王潤華 張文忠

（牡丹江市供水工程有限責任公司，黑龍江 牡丹江 157000）

1 引言。隨著地球上水資源的日益貧乏、生產(chǎn)成本的日漸高漲和能源的口趨緊張，世界各國都把漏失問題作為一項重要的課題來研究，它已成為整個給水事業(yè)一個不可分割的重要組成部分，國際供水協(xié)會召開的每屆國際會議上都把漏失問題列為一個重要的專題。

發(fā)達國家非常重視有關(guān)漏失的研究工作，很早開展了漏失檢測技術(shù)及設(shè)備的研究、開發(fā)工作，并成立了相關(guān)學術(shù)研究機構(gòu)，如英國水研究中心(WRC)專l7發(fā)表報告，論述漏失控制的內(nèi)容、方法和對策;美國供水協(xié)會 (AWWA)在1976年成立了漏失檢測和計量委員會;日本水道協(xié)會(JWWA)專門對漏失問題進行了研究，在長期工程實踐中取得了良好的漏失控制效果，如日本給水管網(wǎng)漏失率由1975年的18.9%逐年降低到1995年的9.7%;新加坡的未計量水率由1989年的10.6%逐年降低到1995年的6.3%。發(fā)展中國家對此項工作也給以足夠的重視，在國際會議上發(fā)表大量文章，結(jié)合自身特點對漏失及其控制問題進行研究。

2 給水管網(wǎng)漏損原因分析

2.1 管材質(zhì)量不佳。供水管網(wǎng)早期采用的管材以灰口鑄鐵，小口徑多為鍍鋅管石棉管為主。據(jù)統(tǒng)計，我國80%以上的管道是灰口鑄鐵管，隨著管網(wǎng)的運行，人們逐漸發(fā)現(xiàn)灰口鑄鐵的漏失成為管道漏損發(fā)生的主要組成部分?；铱阼T鐵管導(dǎo)致漏水的原因主要是灰口鑄鐵管本身材質(zhì)和制作工藝的缺陷造成的。

分析灰口鑄鐵管的漏水原因，灰口鑄鐵管在管道運行中，確實存在一定弊端:(1)從材質(zhì)看:鑄鐵管較脆，沒有韌性，其延伸率幾乎為零，屬于典型的脆性管材，連續(xù)燒制的工藝也使管子的強度有所降低，不適用于高內(nèi)壓、重荷載、強震動的環(huán)境，尤其我國灰口鑄鐵管材質(zhì)的力學性能和管型一直停留在發(fā)達國家20世紀30年代的水平，其抗拉強度和管環(huán)抗彎強度一般都比國家標準低，有些廠家在生產(chǎn)過程中用強度較低的生鐵，使得鑄鐵管質(zhì)量下降。(2)從接口看:灰口鑄鐵管填料接口剛性強，當溫度低，接頭剛性過強，粘接強度很大時，易使水管拉斷或接頭部位脫落，導(dǎo)致水管漏水，原因是接頭剛性過強，當土壤有不均勻沉陷時，從力學角度分析會使水管變成一根很長的承重梁，容易造成接頭處折管，造成漏水。此外，接口質(zhì)量差，接口材料用量比例不準，敲打不密實，也容易造成接口漏水。

2.2 地質(zhì)土層條件的影響。土壤的性質(zhì)是影響漏損量的首要因素，它對漏損量的影響遠大于其他因素。主要表現(xiàn)為以下幾點:不同性質(zhì)的土壤對金屬管道的腐蝕性不同。一般黏性土壤對管道的腐蝕性比非黏性土壤強；不同性質(zhì)的土壤對管道的沉降不同。當水量變化時，黏性土壤中的管道比非黏性土壤中管道容易發(fā)生沉降；埋管道的某些地段隱藏著腐殖土。

3 給水管網(wǎng)漏損控制措施

3.1 設(shè)計方面。管道接口往往是發(fā)生漏損的薄弱環(huán)節(jié)。由于剛性接口不能有縱向、豎向位移和扭轉(zhuǎn)，當溫度變化或產(chǎn)生不均勻沉降時易使管道損壞。而柔性接口可有效地避免這種情況，因此在工程中應(yīng)多采用柔性接口。80年代以后出現(xiàn)了橡膠圈式的柔性接口，可以消除因溫差、不均勻沉降等不利因素產(chǎn)生的各種應(yīng)力，是比較理想的管道接口。因此，除特殊管段外，接口應(yīng)采用橡膠圈密封的柔性接口。

合理選擇管道工作壓力有利于降低管道強度要求和減少漏失幾率。一般工作壓力不宜選得過高，當供水距離較長或地面起伏較大，擬采用較高的工作壓力時，宜與分區(qū)供水方案進行經(jīng)濟技術(shù)比較，并檢查所選用的流速是否經(jīng)濟合理。也可以通過調(diào)整泵的運行和設(shè)置減壓閥，在滿足水量、水壓和水質(zhì)的前提條件下，使管網(wǎng)的運行壓力趨于合理。

3.2 施工方面。管底應(yīng)是好的粘土或砂，有一定的承載力，管道要平整好，使管道和基礎(chǔ)能整體接觸，盡量避免不均勻沉降。同時管底還要檢查不含石塊等硬物，以防硬物將來對管道成為集中負載}fu引起管道破裂。設(shè)置閥門等配件時要注意基礎(chǔ)的沉降量盡量與管道接近，砌閥門井時在管道旁留有空隙，以防沉陷不同時壓壞管道。

覆土密實度不一和兩側(cè)不均勻，均會使管道變形增加，受力增加。覆下的土近管道部分不能有硬物，硬物會破壞管道防腐層并形成集中負載。較大口徑水管的彎頭，特別是丁字管或管道堵頭，有較大的外形推力，故一般應(yīng)設(shè)置支墩以防管道移動。設(shè)計支墩時主要靠支墩背

后的土壓力，因此在施工時力爭支墩背后的土為原土，在水壓試驗時要密切注意支墩及有關(guān)接口的移動情況。

4 層次分析法（AHP）的基本思想和原理。層次分析法(The Analytic HierarchyProcess，簡記AHP)是美國著名的運籌學家T.L.Satty等人在20世紀70年代提出的一種實用的多準則決策方法，自80年代初引入我國以來，以其定性與定量相結(jié)合處理各種評價因素的特點，以及其系統(tǒng)、實用、簡潔的優(yōu)點，迅速得到了廣泛的重視和應(yīng)用。層次分析法是指將決策問題的有關(guān)兀素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進行定性分析和定量分析的一種決策方法。它把人的思維過程層次化、數(shù)量化，并用數(shù)學為分析、決策、預(yù)報或控制提供定量的依據(jù)。這種方法采用相對標度的方式，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。這一方法的特點，是在對復(fù)雜決策問題的本質(zhì)、影響因素以及內(nèi)在關(guān)系等進行深入分析之后，構(gòu)建一個層次結(jié)構(gòu)模型，然后利用較少的定量信息，把決策的思維過程數(shù)學化，從而為求解多目標、多準則或無結(jié)構(gòu)特性的復(fù)雜決策問題，提供一種簡便的決策方法。

5 基于AHP的給水管網(wǎng)漏損因素評價模型的建立。(1)BP網(wǎng)絡(luò)層數(shù)的確定。采用含有一個隱層的三層BP網(wǎng)絡(luò)建模。BP網(wǎng)絡(luò)中可以任意選擇隱層層數(shù)和神經(jīng)元的個數(shù)，所以模型中的隱層數(shù)目和神經(jīng)元個數(shù)的確定方法尚無統(tǒng)一。從理論上講，僅有一個隱層的BP網(wǎng)絡(luò)就足夠了，單隱層的BP網(wǎng)絡(luò)與雙隱層的網(wǎng)絡(luò)相比，后者更易于陷入局部極小，且更難以訓練，而在其他方面，兩者性能相似。一般考慮到盡可能減少學習費用，又滿足精度要求的情況下，多數(shù)選用三層的BP網(wǎng)絡(luò)，即只含一個隱層。

選用二層的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的BP算法的基本結(jié)構(gòu)為:

(2)隱層神經(jīng)元數(shù)目的確定。隱層神經(jīng)元的數(shù)目通常由以下三個公式綜合確定:

根據(jù)以上的隱含層設(shè)計經(jīng)驗公式，以及考慮到論文中算例的實際情況決該問題的網(wǎng)絡(luò)隱層神經(jīng)元個數(shù)應(yīng)該在3--12之間。通過網(wǎng)絡(luò)訓練誤差對比定最佳的隱層神經(jīng)元個數(shù)為7。網(wǎng)絡(luò)訓練誤差對比見下表。

?

BP算法在MATLAB神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱中得到了更新，其采用了動量法和學習率自適應(yīng)調(diào)整，從而提高了學習速度并增加了算法的可靠性。常見的反向傳播算法正是利用網(wǎng)絡(luò)誤差平方和對網(wǎng)絡(luò)層輸入的導(dǎo)數(shù)來調(diào)整其權(quán)值和冪值，從而降低誤差平方和。

總結(jié)。本文應(yīng)用基于PSO的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，對管道的安全使用時間進行預(yù)測，運算結(jié)果表明模型收斂速度和精度較BP網(wǎng)絡(luò)都得到了較大的提高，從而不會陷入局部最優(yōu)值，從而使模型對管道的安全使用時間的預(yù)報更加精確，在給水管網(wǎng)漏損管理中起到管道漏損預(yù)警的作用，并對管網(wǎng)改擴建與漏損防治相結(jié)合起到一定的促進作用。

[1]魏群.城市節(jié)水工程，中國建筑工業(yè)出版社，2006年.

[2]修春梅，楊月杰.德國檢漏技術(shù)簡介，給水排水，1997年.