漏损管网压降分析及漏损区域粗略定位实验研究

罗 义 周佳奇

(河北建筑工程学院能源与环境工程学院，河北 张家口 075000)



漏损管网压降分析及漏损区域粗略定位实验研究

罗 义 周佳奇

(河北建筑工程学院能源与环境工程学院，河北 张家口 075000)

通过漏损管网模拟实验对漏损管网水力特性的微观分析为核心研究内容，并在实验条件下模拟管网漏损.通过分析漏损前后引起管网的压降变化对管网漏损区域粗略定位.

模拟实验；水力特性；漏损；压降；粗略定位

0 引 言

进入21世纪，水资源短缺在世界范围内蔓延[1,2].因此，合理保护水资源成为世界学术界和科研界关注的焦点问题之一.管网漏损是城市供水行业中普遍存在的现象.不仅浪费大量的水源，而且使供水企业蒙受极大的经济损失[3,4,5].采用科学、有效的方法对漏损现象进行控制，事前做到有效预防、事后能够及时修补，对节约水资源、提高供水企业的经济效益和社会效益具有重要意义[6,7].

1 研究

1.1 研究目标

微观模拟管网漏损实验，结合漏损前后管网中各压力监测点的实时数据进行管网整体压降宏观分析，并通过管网中各压力监测点数值的变化、管网整体压力数值的变化判断管网中是否存在漏损的管段，及时察觉.其次通过分析管网的水力流线，分析出影响各压力监测点的管段区域，粗略的定位出漏损的区域.在城市供水中，降低供水管网漏损的关键在于在发生漏损的初期能够被及时发现，缩短漏损时间，降低漏损量[8].

1.2 研究思路

实验模拟单点渗漏，节点爆管，得出漏损前后各压力监测点的实时数据，对漏损管网进行压降分析.并且，通过管网漏损的模拟实验，分析管网中相同位置不同渗漏强度、不同位置相同渗漏强度的漏损前后对管网的整体压降影响、对管网中各压力监测点的数据影响，结合管网中的水力流线能够粗略的分析出漏损区域的大致范围[9].

1.3 研究装置

实验管网为单水源管网，由一个卧式二级泵加压供水.6个大用户供水阀门同时打开，保证管网在漏损状态下大用户的供水量.管网管材均是PVC管，管径分别是DN50、DN40、DN32、DN25、DN20，管网中水龙头管段管径为DN15，通过阀门不同开度模拟管网漏损试验的渗漏与爆管强度.

2 实 验

2.1 单点渗漏实验[10]

本实验在管网的上游、中下游、下游不同管段上选取3点进行单点漏损模拟，管段管径分别为DN40，DN32，DN20.龙头所在管段管径为DN40，龙头所在管段管径为DN32，龙头所在管段管径为DN20，龙头所在具体详见图1.龙头所选位置具有实验代表性.

通过调节水龙头阀门的不同开度来实现对渗漏模拟实验不同强度的控制，水龙头的阀门为1#、2#、3#，模拟渗漏阀门的开度分别控制在00、100、200和300.

实验过程中，首先运行管网，6个大用户控制阀门同时打开，调节各个阀门开度，满足各个大用户的供水量，观察并记录此时刻各监测点的压力值，作为管网无漏损现象发生时的基础数据，及各龙头阀门开度为00时各压力监测点的压力值.此后，保证各大用户的阀门开度不变，并且记录龙头阀门1#、2#、3#开度控制在100、200、300时管网中各压力监测点的水压力值，并用超声波流量计对渗漏点上下游管段的水流方向进行监测.压力监测点位置如图1所示[11,12].

图1 实验装置示意图

各压力监测点在不同管段水龙头、阀门开度不同时监测的水压力值不同，实时数据见图2、图3、图4：

压力监测点 压力监测点 压力监测点

图2 龙头1渗漏压力监测值 图3 龙头2渗漏压力监测值 图4 龙头3渗漏压力监测值

通过对图2、图3、图4和表1的数据分析可以看出，同一管段上龙头阀门开度不同时各压力监测点监测压力值不同：阀门开度较大，压力值较小；阀门开度较小，压力值较大.在阀门开度相同的情况下，不同管径管道上引起的压降也不同.因为泵在给管网供水时对不同龙头引起的压降变化要结合整个管网的水力流线进行分析.

龙头1实验数据分析：1#阀门位于管网上游，模拟1#阀门渗漏，2号、3号监测点压降变化较显著，其次是1号；6号监测点的压降变化不明显.原因：1#阀门渗漏，位于其下游管段水量水压下降，3号压力监测点直接受其影响，所以压降变化显著；2号压力监测点管段与渗漏点1#阀门管段并联，1#阀门漏损，位于进口并联支路的2号压力监测点管段供水量减少，水压下降，压降变化显著；6号监测点位于管网有利供水区域，当龙头1处管段发生渗漏时对其影响较小，所以压降变化不明显.

龙头2实验数据分析：2#阀门位于管网中下游，模拟渗漏发生时4号、6号监测点压力值变化显著，3号监测点较明显，7号监测点压降变化不明显.分析认为其原因为：4号监测点位于发生漏损管段的并联支路上，当2#阀门漏损时，减少了4号监测点管段的供水量，致使压降变化显著；6号监测点位于2#阀门下游，渗漏发生使得下游管段供水量减少，压力降低，压降变化显著；2#阀门渗漏，对7号监测点所处管段供水量影响较小，压降变化较低.

龙头3实验数据分析：3#阀门位于管网下游，接近最不利点，依据超声波流量计检测的管网中各管段水流方向，3#阀门渗漏，影响压降变化的监测点有1号、3号2号，但7号监测点压降变化显著，因为7号压力监测点与3#阀门同处一片供水分区，3#阀门渗漏直接影响了该区域的压降变化.

表1 模拟单点渗漏各压力监测点压降变化

2.2 节点爆管实验[10]

选取水龙头1、2进行管网爆管模拟试验.水龙头1、2阀门开度分别为00、450、900，记录各压力监测点实时数据：

图5 龙头1爆管压力监测值 图6 龙头2爆管压力监测值

表2 模拟节点爆管各压力监测点压降变化

1#、2#阀门模拟节点爆管时，压力值变化显著的监测点分别是2号、3号和6号，数据水力流线分析如同单点渗漏模拟试验，离流线距离较近的区域压降变化较为明显.

2#阀门爆管引起的管网整体压降变化强于1#阀门.原因一：2#阀门所在管段管径为DN32，1#阀门所在管段管径为DN40，爆管面积影响管网压降；原因二：1#阀门接近水源点，漏损发生时，水量能够得到及时补充，一定程度上对管网整体压降起到减小作用.

对比表1和表2压降变化可以看出，管段爆管引起的压降变化远强于管段渗漏引起的压降变化.

3 分析与结论

综上对实验数据的处理、分析，得出结论如下：

通过管网中各压力监测点的压降变化，可以判断出管网中漏损现象是否发生，并粗略定位出漏损点所处区域.

(1)1#阀门模拟漏损实验的管网压降分析，可知：1#阀门所处管段漏损，引起压降变化显著的是1号、3号、2号监测点.1号监测点位于1#阀门上游，2号监测点位于1#阀门并联支路上，3号监测点位于1#阀门下游.所以根据该3处监测点压降变化，可以粗略定位出漏损点所处区域位于1#阀门附近.

(2)2#阀门模拟漏损实验的管网压降分析，可知：根据供水管网水力流线，当2#阀门所处管段发生漏损时，监测点1号、2号压降变化较显著；3号、4号监测点位于2#阀门的并联支路上，但由于4号监测点距离2#阀门的水力流线较近，所以2#阀门漏损时压降变化较显著于3号监测点；6号监测点位于漏损点2#阀门下游，漏损发生时受其直接影响，压降变化最显著.所以依据该5处监测点压降变化，可以粗略定位出漏损所处区域位于2#阀门附近.

(3)3#阀门模拟漏损实验的管网压降分析，可知：根据供水管网水力流线，当3#阀门所处管段发生漏损时，监测点1号、2号、3号压降变化较显著；但由于7号监测点与3#阀门处同一片供水区域，压降变化显著.所以依据该4处监测点压降变化可以粗略定位出漏损点所处区域.

(4)供水管网有漏损现象发生时，根据多压力监测点的压降变化分析，可知压降变化最显著的区域距离漏损区域的水力流线最近.管段漏损，影响压力变化的区域有其上游管段、下游管段、并联支路管段，三者都发生显著变化，但依据管网的供水水流线图了解到漏损发生对水力流线最近区域的压力影响最突出，所以可知漏损区域发生在压降变化最大的压力监测点上游.

[1]姜文来,唐曲,雷波，等.水资源管理学导论[M].北京化学工业出版社,2004,(8)

[2]李霞,城市供水管网漏损定位及控制研究[D].博士学位论文,天津大学,2006.1

[3]连鹏,城市供水管网漏损控制方法的研究[D].硕士学位论文,天津大学，2004.12

[4]Witness Mpesha.Leak detection in pipes by frequency response method.University of South Carolina,1999

[5]严煦世,刘遂庆.给水排水管网系统[M].中国建筑工业出版社,2002

[6]陈宾.城市给水管网漏失问题的研究[D].硕士学位论文.哈尔滨工业大学,2001

[7]梁建文,肖迪,张宏伟，等.给水管网故障实时诊断方法[J].水利学报,2001,12

[8]贾辉.城市供水管网渗漏水力特性研究[D].博士学位论文，天津大学，2008.1

[9]周建华,曲世琳，等.配水管网压力与漏水量关系试验研究[J].给水排水,2005,31(8)

[10]王丽娟.城市供水管网漏损控制研究[D].博士学位论文,天津大学,2009.12

[11]张宏伟,张丽，等.给水管网压力监测点的布置方法[J].中国给水排水2003,19(3)

[12]王顺俭,王增义.论给水管网压力监测点的选择[J].中国给水排水,1989,5(3)

Research on the Experiment of Leakage of Pipeline Pressure Drop and Rough Positioning of Leakage Area

LUOYi,ZHOUJia-qi

(Hebei University of Architecture,Zhangjiakou 075000,China)

In this article, the micro analysis was made on hydraulic characteristics of the leakage of pipe network through simulation experiment of water supply network leakage.And network leakage was simulated under the condition of the experiment.By analyzing the differential pressure variation before and after leakage,the leakage region is roughly located.

simulation experiment;hydraulic characteristics;leakage;pressure drop;rough location

2016-04-25

罗义(1979-)，男,副教授,从事市政工程与环境研究.

TU 991

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