制措施
　　
　　1 爆管事故的定义与分类
　　
　　管网维护数据文档记录是进行爆管分析**重要的基础资料。不同的供水部门在定义管道漏水和爆管的概念时缺乏一致性,所以在建立维护数据文档时易引起混乱,对评价配水系统的现状也会带来一定困难。因此有必要区分管道漏水和爆管的概念,建立严格有效的管网维护记录文档,对管网进行有效的管理。爆管是指由于管道的结构性损坏,管道漏水上升到地面,必须立即进行维修的情况。当然,有时爆管事故发生以后,可能数曰后才被发现,有时甚至无法发现,这是因为爆管引起的漏水直接进入到附近的排水管渠而无法到达地面。另外.对管道爆裂的不同方式也有必要进行区分,爆管的类型可分为环向破裂、纵向破裂、承口破裂、管壁穿孔。
　　
　　2 爆管事故原因分析与预测
　　
　　2.1 爆管事故原因分析引发管道爆管的原因主要包括 5 类
　　①管道材料和管道接口的原因。
　　②管道内外部受压的原因。
　　③温变应力变化的原因。
　　④管道基础的原因。
　　⑤其他特殊原因。
　　2.2 爆管事故的一般规律
　　导致爆管的机理非常复杂,在现有条件下,对影响爆管的因素进行准确的、定量的描述仍相当困难。此外,由于数据历史记录年限短,数据记录不详细,所以可以利用的有效数据十分缺乏。国内外许多研究者已经在寻求爆管规律方面进行了一些研究,基本上都是以管网维护数据记录为基础,采用统计学的方法得到关于爆管的统计规律。
　　(1)埋地管道寿命周期,整个管段的寿命周期可分为3个阶段。**个阶段是安装后的初期阶段,此时爆管的原因主要是管道施工质量低和管道质量问题。这时爆管事故可能会不断出现,然后被修复,爆管频率会逐渐下降。一旦系统通过了这段“童年时期”,就进入了第二个阶段。
　　第二阶段是管道的,“成熟时期”,此时管道的运行相对稳定。只是因为第三方介入或是过重的荷载造成的偶然的爆管,此时爆管频率较低。
　　第三个阶段是管道的“衰老时期”,因为管道老化和退化,此阶段爆管的频率大增。不是每一个管段都会经历这3个阶段,每个阶段的长短也会不同,这与管段不同的工作条件有关。
　　(2)管径与爆管率之间是相关的,表示管径大的管段爆管率要小于管径小的管段的爆管率。一般DN75-DN200的管段爆管比例**高,有时可占管道总长度的70%;DN200-DN300的管段次之,可占管道总长度的20%。
　　(3)爆管时间和气温有密切的关系。寒冷的季节爆管率明显大于其他季节,尤其是在寒冷到气温卜升期间。例如1月和2月发生的爆管可占全年爆管总数的50%以上。
　　(4)目前室外给水管道采用的管材书要有铸铁管、钢管、预应力钢筋混凝土管、球墨铸铁管、塑料管等。使用**多的是灰口铸铁管,其次是钢筋混凝土管。大量的爆管事故发生在铸铁管上。在城市化进程的不同阶段,所采用的管道材料有所不同,当时的管道制造技术和安装技术水平都对爆管率有较大的影响。使用球墨铸铁管可以基本上避免爆管。
　　(5)随时间增加的水泥管道的爆管主要是以管道环向破裂为主。铸铁管爆管率的增大是因为管道受到腐蚀,而管道环向破裂的情况会随着时间的增加而减少。
　　(6)管壁内外的腐蚀是爆管事故发生的主要原囚之一。因出厂的水中需保持一定的余氯,且水中可能含有的各种微量化学成分,故铸铁管和钢管易发生腐蚀。同时,由于管道周边土壤环境中的电腐蚀等因素也会造成铸铁管和钢管管壁变薄、强度降低,增加漏水和爆管的可能性。
　　(7)管道爆管事故有聚集现象。当一次管道维修结束以后很有可能在不久以后会在其附近不断发生更多的爆管事故。把这种现象解释为:①由于管道的破裂产生的漏水导致了事故点附近的管道基础损坏;②由于维修的需要把管道露出地面,管道周边的温度条件发生了变化;③在管道维修过程中,事故点附近的管道结构和基础受到了扰动。城市的老城区发生管道爆管事故聚集的情况要比新城区明显。
　　(8)管道在经过2~3次事故之后就会进入管道事故多发阶段。管道发生2到3次事故前后的事故模式从本质上来说是有区别的,在建立预测模型时应考虑。
　　(9)新安装的管道爆管的可能性较小,但以后每次发生爆管都会减少后继爆管发生的时间间隔。
　　(10)管道的爆管率与冬季**大冰冻穿透深度、霜冻指数有关,主要是由于冰冻荷载的加大。在夏季非常干燥的季节,爆管率也会增加,主要原因是土壤收缩增加了作用十管道上的切应力造成的。
　　(11)如果管道连续经历2个寒冷的时间段,第个时间段的爆管率会大于第二个时间段。原因是**个时间段的霜冻作用于系统中较薄弱的管段,已经对管网进行一定程度的修复,为管网经历第二个寒冷期做好了准备。
　　(12)爆管率随着温度的降低而增加。有国外学者研究发现爆管率受管道水流温度的影响要大于环境气温的影响,水温的下降对爆管率有决定性的影响。
　　(13)夜间的爆管频率要高于白天。
　　2.3 爆管预测模型
　　要想评价管网现状,对管网进行修复和更新,必须选定一个管网状态指标。与管道状态密切相关的管道爆管次数为**合适的评价指标。爆管模型的建立再加上经济评价模型,可以帮助管网管理者评价管网现状,制定出合理的管网修复和更新计划。爆管预测模型可以分为物理模型和统计模型两大类。
　　2.3.1 物理模型爆管预测的物理模型是试图分析作用在管道上的荷载,管道抗荷载的能力,管道内外所受腐蚀的程度、范围来预测管道事故。导致爆管的物理机理极其复杂,有些情况尚无法完全解释清楚。这些物理机理包括:①管道结构特性、管道材料类型、管道与土壤的相互作用、管道安装质量;②管道内部水流的压力和管道外部荷载的大小;③由发生在管道内外的化学反应、生物反应和电化学反应造成的管道材料腐蚀。