基于層次分析法的供水管道爆漏事故分析

鄧玉海

摘要：結(jié)合供水管道搶修工程經(jīng)驗，對供水爆漏事故進(jìn)行定性分析，找出導(dǎo)致爆漏事故發(fā)生的主要因素，再運(yùn)用層次分析法進(jìn)行定量分析，建立層次結(jié)構(gòu)模型，確定導(dǎo)致爆漏事故發(fā)生的關(guān)鍵因素，以此作為工作開展和安排的重點。

關(guān)鍵字：供水管道；爆管；層次分析法；事故預(yù)防

一、研究背景

目前，我國城市供水企業(yè)普遍都已經(jīng)運(yùn)營超過二、三十載，大都面臨著供水管網(wǎng)漏損嚴(yán)重的問題。據(jù)數(shù)據(jù)顯示，我國城市自來水管網(wǎng)漏損率平均高達(dá)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(wǎng)漏損率過大，不僅造成水資源浪費(fèi)，還增加了企業(yè)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(chǎn)生的原因和影響權(quán)重，就是從源頭出發(fā)，尋找一種降低管網(wǎng)漏損的有效途經(jīng)。同時，為供水管網(wǎng)的建設(shè)、設(shè)計、施工、管理提供科學(xué)依據(jù)。

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(jié)合的多目標(biāo)決策分析方法。其理論核心是通過分析系統(tǒng)的有關(guān)要素及其相互關(guān)系，將系統(tǒng)簡化為有序的層次結(jié)構(gòu)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(zhǔn)則，對該層要素進(jìn)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(yīng)的正交特征向量，得出該層要素對于該準(zhǔn)則的權(quán)重，最后計算出多層要素對于總體目標(biāo)的組合權(quán)重，以此下去，從而得出不同方案或評價對象的優(yōu)劣權(quán)重，為決策和評選提供依據(jù)。

這種方法采用相對標(biāo)度的方式，同時充分利用了人的經(jīng)驗和判斷能力，統(tǒng)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(fā)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(shù)據(jù)、搶修業(yè)務(wù)骨干的調(diào)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(zhì)量差、管齡過長、管道老化等三個方面。供水管道質(zhì)量好壞、管道運(yùn)營時間長段、管道材質(zhì)的自然老化與管道發(fā)生破裂漏水密切相關(guān)。管道質(zhì)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(xiàn)方式是生銹、坑蝕、結(jié)瘤、開裂或催化等。管道運(yùn)營時間較長，受到土壤酸堿影響和細(xì)菌腐蝕，以及管道中水的雜質(zhì)作用，使管材特性發(fā)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(xiàn)象等兩個方面。水壓過高時水管受力也相應(yīng)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(xiàn)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(jié)變化、晝夜溫差大等兩個方面。熱脹冷縮效應(yīng)對供水管道影響非常明顯，季節(jié)性溫差引起管道各部分伸縮變形不一致而產(chǎn)生滲漏，而晝夜溫差更容易造成管道的伸縮頻率變化而導(dǎo)致接口的松動、脫落甚至漏水。

4、管理原因： 主要可分為設(shè)計不合理、施工質(zhì)量不到位、監(jiān)管不到位、人為損壞等四個方面。管網(wǎng)設(shè)計不合理導(dǎo)致壓力分配不均勻，影響正常的供水調(diào)度。施工質(zhì)量不到位導(dǎo)致后期管網(wǎng)容易發(fā)生脫落，甚至破裂漏水。施工員對現(xiàn)場的監(jiān)督不足，后期對管網(wǎng)維護(hù)的管理不到位所產(chǎn)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(huán)境原因： 主要包括管道鋪設(shè)路面發(fā)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(huán)境使管道長期受泥沙、下水道、河流腐蝕而容易發(fā)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(jié)構(gòu)模型

將供水管道爆漏事故原因轉(zhuǎn)換為層次分析法的層次結(jié)構(gòu)模型，一級指標(biāo)用A表示，二級指標(biāo)用B表示，如下圖所示。

（二）構(gòu)建兩兩判斷矩陣并求解

根據(jù)層次分析法的計算方法，在經(jīng)驗豐富的搶修業(yè)務(wù)骨干的指導(dǎo)下構(gòu)造各級指標(biāo)的判斷矩陣，運(yùn)用matlab軟件計算出各級指標(biāo)的權(quán)重值和判斷矩陣的最大特征根，并進(jìn)行一致性檢驗。

1、一級指標(biāo)權(quán)重的計算

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

2、二級指標(biāo)權(quán)重的計算

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

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

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

（4） A4對應(yīng)的二級指標(biāo)包括：設(shè)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(yīng)的二級指標(biāo)包括：路面沉降（B12）、交通主干道（B13）、腐蝕性環(huán)境（B14），判斷矩陣見表6。

3、最底層致因因素綜合權(quán)重的計算

根據(jù)上述計算結(jié)果，得出最底層致因因素導(dǎo)致管道爆漏事件的綜合權(quán)重值，結(jié)果見表7。

（三）結(jié)果分析

根據(jù)上述計算結(jié)果，按權(quán)重值的大小將導(dǎo)致供水管道發(fā)生爆漏事件的14個因素進(jìn)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(zhì)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(quán)重值均超過0.1，是造成供水管道爆漏最重要的因素，應(yīng)重點關(guān)注。

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

其他因素綜合權(quán)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(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)目刂坪皖A(yù)防。

五、總結(jié)及預(yù)防措施

上述根據(jù)層次分析法理論分析的結(jié)果，與供水管道爆漏數(shù)據(jù)以及實踐經(jīng)驗相吻合，證明該分析方法具有很強(qiáng)的操作性。

根據(jù)此次調(diào)查分析情況，這里還總結(jié)出以下一些預(yù)防措施，以供相關(guān)供水企業(yè)或部門參考，主要包括：

1、加快城市供水管網(wǎng)的更新改造：

（1）針對城市老舊供水管網(wǎng)，應(yīng)加快進(jìn)行管網(wǎng)更新改造。

（2）管網(wǎng)改造的同時，應(yīng)合理選材，推廣新型管材，如球墨鑄鐵管、PE管等。

（3）管網(wǎng)改造設(shè)計時，在管線工程中應(yīng)因地制宜設(shè)置有效的排氣閥、調(diào)壓閥。

（4）進(jìn)行分區(qū)計量設(shè)計，進(jìn)行多級分區(qū)管理，安裝智能化遠(yuǎn)傳水表。

2、提高管道施工技術(shù)水平，加強(qiáng)施工全過程的質(zhì)量控制保證施工質(zhì)量，嚴(yán)格按照設(shè)計要求和施工規(guī)范施工。

3、建立供水管網(wǎng)運(yùn)營管理系統(tǒng)，比如SCADA供水管網(wǎng)監(jiān)控和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、GIS供水管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)、供水管網(wǎng)水力模型等。

4、調(diào)整管網(wǎng)壓力。降低過高的管網(wǎng)供水壓力是降低管網(wǎng)爆損的有效措施之一。在供水管網(wǎng)建立測壓點，根據(jù)各測壓點的壓力變化調(diào)度水廠二泵房運(yùn)行臺時，使整個管網(wǎng)壓力保持相對穩(wěn)定，避免由于高、低峰水壓波動引起管網(wǎng)爆管。

5、加強(qiáng)管線巡查維護(hù)力度，建立健全工作責(zé)任制。

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