自來水管道第三方損壞損失水量計算及其影響研究

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)濟損失和不良的社會影響。其中經(jīng)濟損失包含搶修費用和水量損失，水司往往核算搶修施工費用而忽略水量損失。針對這一問題，筆者對自來水管道第三方損壞損失水量進行詳細計算，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)計的影響程度。根據(jù)《水污染防治行動計劃》，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)漏損控制及評定標準》(CJJ 92—2016)中漏水量[6]計算方法，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]需進行沖洗。一般利用排污閥進行沖洗，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)運行、維護及安全技術(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，若無實測值可以取該地區(qū)的平均水壓，m。

2 計算實例

2.1 實例

某軌道交通施工點處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)計如表1所示，代入式(3)后計算得到Q放空=192.85 m3。

排污閥直徑Dj為0.1 m，沖洗時間為0.5 h，Q沖洗=265 m3。進一步計算得到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)計算可知這部分損失水量是可觀的，以往水司在實際操作中往往沒有計算或者少算了第三方損壞損失水量，例如若按照式(5)計算原漏失水量：

Q漏失原=V·A0·T1

(5)

式中V為平均經(jīng)濟流速，參照《給水工程》[5]，取0.9。則Q漏失原=101.7 m3，遠低于之前的計算值和現(xiàn)場的估計值，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，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進行統(tǒng)計計算，而是估算甚至沒有計算。

針對該實例，原來的損失水量按照平均經(jīng)濟流速計算漏水水量，沖洗水量按照式(4)計算，未考慮放空水量。原來計算的損失水量僅為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，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漏失計算Tab.2 Calculation of Qloss

當(dāng)D0<50 mm時，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。實際操作過程中，應(yīng)利用GIS的統(tǒng)計分析功能，計算出關(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間有關(guān)，其中沖洗時間又與沖洗范圍有關(guān)，一般來說沖洗范圍越大，沖洗時間越長。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%，折合成水費有約51萬元的經(jīng)濟損失。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%，折合成水費經(jīng)濟損失約為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)漏損控制及評定標準》(CJJ 92—2016)中的相關(guān)規(guī)定[6]，管網(wǎng)漏損率RWL按照式(6)計算：

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)仔細計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費水量，從而降低管網(wǎng)漏損率。否則，這部分水量將計入漏損水量，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)濟賠償計入售水量，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算第三方損壞損失水量，而不應(yīng)該采用平均經(jīng)濟流速計算。

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)詳細計算。當(dāng)D0<50 mm時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，應(yīng)準確計算。同時，應(yīng)積極向肇事單位索賠損失，爭取把這部分水量納入計費水量，從而降低管網(wǎng)漏損率和產(chǎn)銷差率，減少經(jīng)濟損失。