自來水管道第三方損壞損失水量計(jì)算及其影響研究

高 云， 周 韌， 吳 忠， 陳春芳， 俞 琦

(常州通用自來水有限公司，江蘇常州320402)

目前，由于城市建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的加快，各種道路和管線建設(shè)如火如荼，導(dǎo)致自來水管道第三方損壞的事件層出不窮。以常州通用自來水有限公司為例，2019年第三方損壞管道僅DN≥100 mm以上的就多達(dá)199次，小管徑被挖破的次數(shù)更多。自來水管道被挖破后，會對水司造成經(jīng)濟(jì)損失和不良的社會影響。其中經(jīng)濟(jì)損失包含搶修費(fèi)用和水量損失，水司往往核算搶修施工費(fèi)用而忽略水量損失。針對這一問題，筆者對自來水管道第三方損壞損失水量進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算，探討損失水量對水司供水產(chǎn)銷差率及管網(wǎng)漏損率統(tǒng)計(jì)的影響程度。根據(jù)《水污染防治行動計(jì)劃》，到2020年，公共供水管網(wǎng)漏損率需控制在10%以內(nèi)[1]。根據(jù)2018年供水統(tǒng)計(jì)年鑒，全國平均產(chǎn)銷差率為24.4%，平均管網(wǎng)漏損率為14.6%。在當(dāng)前對產(chǎn)銷差率和管網(wǎng)漏損率降低越來越重視且越來越難的情形下，討論第三方損壞損失水量是極具意義的。

1 計(jì)算方法

自來水管道第三方損壞損失水量包含關(guān)閥前的漏失水量、關(guān)閥后的放空水量和搶修完畢的沖洗水量。

1.1 關(guān)閥前的漏失水量

自來水管道被挖破后，形成了一個(gè)薄壁孔口，如圖1所示。

圖1 孔口出流原理Fig.1 Principle of orifice outflow

參考薄壁孔口出流公式[2]以及《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評定標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 92—2016)中漏水量[6]計(jì)算方法，得到：

(1)

Q漏失=qv·T1

(2)

式中qv為被挖破管道的漏失流量，m3/h；Cd為流量系數(shù)，取0.6；A0為薄壁孔口面積，若是不規(guī)則形狀可估算，m2；H為被挖破的自來水管道水壓，若無實(shí)測值可以取該地區(qū)的平均水壓，m；Q漏失為自來水管道被挖破后到關(guān)閥前的漏失水量，m3；T1為自來水管道被挖破后到關(guān)閥前的時(shí)間，h。

1.2 關(guān)閥后的放空水量

關(guān)閥后的放空水量可以根據(jù)GIS中關(guān)閥范圍內(nèi)的管道管徑和長度計(jì)算得出：

(3)

式中i為受影響的供水管道編號，i=1，2，…，n；Q放空為自來水管道關(guān)閥后的放空水量，m3；Di為第i段自來水管道的直徑，mm；Li第i段自來水管道的長度，m。

1.3 搶修完畢的沖洗水量

自來水管道搶修完畢后，根據(jù)《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)搶修技術(shù)規(guī)程》(CJJ/T 226—2014)[3]需進(jìn)行沖洗。一般利用排污閥進(jìn)行沖洗，形成管嘴出流。參考水力學(xué)中的管嘴出流公式[2]和《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)運(yùn)行、維護(hù)及安全技術(shù)規(guī)程》(CJJ 207—2013)[4]，得到：

(4)

式中Q沖洗為自來水管道的沖洗水量，m3；T2為自來水管道沖洗時(shí)間，h；Dj為排污閥直徑，m；H為被挖破的自來水管道的水壓，若無實(shí)測值可以取該地區(qū)的平均水壓，m。

2 計(jì)算實(shí)例

2.1 實(shí)例

某軌道交通施工點(diǎn)處DN200管道被挖斷，關(guān)閥影響范圍如圖2所示。關(guān)閉了2個(gè)DN500閥門，主管道DN500管(約680 m)及沿線支管均受到影響。關(guān)閥停水時(shí)間為1 h，H=28 m，代入式(1)、式(2)，可得Q漏失=1 560 m3。

圖2 關(guān)閥影響范圍Fig.2 Effect of closing valve

根據(jù)GIS，放空水量對應(yīng)的管道統(tǒng)計(jì)如表1所示，代入式(3)后計(jì)算得到Q放空=192.85 m3。

排污閥直徑Dj為0.1 m，沖洗時(shí)間為0.5 h，Q沖洗=265 m3。進(jìn)一步計(jì)算得到Q總=Q漏失+Q放空+Q沖洗=2 017.85 m3。

表1 放空水量的管徑和長度Tab.1 Diameter and length of the discharge water pipelines

2.2 分析

根據(jù)計(jì)算可知這部分損失水量是可觀的，以往水司在實(shí)際操作中往往沒有計(jì)算或者少算了第三方損壞損失水量，例如若按照式(5)計(jì)算原漏失水量：

Q漏失原=V·A0·T1

(5)

式中V為平均經(jīng)濟(jì)流速，參照《給水工程》[5]，取0.9。則Q漏失原=101.7 m3，遠(yuǎn)低于之前的計(jì)算值和現(xiàn)場的估計(jì)值，根據(jù)式(1)、式(2)和式(5)，當(dāng)H取定值(一般取市政壓力值28 m)時(shí)，Q漏失約為Q漏失原的15倍，差異較大。

有的Q放空未根據(jù)GIS進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算，而是估算甚至沒有計(jì)算。

針對該實(shí)例，原來的損失水量按照平均經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算漏水水量，沖洗水量按照式(4)計(jì)算，未考慮放空水量。原來計(jì)算的損失水量僅為366.7 m3，和2 017.85 m3差距較大。

由式(1)和式(2)可知，當(dāng)H取定值(一般取市政壓力值28 m)時(shí)，Q漏失僅和A0和T1有關(guān)，假設(shè)A0為圓形，T1取1 h，則不同管徑管道的Q漏失見表2。

表2 Q漏失計(jì)算Tab.2 Calculation of Qloss

當(dāng)D0<50 mm時(shí)，Q漏失較少，反之，Q漏失較大。Q放空和第三方損壞的口徑和關(guān)閥的口徑有關(guān)，一般來說，損壞的口徑和關(guān)閥的口徑越大，Q放空越大。某些時(shí)候，損壞的管徑較小，但是由于閥門故障等原因，關(guān)閥的口徑卻很大，Q放空也就越大。實(shí)際操作過程中，應(yīng)利用GIS的統(tǒng)計(jì)分析功能，計(jì)算出關(guān)閥影響范圍內(nèi)所有管徑管道的放空水量。

Q沖洗與排污閥口徑和沖洗時(shí)間有關(guān)，其中沖洗時(shí)間又與沖洗范圍有關(guān)，一般來說沖洗范圍越大，沖洗時(shí)間越長。沖洗范圍即關(guān)閥范圍，通常第三方損壞的管道口徑越大，關(guān)閥影響范圍也越大，沖洗時(shí)間就越長，相應(yīng)的沖洗水量也越大。

3 影響分析

3.1 損失水量的影響

常州通用自來水有限公司2019年第三方損壞管道中僅DN≥100 mm以上的就達(dá)到了199次，小管徑被挖破的次數(shù)更多，總損失水量很大。假設(shè)DN≥100 mm的管道被挖破的洞口均為圓形，直徑均為10 mm,每次放空水量均為100 m3，排污閥直徑均為0.1 m，沖洗時(shí)間均為0.5 h，根據(jù)討論可知每次挖破的總水量損失為762 m3，199次損失的總水量為151 638 m3。2019年供水總量約為26 000×104m3，則DN≥100 mm的被挖破管道損失水量占全年供水量的0.06%，折合成水費(fèi)有約51萬元的經(jīng)濟(jì)損失。如果加上小管徑管道挖破的損失水量，則全年第三方損壞管道的損失水量占供水總量的比例接近0.1%，折合成水費(fèi)經(jīng)濟(jì)損失約為85萬元。

3.2 管網(wǎng)漏損率和產(chǎn)銷差率的影響

根據(jù)《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評定標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 92—2016)中的相關(guān)規(guī)定[6]，管網(wǎng)漏損率RWL按照式(6)計(jì)算：

RWL=(QS-Qa)/QS·100%

(6)

式中QS為供水總量，104m3；Qa為注冊用戶用水量，104m3。

根據(jù)水量平衡表[6](表3)，應(yīng)當(dāng)仔細(xì)計(jì)算第三方損壞損失水量，積極向肇事單位索賠，爭取把這部分水量納入計(jì)費(fèi)水量，從而降低管網(wǎng)漏損率。否則，這部分水量將計(jì)入漏損水量，導(dǎo)致管網(wǎng)漏損率升高。

表3 水量平衡表Tab.3 The water balance table

根據(jù)產(chǎn)銷差率的計(jì)算公式：產(chǎn)銷差率=(供水總量-售水量)/供水總量×100%，只有將這部分水量損失所獲得的經(jīng)濟(jì)賠償計(jì)入售水量，才能降低產(chǎn)銷差率，否則會導(dǎo)致產(chǎn)銷差率升高。

因此，雖然第三方損壞損失水量占供水總量比例不高，但是在現(xiàn)在產(chǎn)銷差和管網(wǎng)漏損率降低難度越來越大的形勢下，仍然具有積極的意義。

4 結(jié)論

① 應(yīng)采用孔口出流公式計(jì)算第三方損壞損失水量，而不應(yīng)該采用平均經(jīng)濟(jì)流速計(jì)算。

② 第三方損壞損失水量應(yīng)包含關(guān)閥前的漏失水量、關(guān)閥后的放空水量和搶修完畢的沖洗水量，都應(yīng)詳細(xì)計(jì)算。當(dāng)D0<50 mm時(shí)Q漏失較少，反之Q漏失較大。

③ 第三方損壞損失水量對于供水企業(yè)的管網(wǎng)漏損率和產(chǎn)銷差率都有一定貢獻(xiàn)，應(yīng)準(zhǔn)確計(jì)算。同時(shí)，應(yīng)積極向肇事單位索賠損失，爭取把這部分水量納入計(jì)費(fèi)水量，從而降低管網(wǎng)漏損率和產(chǎn)銷差率，減少經(jīng)濟(jì)損失。