基于層次分析法的供水管道爆漏事故分析

鄧玉海

摘要：結合供水管道搶修工程經驗，對供水爆漏事故進行定性分析，找出導致爆漏事故發生的主要因素，再運用層次分析法進行定量分析，建立層次結構模型，確定導致爆漏事故發生的關鍵因素，以此作為工作開展和安排的重點。

關鍵字：供水管道；爆管；層次分析法；事故預防

一、研究背景

目前，我國城市供水企業普遍都已經運營超過二、三十載，大都面臨著供水管網漏損嚴重的問題。據數據顯示，我國城市自來水管網漏損率平均高達21.5%，對比對比美國的8%，德國的4.9%，日本東京的3.3%，差距顯而易見。管網漏損率過大，不僅造成水資源浪費，還增加了企業供水成本，降低了用水效率，甚至危及用水安全。

研究分析供水管道爆漏事故產生的原因和影響權重，就是從源頭出發，尋找一種降低管網漏損的有效途經。同時，為供水管網的建設、設計、施工、管理提供科學依據。

二、層次分析法介紹

層次分析法是一種定性分析與定量分析相結合的多目標決策分析方法。其理論核心是通過分析系統的有關要素及其相互關系，將系統簡化為有序的層次結構模型，使這些要素歸為不同的層次，在每一層次，可按其上一層的某一準則，對該層要素進行兩兩相對比較，建立判斷矩陣，通過計算判斷矩陣的最大特征根及對應的正交特征向量，得出該層要素對于該準則的權重，最后計算出多層要素對于總體目標的組合權重，以此下去，從而得出不同方案或評價對象的優劣權重，為決策和評選提供依據。

這種方法采用相對標度的方式，同時充分利用了人的經驗和判斷能力，統一了有形與無形、可定量與不可定量的眾多因素。

三、供水管道爆漏事故原因分析

為分析供水管道爆漏發生的原因，這里以東莞市東江自來水有限公司為例，通過對其搶修數據、搶修業務骨干的調查研究，造成管道爆漏的主要原因包括：

1、管道原因：主要可分為管道質量差、管齡過長、管道老化等三個方面。供水管道質量好壞、管道運營時間長段、管道材質的自然老化與管道發生破裂漏水密切相關。管道質量差如三階段砼管、鍍鋅管等，是造成供水管道漏損重要的因素。管道腐蝕主要表現方式是生銹、坑蝕、結瘤、開裂或催化等。管道運營時間較長，受到土壤酸堿影響和細菌腐蝕，以及管道中水的雜質作用，使管材特性發生變化，成為漏水的薄弱之處。

2、壓力原因：主要可分為壓力過高、水錘現象等兩個方面。水壓過高時水管受力也相應增加，漏水與爆裂的幾率也會增加。閥門操作、不同水廠供水源造成的水錘現象，更是增大了附近爆管的可能。

3、氣候原因：主要可分為季節變化、晝夜溫差大等兩個方面。熱脹冷縮效應對供水管道影響非常明顯，季節性溫差引起管道各部分伸縮變形不一致而產生滲漏，而晝夜溫差更容易造成管道的伸縮頻率變化而導致接口的松動、脫落甚至漏水。

4、管理原因： 主要可分為設計不合理、施工質量不到位、監管不到位、人為損壞等四個方面。管網設計不合理導致壓力分配不均勻，影響正常的供水調度。施工質量不到位導致后期管網容易發生脫落，甚至破裂漏水。施工員對現場的監督不足，后期對管網維護的管理不到位所產生的人為破壞管道情況，都是造成漏損的重要組成部分。

5、環境原因： 主要包括管道鋪設路面發生沉降致使管道錯位破裂，交通主干道密集的車輛過往對管道的震動影響，惡劣的環境使管道長期受泥沙、下水道、河流腐蝕而容易發生漏水等三個方面。

四、供水管道爆漏事故分析

（一）建立層次結構模型

將供水管道爆漏事故原因轉換為層次分析法的層次結構模型，一級指標用A表示，二級指標用B表示，如下圖所示。

（二）構建兩兩判斷矩陣并求解

根據層次分析法的計算方法，在經驗豐富的搶修業務骨干的指導下構造各級指標的判斷矩陣，運用matlab軟件計算出各級指標的權重值和判斷矩陣的最大特征根，并進行一致性檢驗。

1、一級指標權重的計算

一級指標包括：管道原因（A1）、壓力原因（A2）、氣候原因（A3）、管理原因（A4）、環境原因（A5），判斷矩陣見表1。

2、二級指標權重的計算

（1） A1對應的二級指標包括：管道質量差（B1）、管齡過長（B2）、管道老化（B3），判斷矩陣見表2。

（2） A2對應的二級指標包括：壓力過大（B4）、水錘影響（B5），判斷矩陣見表3。

（3）A3對應的二級指標包括：季節變化（B6）、晝夜溫差大（B7），判斷矩陣見表4。

（4） A4對應的二級指標包括：設計不合理（B8）、施工不到位（B9）、管理不到位（B10）、人為破壞（B11），判斷矩陣見表5。

（5）A5對應的二級指標包括：路面沉降（B12）、交通主干道（B13）、腐蝕性環境（B14），判斷矩陣見表6。

3、最底層致因因素綜合權重的計算

根據上述計算結果，得出最底層致因因素導致管道爆漏事件的綜合權重值，結果見表7。

（三）結果分析

根據上述計算結果，按權重值的大小將導致供水管道發生爆漏事件的14個因素進行排序，順序依次如下：B1、B4、B2、B5、B7、B3、B9、B6、B14、B10、B12、B11、B13、B8。

其中管道質量差（B1）、壓力過大（B4）、管齡過長（B2）、水錘影響（B5）等4項因素的綜合權重值均超過0.1，是造成供水管道爆漏最重要的因素，應重點關注。

另外管道老化（B3）、晝夜溫差大（B7）、施工不到位（B9）、季節變化（B6）等4項因素的綜合權重值均超過0.04，是造成供水管道爆漏比較重要的因素，應需要進行有效控制和預防。

其他因素綜合權重雖然較小，是造成供水管道爆漏次要因素，但是為了求得最大的安全性，也應進行適當的控制和預防。

五、總結及預防措施

上述根據層次分析法理論分析的結果，與供水管道爆漏數據以及實踐經驗相吻合，證明該分析方法具有很強的操作性。

根據此次調查分析情況，這里還總結出以下一些預防措施，以供相關供水企業或部門參考，主要包括：

1、加快城市供水管網的更新改造：

（1）針對城市老舊供水管網，應加快進行管網更新改造。

（2）管網改造的同時，應合理選材，推廣新型管材，如球墨鑄鐵管、PE管等。

（3）管網改造設計時，在管線工程中應因地制宜設置有效的排氣閥、調壓閥。

（4）進行分區計量設計，進行多級分區管理，安裝智能化遠傳水表。

2、提高管道施工技術水平，加強施工全過程的質量控制保證施工質量，嚴格按照設計要求和施工規范施工。

3、建立供水管網運營管理系統，比如SCADA供水管網監控和數據采集系統、GIS供水管網地理信息系統、供水管網水力模型等。

4、調整管網壓力。降低過高的管網供水壓力是降低管網爆損的有效措施之一。在供水管網建立測壓點，根據各測壓點的壓力變化調度水廠二泵房運行臺時，使整個管網壓力保持相對穩定，避免由于高、低峰水壓波動引起管網爆管。

5、加強管線巡查維護力度，建立健全工作責任制。

參考文獻：

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