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摘要：给水管网漏损是供水行业经常会有的问题。漏损不但浪费了宝贵的水资源，还导致了给供水企业大的经济损失，因此世界各国都把供水行业的漏损作为一项重要课题进行研究。
关键词：给水管；漏损；防治
1引言
随着现代水资源的日益贫乏、而生产成本的日益高涨以及能源的日趋紧张，每处都把漏失问题作为一项关键的课题来探讨，其已渐渐成为整个给水事业一个不可分割的重要组成部分，国际供水协会召开的每届国际会议上都把漏失问题列为一个重要的专题。发达国家非常重视有关漏失的研究工作，很早开展了漏失检测技术及设备的研究、开发工作，并成立了相关学术研究机构，如英国水研究中心(WRC)专l7发表报告，论述漏失控制的内容、方法和对策;美国供水协会(AWWA)在1976年成立了漏失检测和计量委员会;日本水道协会(JWWA)专门对漏失问题进行了研究，在长期工程实践中取得了良好的漏失控制效果，如日本给水管网漏失率由1975年的18.9%逐年降低到1995年的9.7%;新加坡的未计量水率由1989年的10.6%逐年降低到1995年的63%。发展中国家对此项工作也给以足够的重视，在国际会议上发表大量文章，结合自身特点对漏失及其控制问题进行研究。
2给水管网漏损原因分析
2.1管材质量不佳。供水管网早期采用的管材以灰口铸铁，小口径多为镀锌管石棉管为主。据统计，我国80%以上的管道是灰口铸铁管，随着管网的运行，人们逐渐发现灰口铸铁的漏失成为管道漏损发生的主要组成部分。分析灰口铸铁管的漏水原因，灰口铸铁管在管道运行中，确实存在一定弊端:(1)从材质看铸铁管较脆，没有韧性，其延伸率几乎为零，属于典型的脆性管材，连续烧制的工艺也使管子的强度有所降低，不适用于高内压、重荷载、强震动的环境。(2)从接口看灰口铸铁管填料接口刚性强，当温度低，接头刚性过强，粘接强度很大时，易使水管拉断或接头部位脱落，导致水管漏水，原因是接头刚性过强，当土壤有不均匀沉陷时，从力学角度分析会使水管变成一根很长的承重梁，容易造成接头处折管，造成漏水。此外，接口质量差，接口材料用量比例不准，敲打不密实，也容易造成接口漏水。
2.2地质土层条件的影响。土壤的性质是影响漏损量的首要因素，它对漏损量的影响远大于其他因素。主要表现为以下几点:不同性质的土壤对金属管道的腐蚀性不同。当水量变化时，黏性土壤中的管道比非黏性土壤中管道容易发生沉降；埋管道的某些地段隐藏着腐殖土。
3给水管网漏损控制措施
3.1设计方面。管道接口往往是发生漏损的薄弱环节。由于刚性接口不能有纵向、竖向位移和扭转，当温度变化或产生不均匀沉降时易使管道损坏。因此，除特殊管段外，接口应采用橡胶圈密封的柔性接口。合理选择管道工作压力有利于降低管道强度要求和减少漏失几率。一般工作压力不宜选得过高，当供水距离较长或地面起伏较大，拟采用较高的工作压力时，宜与分区供水方案进行经济技术比较，并检查所选用的流速是否经济合理。也可以通过调整泵的运行和设置减压阀，在满足水量、水压和水质的前提条件下，使管网的运行压力趋于合理。
3.2施工方面。管底应是好的粘土或砂，有一定的承载力，管道要平整好，使管道和基础能整体接触，尽量避免不均匀沉降。同时管底还要检查不含石块等硬物，以防硬物将来对管道成为集中负载}fu引起管道破裂。设置阀门等配件时要注意基础的沉降量尽量与管道接近，砌阀门井时在管道旁留有空隙，以防沉陷不同时压坏管道。较大口径水管的弯头，特别是丁字管或管道堵头，有较大的外形推力，故一般应设置支墩以防管道移动。设计支墩时主要靠支墩背后的土压力，因此在施工时力争支墩背后的土为原土，在水压试验时要密切注意支墩及有关接口的移动情况。
4层次分析法（AHP）的基本思想和原理。层次分析法(The Analytic HierarchyProcess，简记AHP)是美国著名的运筹学家T.L.Satty等人在20世纪70年代提出的一种实用的多准则决策方法，自80年代初引入我国以来，以其定性与定量相结合处理各种评价因素的特点，以及其系统、实用、简洁的优点，迅速得到了广泛的重视和应用。它把人的思维过程层次化、数量化，并用数学为分析、决策、预报或控制提供定量的依据。这种方法采用相对标度的方式，同时充分利用了人的经验和判断能力，统一了有形与无形、可定量与不可定量的众多因素。从而为求解多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题，提供一种简便的决策方法。
5基于AHP的给水管网漏损因素评价模型的建立。(1)BP网络层数的确定。采用含有一个隐层的三层BP网络建模。BP网络中可以任意选择隐層层数和神经元的个数，所以模型中的隐层数目和神经元个数的确定方法尚无统一。一般考虑到尽可能减少学习费用，又满足精度要求的情况下，多数选用三层的BP网络，即只含一个隐层。选用二层的神经网络的BP算法的基本结构为:
(2)隐层神经元数目的确定。隐层神经元的数目通常由以下三个公式综合确定:
根据以上的隐含层设计经验公式，以及考虑到论文中算例的实际情况决该问题的网络隐层神经元个数应该在3--12之间。通过网络训练误差对比定最佳的隐层神经元个数为7。网络训练误差对比见下表。
BP算法在MATLAB神经网络工具箱中得到了更新，其采用了动量法和学习率自适应调整，从而提高了学习速度并增加了算法的可靠性。常见的反向传播算法正是利用网络误差平方和对网络层输入的导数来调整其权值和幂值，从而降低误差平方和。
总结
本文应用基于PSO的BP神经网络模型，对管道的安全使用时间进行预测，运算结果表明模型收敛速度和精度较BP网络都得到了较大的提高，从而不会陷入局部最优值，从而使模型对管道的安全使用时间的预报更加精确，在给水管网漏损管理中起到管道漏损预警的作用，并对管网改扩建与漏损防治相结合起到一定的促进作用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：给水管；漏损；防治
1引言
随着现代水资源的日益贫乏、而生产成本的日益高涨以及能源的日趋紧张，每处都把漏失问题作为一项关键的课题来探讨，其已渐渐成为整个给水事业一个不可分割的重要组成部分，国际供水协会召开的每届国际会议上都把漏失问题列为一个重要的专题。发达国家非常重视有关漏失的研究工作，很早开展了漏失检测技术及设备的研究、开发工作，并成立了相关学术研究机构，如英国水研究中心(WRC)专l7发表报告，论述漏失控制的内容、方法和对策;美国供水协会(AWWA)在1976年成立了漏失检测和计量委员会;日本水道协会(JWWA)专门对漏失问题进行了研究，在长期工程实践中取得了良好的漏失控制效果，如日本给水管网漏失率由1975年的18.9%逐年降低到1995年的9.7%;新加坡的未计量水率由1989年的10.6%逐年降低到1995年的63%。发展中国家对此项工作也给以足够的重视，在国际会议上发表大量文章，结合自身特点对漏失及其控制问题进行研究。
2给水管网漏损原因分析
2.1管材质量不佳。供水管网早期采用的管材以灰口铸铁，小口径多为镀锌管石棉管为主。据统计，我国80%以上的管道是灰口铸铁管，随着管网的运行，人们逐渐发现灰口铸铁的漏失成为管道漏损发生的主要组成部分。分析灰口铸铁管的漏水原因，灰口铸铁管在管道运行中，确实存在一定弊端:(1)从材质看铸铁管较脆，没有韧性，其延伸率几乎为零，属于典型的脆性管材，连续烧制的工艺也使管子的强度有所降低，不适用于高内压、重荷载、强震动的环境。(2)从接口看灰口铸铁管填料接口刚性强，当温度低，接头刚性过强，粘接强度很大时，易使水管拉断或接头部位脱落，导致水管漏水，原因是接头刚性过强，当土壤有不均匀沉陷时，从力学角度分析会使水管变成一根很长的承重梁，容易造成接头处折管，造成漏水。此外，接口质量差，接口材料用量比例不准，敲打不密实，也容易造成接口漏水。
2.2地质土层条件的影响。土壤的性质是影响漏损量的首要因素，它对漏损量的影响远大于其他因素。主要表现为以下几点:不同性质的土壤对金属管道的腐蚀性不同。当水量变化时，黏性土壤中的管道比非黏性土壤中管道容易发生沉降；埋管道的某些地段隐藏着腐殖土。
3给水管网漏损控制措施
3.1设计方面。管道接口往往是发生漏损的薄弱环节。由于刚性接口不能有纵向、竖向位移和扭转，当温度变化或产生不均匀沉降时易使管道损坏。因此，除特殊管段外，接口应采用橡胶圈密封的柔性接口。合理选择管道工作压力有利于降低管道强度要求和减少漏失几率。一般工作压力不宜选得过高，当供水距离较长或地面起伏较大，拟采用较高的工作压力时，宜与分区供水方案进行经济技术比较，并检查所选用的流速是否经济合理。也可以通过调整泵的运行和设置减压阀，在满足水量、水压和水质的前提条件下，使管网的运行压力趋于合理。
3.2施工方面。管底应是好的粘土或砂，有一定的承载力，管道要平整好，使管道和基础能整体接触，尽量避免不均匀沉降。同时管底还要检查不含石块等硬物，以防硬物将来对管道成为集中负载}fu引起管道破裂。设置阀门等配件时要注意基础的沉降量尽量与管道接近，砌阀门井时在管道旁留有空隙，以防沉陷不同时压坏管道。较大口径水管的弯头，特别是丁字管或管道堵头，有较大的外形推力，故一般应设置支墩以防管道移动。设计支墩时主要靠支墩背后的土压力，因此在施工时力争支墩背后的土为原土，在水压试验时要密切注意支墩及有关接口的移动情况。
4层次分析法（AHP）的基本思想和原理。层次分析法(The Analytic HierarchyProcess，简记AHP)是美国著名的运筹学家T.L.Satty等人在20世纪70年代提出的一种实用的多准则决策方法，自80年代初引入我国以来，以其定性与定量相结合处理各种评价因素的特点，以及其系统、实用、简洁的优点，迅速得到了广泛的重视和应用。它把人的思维过程层次化、数量化，并用数学为分析、决策、预报或控制提供定量的依据。这种方法采用相对标度的方式，同时充分利用了人的经验和判断能力，统一了有形与无形、可定量与不可定量的众多因素。从而为求解多目标、多准则或无结构特性的复杂决策问题，提供一种简便的决策方法。
5基于AHP的给水管网漏损因素评价模型的建立。(1)BP网络层数的确定。采用含有一个隐层的三层BP网络建模。BP网络中可以任意选择隐層层数和神经元的个数，所以模型中的隐层数目和神经元个数的确定方法尚无统一。一般考虑到尽可能减少学习费用，又满足精度要求的情况下，多数选用三层的BP网络，即只含一个隐层。选用二层的神经网络的BP算法的基本结构为:
(2)隐层神经元数目的确定。隐层神经元的数目通常由以下三个公式综合确定:
根据以上的隐含层设计经验公式，以及考虑到论文中算例的实际情况决该问题的网络隐层神经元个数应该在3--12之间。通过网络训练误差对比定最佳的隐层神经元个数为7。网络训练误差对比见下表。
BP算法在MATLAB神经网络工具箱中得到了更新，其采用了动量法和学习率自适应调整，从而提高了学习速度并增加了算法的可靠性。常见的反向传播算法正是利用网络误差平方和对网络层输入的导数来调整其权值和幂值，从而降低误差平方和。
总结
本文应用基于PSO的BP神经网络模型，对管道的安全使用时间进行预测，运算结果表明模型收敛速度和精度较BP网络都得到了较大的提高，从而不会陷入局部最优值，从而使模型对管道的安全使用时间的预报更加精确，在给水管网漏损管理中起到管道漏损预警的作用，并对管网改扩建与漏损防治相结合起到一定的促进作用。
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。