樹狀供水管網泄漏水力計算及分析

范艷婷

摘要：本文采用EPANET軟件對樹狀供水管網的泄漏問題進行了研究。針對樹狀管網的泄漏問題，討論主干管路泄漏及支路管路泄漏兩種情況進行分析。通過軟件分析及計算結果的研究發現，當主干管路發生泄漏時，與無泄漏情況下流量情況相比，主干管道的流量會增大；支路管道發生泄漏時，與該節點形成供水關系的各管路流量與無泄漏情況下的流量情況相比會發生變化，樹狀管網中其它支路的管段流量與無泄漏情況下的管段流量情況相同，流量大小保持不變。

關鍵詞：樹狀管網，泄漏，水力特性

中圖分類號：G64文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）05（c）-0000-00

1.前言

供水管網漏損問題十分普遍，部分漏損問題較為嚴重的城市，供水管網漏失率高達21.4%左右，此外部分的北方地區城市供水管網漏失率甚至達到了40%[1]。因此，有必要對供水官網的泄漏問題加以研究。

1991年，Ligget提出基于壓力和流量，以動態的形式判斷管網是否發生泄漏，進行管道破裂問題的研究[2-3]。Ligget于1994年通過數據分析及研究，對管網的漏損問題進行線性求解，更好地對瞬變流問題進行了研究[4]。2008年，Shridhar Yamijala以管道的泄漏量等數據為基礎，進行時間序列上的統計及分析[5]。上述學者的研究內容都各有其側重點。本文基于EPANET軟件，對樹狀管網的泄漏問題進行了水力計算，在此基礎上對供水管網的水力特性進行了分析，對供水管網的漏損檢測以及漏損控制提供一定的理論基礎。

2.樹狀管網泄漏

圖1所示的節點（1）為一水池，該水池為樹狀管網提供水源。管段[1]上設有泵站，其水力特性為： ， m， =1.852。節點（1）處的水頭為 ，各節點地面標高見表1。

2.1 主干管路發生泄漏

假設泄漏發生于主干管路中的3節點處，泄漏量從0開始逐漸變大。利用EPANET軟件計算3節點泄漏時各管段的流量以及各節點處水頭隨時間的變化過程。

圖2給出了主管段2內的流量在無泄漏和泄漏時隨時間的變化過程。從圖2可以看出，當節點3發生滲漏時，主干管道2的管段流量與無泄漏情況相比會隨時間逐漸增大。

圖2 無泄漏和3節點泄漏情況下主干管段2內流量隨時間的變化

2.2支路管道發生泄漏

假設泄漏發生于支路管段的節點8處。泄漏量仍然從0開始逐漸變大，利用EPANET軟件計算8節點泄漏時各管段的流量以及各節點處水頭隨時間的變化過程。

圖3給出了主管段5內的流量在無泄漏和泄漏時隨時間的變化過程。從圖3可以看出：泄漏節點所在支路的管段流量與主干管道的管段流量在泄漏發生以后會減小。節點未發生泄漏的管網支路的管段流量與無泄漏情況相比管段流量不發生變化，即泄漏對支路管段流量沒有影響。

圖3無泄漏和8節點泄漏情況下主干管段5內的流量隨時間的變化

3.結論

本文利用EPANET軟件分別對樹狀管網中的主干管道泄漏和子管道泄漏進行了水力計算，通過以上分析得出下面的結論：

1）對于樹狀管網，當主干管路發生泄漏時，為滿足支路中各節點的需水量，僅主干管路流量與無泄漏相比會增加，支路管段各流量保持不變。

2）當樹狀管網中的支路節點發生泄漏時，與該節點形成供水關系的各管路流量與無泄漏情況相比發生變化，與泄漏處支路管段呈并列關系的支路管段流量不發生變化。

參考文獻：

1 勾曉峰.管網滲漏流走巨額財富.經濟參考報，2004，1

2 Pudar R S， Liggett J A.Leaks in pipe networks.Journal of Hydraulic Engineering， ASCE， 1992，118（7）：1031-1046

3 Liggett J A， Chen L C.Inverse transient analysis in pipe networks.Journal of Hydraulic Engineering， ASCE， 1994， 120：934-955

4 E.B. 懷利，V.L. 斯特里特.瞬變流.水利電力出版社，1987，1

5 Shridhar Yamijala， Seth D.Guikema， Kelly Brumbelow.Statistical models for the analysis of water distribution system pipe break data.Reliability Engineering and System Safety.2008，1