王亞楠，汪瑞清，胡群芳，王 飛

(1.上海市供水水表強(qiáng)制檢定站，上海 200082；2.上海市供水調(diào)度監(jiān)測(cè)中心，上海 200080；3.同濟(jì)大學(xué)，上海防災(zāi)救災(zāi)研究所，上海 200092)

我國2015年頒布的水污染防治行動(dòng)計(jì)劃(水十條)中明確規(guī)定，到2020年，全國公共供水管網(wǎng)漏損率控制在10%以內(nèi)[1]。城市供水管網(wǎng)的漏損不僅會(huì)造成水資源浪費(fèi)和經(jīng)濟(jì)損失，隨之帶來的次生災(zāi)害還嚴(yán)重影響社會(huì)生活和生產(chǎn)活動(dòng)，如何管理和降低供水管網(wǎng)漏損率依然是供水行業(yè)亟待解決的重要問題之一。城市供水管網(wǎng)漏損中物理漏損占主體，物理漏損通常占漏損總量60%以上[2]，物理漏損通常是由于管線受到結(jié)構(gòu)性破壞導(dǎo)致的瞬時(shí)性明漏或持久性暗漏。從管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)安全出發(fā)，結(jié)合供水管網(wǎng)物理特征和運(yùn)行特征以及環(huán)境要素等方面開展科學(xué)的評(píng)估與預(yù)測(cè)分析，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)的供水管網(wǎng)運(yùn)行安全狀態(tài)管理和漏損管理，從而可以從根本上降低爆管事故的發(fā)生概率及供水管網(wǎng)的漏損率。

目前，供水管線評(píng)估模型大多是針對(duì)性統(tǒng)計(jì)性的管道事故評(píng)價(jià)，如果僅使用單純的數(shù)理統(tǒng)計(jì)的概念，由于爆管事故的統(tǒng)計(jì)量限制，管道事故的數(shù)據(jù)信息對(duì)于全面的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)是不夠的[3]。通過對(duì)引起管道風(fēng)險(xiǎn)的因素識(shí)別、分析，構(gòu)建風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)則可以較全面地判斷供水管道事故發(fā)生的可能性。英國UNWIR、美國ASCE、加拿大NRC等知名政府單位或研究機(jī)構(gòu)都有針對(duì)各自地區(qū)公共基礎(chǔ)設(shè)施的安全風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系。英國肯特·米爾波爾在其《管線風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)》中構(gòu)建了管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估體系[3]，引入評(píng)分機(jī)制，采用指數(shù)評(píng)分法將所有可預(yù)見的導(dǎo)致管線故障的事件進(jìn)行分項(xiàng)，采用主觀評(píng)價(jià)法進(jìn)行管道總體風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。加拿大國家研究委員會(huì)(NRC)在2006年發(fā)表了供水管線狀態(tài)評(píng)估模型[4]，模型從環(huán)境因素、屬性因素和操作因素等方面建立綜合的管線評(píng)估架構(gòu)，最終得到管線的狀態(tài)評(píng)估值。

本文從供水管線結(jié)構(gòu)安全穩(wěn)定性出發(fā)，采用指數(shù)評(píng)分法建立供水管網(wǎng)管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。模型綜合考慮影響供水管線安全的各項(xiàng)建設(shè)屬性、結(jié)構(gòu)狀態(tài)、周邊環(huán)境、運(yùn)維狀況、漏損情況等因素，細(xì)化各項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素及分級(jí)評(píng)價(jià)指標(biāo)，針對(duì)我國供水管網(wǎng)特征，對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與評(píng)分，賦予各因素及指標(biāo)相對(duì)權(quán)重，并以此開發(fā)建立供水管網(wǎng)管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)。對(duì)供水管網(wǎng)的結(jié)構(gòu)安全風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，為供水管網(wǎng)系統(tǒng)的日常維護(hù)及更新改造提供決策依據(jù)。

1 管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的構(gòu)建

1.1 評(píng)估體系

利用工程風(fēng)險(xiǎn)分析理論，采用多因素綜合評(píng)估法構(gòu)建供水管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，通過對(duì)影響供水管線安全的因素對(duì)比及重要度分析，篩選有關(guān)管道結(jié)構(gòu)安全的重要影響因素。模型采用層次分析法構(gòu)建三大項(xiàng)風(fēng)險(xiǎn)因素，同時(shí)建立風(fēng)險(xiǎn)因素的子評(píng)估項(xiàng)目，細(xì)化為10項(xiàng)基本評(píng)價(jià)指標(biāo)，基本涵蓋了供水管道結(jié)構(gòu)安全性能主要指標(biāo)。模型結(jié)構(gòu)如圖1所示，其中：(1)管線荷載因素指標(biāo)SL，包括埋深h、管徑D、水壓P、管材M、溫差T和道路荷載L；(2)管線時(shí)間效應(yīng)指標(biāo)ST，包括管齡A、歷史事故H；(3)管線環(huán)境效應(yīng)指標(biāo)SE，包括土壤腐蝕環(huán)境E、區(qū)域擾動(dòng)影響R等。

圖1 供水管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型Fig.1 Risk Assessment Model for Structural Stability of Water Supply Distribution System

采用指數(shù)評(píng)分法，將模型中影響供水管道結(jié)構(gòu)安全的10項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)量化為對(duì)應(yīng)的評(píng)價(jià)分值，對(duì)各個(gè)風(fēng)險(xiǎn)要素評(píng)估項(xiàng)目進(jìn)行數(shù)據(jù)采集與評(píng)分，賦予各風(fēng)險(xiǎn)要素相對(duì)權(quán)重，得到目標(biāo)層綜合評(píng)分，表征供水管線風(fēng)險(xiǎn)。具體計(jì)算過程如式(1)～式(6)。

G=∑ωi·Si=ωL·SL+ωT·ST+ωE·SE

(1)

ωL+ωT+ωE=1

(2)

SL=ωL1·h+ωL2·D+ωL3·P+ωL4·M+ωL5·T+ωL6·L

(3)

ST=ωT1·A+ωT2·H

(4)

SE=ωE1·E+ωE2·R

(5)

∑ωLi=1,∑ωTi=1,∑ωEi=1

(6)

其中：ω—指標(biāo)權(quán)重；

S—各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分，分值為0～10。

1.2 評(píng)估指標(biāo)量化

基于上述指標(biāo)形成的管道風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估指標(biāo)體系，建立各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分準(zhǔn)則，每項(xiàng)評(píng)分表示該項(xiàng)指標(biāo)導(dǎo)致事故發(fā)生的可能性和其影響程度，利用工程定量風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)QRA(quantitative risk analysis)模型[5]定量評(píng)價(jià)事故的發(fā)生概率。

不同評(píng)價(jià)指標(biāo)通過力學(xué)計(jì)算、數(shù)值分析或參考規(guī)范指標(biāo)等方式，確定指標(biāo)評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)。例如，管材根據(jù)不同管材的力學(xué)特性，金屬材質(zhì)的管線材料強(qiáng)度與其敷設(shè)的腐蝕狀況密切相關(guān)，塑料材質(zhì)的管線性能與初始敷設(shè)條件及其自身老化密切相關(guān)等，對(duì)供水管網(wǎng)中經(jīng)常使用的特定管材種類進(jìn)行評(píng)分。埋深則考慮國內(nèi)供水管線埋深范圍，參考《管線風(fēng)險(xiǎn)管理手冊(cè)》[3]確定評(píng)分指標(biāo)。管網(wǎng)運(yùn)行壓力則參照供水管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范與標(biāo)準(zhǔn)，在存在漏損的情況下，管網(wǎng)運(yùn)行壓力與漏損量成正比，運(yùn)行壓力越大，管線漏失率也就越高。道路荷載則依據(jù)《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》道路等級(jí)分級(jí)評(píng)分。管線因周邊環(huán)境溫變導(dǎo)致管體產(chǎn)生溫度應(yīng)力，以管線鋪設(shè)時(shí)的環(huán)境溫度為基準(zhǔn)，計(jì)算管道所處環(huán)境溫差變化值。

不同因素的評(píng)分按照其指標(biāo)數(shù)值等級(jí)與管線事故概率打分，評(píng)分分值在0～10分，表1～表10分別給出不同因素指標(biāo)評(píng)分取值，分值越高表示該指標(biāo)對(duì)管線安全影響越小，分值越低表示該指標(biāo)對(duì)管線安全影響越大。

表1 不同管道埋深評(píng)分指標(biāo)Tab.1 Score of Pipelines with Different Buried Depth

表2 不同管網(wǎng)運(yùn)行壓力評(píng)分指標(biāo)Tab.2 Score of Pipelines with Different Operating Pressure

表3 不同管徑評(píng)分指標(biāo)Tab.3 Score of Pipelines with Different Pipe Diameter

表4 不同管材評(píng)分指標(biāo)Tab.4 Score of Pipelines with Different Material

表5 溫差評(píng)分指標(biāo)Tab.5 Score of Pipelines with Temperature Difference

表6 道路荷載評(píng)分指標(biāo)Tab.6 Score of Pipelines with Different Traffic Load

表7 管齡評(píng)分指標(biāo)Tab.7 Score of Pipelines with Different Pipe Age

表8 歷史事故指標(biāo)Tab.8 Score of Historical Accident

表9 土壤環(huán)境指標(biāo)Tab.9 Score of Soil Environmental Quality

表10 區(qū)域?qū)傩灾笜?biāo)Tab.10 Score of Regional Attribute

注：R區(qū)—鄉(xiāng)村；S區(qū)—郊區(qū)；T區(qū)—城鎮(zhèn)

1.3 評(píng)估指標(biāo)權(quán)重

模型中指標(biāo)因素權(quán)重的確定是影響模型準(zhǔn)確性的關(guān)鍵要素，為保證指標(biāo)權(quán)重的客觀性，本文采取主成分分析法(PCA)[6-8]動(dòng)態(tài)獲取因素指標(biāo)的目標(biāo)權(quán)重。

將管線事故的多個(gè)因素按照相關(guān)性排序，提取出導(dǎo)致事故的第一主成分因素、第二主成分因素等，采用各個(gè)因素對(duì)結(jié)果的貢獻(xiàn)率表征模型中指標(biāo)因素的權(quán)重。通過計(jì)算每個(gè)綜合因素相應(yīng)的信息量來確定權(quán)重。主成分分析的步驟如下。

(1)提取部分管線事故樣本，將事故樣本進(jìn)行預(yù)處理，抽象組合出事故樣本中統(tǒng)計(jì)因素項(xiàng)目的n×p相關(guān)系數(shù)矩陣，如式(7)。

(7)

其中：xij—第i個(gè)樣本中第j個(gè)指標(biāo)事故時(shí)指標(biāo)數(shù)值；

n—樣本個(gè)數(shù)；

p—考察的因素指標(biāo)個(gè)數(shù)。

(2)將矩陣標(biāo)準(zhǔn)化處理消除指標(biāo)數(shù)據(jù)量綱的影響，計(jì)算矩陣的對(duì)應(yīng)的協(xié)方差、協(xié)方差矩陣和特征值，如式(8)～式(10)。

(8)

Σ=(σij)p×p

(9)

|λE-Σ|=0

(10)

E—單位矩陣。

由式(8)、式(9)計(jì)算不同因素之間的協(xié)方差σij，組成協(xié)方差矩陣Σ。由式(10)計(jì)算每個(gè)因素對(duì)應(yīng)的特征值λ1、λ2…λp。

(3)選擇主成分及計(jì)算主成分的貢獻(xiàn)率，按照特征值的比例表征p個(gè)因素指標(biāo)各項(xiàng)的貢獻(xiàn)率，按照式(11)得到貢獻(xiàn)率αi的大小從而確定第i個(gè)指標(biāo)的因素權(quán)重。

(11)

本文通過調(diào)用MABLAB中的pcacov函數(shù)根據(jù)協(xié)方差矩陣進(jìn)行主成分分析。調(diào)用格式如式(12)～式(14)。

COEFF=pcacov(Σ)

(12)

[COEFF,latent]=pcacov(Σ)

(13)

[COEFF,latent,explained]=pcacov(Σ)

(14)

其中：調(diào)用的輸入?yún)?shù)Σ—樣本的協(xié)方差矩陣；

輸出參數(shù)COEFF—p個(gè)主成分的系數(shù)矩陣，第i列是第i個(gè)主成分的系數(shù)向量；

輸出參數(shù)latent—p個(gè)主成分的特征值的大小(從大到小)構(gòu)成的向量；

輸出參數(shù)explained—p個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率。

1.4 風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

城市供水管網(wǎng)管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將供水管線風(fēng)險(xiǎn)劃分為五級(jí)，如表11所示。

表11 供水管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Tab.11 Grade Standard for Structural Stability Risk Assessment of Water Supply Pipeline

2 模型應(yīng)用分析

2.1 SH市某區(qū)供水管網(wǎng)基本情況

將本文提出的供水管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型應(yīng)用于SH市某區(qū)供水管網(wǎng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，該區(qū)面積23.45 km2，服務(wù)人口約85.2萬，區(qū)域內(nèi)人口密度高，交通繁忙，供水管網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，管材類型多樣，新老供水管線交錯(cuò)，管網(wǎng)使用年限較長，具有典型的老城區(qū)供水系統(tǒng)的特征。本文中針對(duì)該區(qū)供水管網(wǎng)中管徑DN300以上管線進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)分析，從供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中提取模型分析所需的基本管線屬性和道路屬性以及歷史事故信息。該區(qū)供水管網(wǎng)GIS圖如圖2所示。

圖2 供水管網(wǎng)GIS圖Fig.2 GIS(Geographic Information System)Map of Water Supply Distribution System

區(qū)域內(nèi)DN300以上的供水管線長度為247.76 km，供水管線數(shù)量為9 338條。統(tǒng)計(jì)該區(qū)區(qū)供水管線管齡情況，管齡在10年以內(nèi)的管線占77.7%，10～30年管齡的管線數(shù)量約占17.0%，30～50年管齡的管線約占2.8%，50年以上管齡的管線約占2.5%，主要管段管齡集中在10年以內(nèi)。

統(tǒng)計(jì)區(qū)域供水管線埋置深度在0～0.7 m的管線占36.6%，覆土厚度為0.7～1.3 m的管線達(dá)61.6%，覆土厚度1.3 m以上的管線約為1.8%。

統(tǒng)計(jì)該區(qū)供水管材類型包括球墨鑄鐵管、鑄鐵管、鋼管、混凝土管和塑料管等，其中46%左右為鑄鐵管，44%為球墨鑄鐵管，約8%為鋼管，2%為其他管道。

2.2 評(píng)估結(jié)果分析

根據(jù)能夠獲取的SH市2003年～2016年144條管線歷史事故，如表12所示。對(duì)發(fā)生事故的管線指標(biāo)進(jìn)行分析，提取關(guān)鍵致險(xiǎn)指標(biāo)的影響程度，導(dǎo)入式(7)的相關(guān)系數(shù)矩陣中，調(diào)用MATLAB程序進(jìn)行主成分分析，計(jì)算得到協(xié)方差矩陣、特征值矩陣，帶入式(11)中得到模型中各個(gè)指標(biāo)的貢獻(xiàn)率，結(jié)果如表13所示。

表12 管線歷史事故Tab.12 Historical Accident of Water Supply Pipeline

注：*-管材中1代表鑄鐵、2代表鋼、3代表球墨鑄鐵；**-道路荷載中1～4分別代表一級(jí)到四級(jí)道路

將表12的歷史事故樣本導(dǎo)入式(7)即可得到如下144×5階相關(guān)系數(shù)矩陣，如式(15)。

(15)

=[0.752，1.207，0.849，1.9，0.209]

(16)

將相關(guān)系數(shù)矩陣按照式(8)所示，經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理后，計(jì)算得到對(duì)應(yīng)的協(xié)方差矩陣σ和特征值向量λ，如式(16)。

將特征值帶入式(11)中計(jì)算得到各個(gè)指標(biāo)的主成分貢獻(xiàn)率，結(jié)果如表13所示。

由于管線歷史事故記錄指標(biāo)數(shù)據(jù)不完備，對(duì)于事故時(shí)的溫差、土壤環(huán)境屬性等5項(xiàng)指標(biāo)無法獲知，所以本文僅對(duì)存在數(shù)據(jù)的指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析。由于沒有對(duì)所有指標(biāo)同時(shí)進(jìn)行主成分分析，10項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重取值無法通過貢獻(xiàn)率的比例關(guān)系直接得到。本文以貢獻(xiàn)率計(jì)算的指標(biāo)相對(duì)關(guān)系(指標(biāo)間相對(duì)關(guān)系基本固定)作為主要考量，如管徑/埋深=1.6，管材/埋深=1.13，管齡/埋深=2.53。同時(shí)結(jié)合專家打分法補(bǔ)充其他指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，在專家采用層次分析法對(duì)指標(biāo)重要性進(jìn)行兩兩比較時(shí)，可參考貢獻(xiàn)率相對(duì)比值給出重要性比。通過對(duì)數(shù)位專家給出的權(quán)重進(jìn)行平均，得到10項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重值(表14)，其中管徑/埋深=1.8，管材/埋深=1.33，管齡/埋深=2.75，專家打分法給出的指標(biāo)最終權(quán)重比與貢獻(xiàn)率比值吻合，表明采用事故數(shù)據(jù)分析得到的指標(biāo)貢獻(xiàn)率在專家打分中起到了客觀數(shù)據(jù)支持作用，避免了直接采用專家打分法主觀性較強(qiáng)的缺陷，同時(shí)又克服了歷史數(shù)據(jù)不全無法獲得所有指標(biāo)貢獻(xiàn)率的問題。

表13 各個(gè)指標(biāo)主成分貢獻(xiàn)率Tab.13 Principal Component Contribution Rate of Each Index

表14 三項(xiàng)因素10項(xiàng)指標(biāo)權(quán)重取值Tab.14 Weight of 10 Indexes of Three Factors

以管網(wǎng)中編號(hào)為208的管線為例進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)評(píng)估計(jì)算，從供水管網(wǎng)GIS系統(tǒng)中提取模型分析所需的各項(xiàng)屬性信息，各項(xiàng)指標(biāo)的評(píng)分結(jié)果如表15所示。

表15 各項(xiàng)評(píng)價(jià)指標(biāo)取值Tab.15 Value of Each Index

參考上述各指標(biāo)權(quán)重取值，得到該管線的綜合評(píng)分G=0.5×(0.12×4+0.22×3+0.167×6+0.16×6+0.167×7+0.167×4)+0.3×(0.55×8+0.45×5)+0.2×(0.50×5+0.50×5)=4.89。按照風(fēng)險(xiǎn)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，該評(píng)分所處區(qū)間的管線處于Ⅳ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)。

將該區(qū)供水管線按照長度進(jìn)行不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)管段的統(tǒng)計(jì)分析，得到管線風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)的分布，如圖3所示。

圖3 管線風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)分布Fig.3 Risk Grade-Distribution of Water Supply Pipeline

由圖3可知，管線風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為Ⅰ級(jí)、Ⅱ級(jí)、Ⅲ級(jí)的供水管線占供水管線總長度的比例分別為1.2%、26.5%和39.5%，供水管網(wǎng)整體上處于良好狀態(tài)。但Ⅳ級(jí)(高風(fēng)險(xiǎn))和Ⅴ級(jí)(高危)管線的總比例也高達(dá)了33.2%，占到了全區(qū)供水管線的1/3，高風(fēng)險(xiǎn)以上管線易受到外界影響而發(fā)生損壞，發(fā)生漏損風(fēng)險(xiǎn)高，并有可能發(fā)生爆管。對(duì)比2017年美國土木工程協(xié)會(huì)(ASCE)對(duì)美國的供水基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果[9]，全美供水基礎(chǔ)設(shè)施得分為D，每年供水干管每100 km管損數(shù)量為15起左右，由于管網(wǎng)老化等導(dǎo)致的漏損率高達(dá)14%～18%，與該區(qū)域在管網(wǎng)安全等級(jí)和漏損狀態(tài)上有許多共性，可以借鑒其管線風(fēng)險(xiǎn)控制策略。

結(jié)合該區(qū)供水管線事故記錄資料，2011～2016年該區(qū)共發(fā)生DN500以上供水管線事故38起，其中有32起事故所在的管段為Ⅳ級(jí)或Ⅴ級(jí)管線，供水管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型的事故驗(yàn)證率達(dá)到84.2%。2016年1月23日～27日SH市經(jīng)歷極端寒潮天氣，期間該區(qū)發(fā)生DN500以上管損事件3起，驗(yàn)證均為Ⅳ級(jí)或Ⅴ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)管線，溫差突變導(dǎo)致的管線內(nèi)壓負(fù)載過大或溫度應(yīng)力過大導(dǎo)致了供水管道爆裂。2017年該區(qū)發(fā)生了一次DN1 200大口徑供水管段爆管事故，該管段也正是Ⅳ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)管線，由于溫度驟變、交通荷載和交叉管線等因素的共同作用引起管道應(yīng)力集中破壞，最終導(dǎo)致爆管事件的發(fā)生。

為掌握該區(qū)域高風(fēng)險(xiǎn)管線主要影響因素，為供水管網(wǎng)管線運(yùn)行維護(hù)和更新提供技術(shù)依據(jù)，以下針對(duì)管線位置、管材和管齡三個(gè)因素開展分析。

(1)高風(fēng)險(xiǎn)管線位置分析

統(tǒng)計(jì)不同風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)供水管線的分布位置發(fā)現(xiàn)，大部分Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)高風(fēng)險(xiǎn)管線分布于城市道路等級(jí)較高的主干路上，主要原因是由于城市主干道日常交通荷載大，作用到地下供水管道上附加應(yīng)力高，管道長時(shí)間受力不均影響管線結(jié)構(gòu)安全，容易發(fā)生管道爆裂漏水。同時(shí)，老城區(qū)的主干道路基本都經(jīng)歷過多次拓寬，導(dǎo)致原本埋設(shè)于荷載較低的非機(jī)動(dòng)車道或人行道的供水管線經(jīng)道路拓寬后置于機(jī)動(dòng)車道下部，管道埋深達(dá)不到荷載要求，導(dǎo)致管道承受較大外部荷載，風(fēng)險(xiǎn)較高。

(2)不同管材風(fēng)險(xiǎn)分析

鑄鐵管占Ⅳ級(jí)和Ⅴ級(jí)風(fēng)險(xiǎn)的供水管線的比例分別為39.72%和10.68%，可以發(fā)現(xiàn)約有一半的高風(fēng)險(xiǎn)和高危供水管道都是鑄鐵管。鑄鐵管由于材料脆性強(qiáng)、強(qiáng)度低、抗沖擊和抗震能力差等原因，又加之部分管道施工質(zhì)量較差，管網(wǎng)管線結(jié)構(gòu)破壞風(fēng)險(xiǎn)較高。日本東京2002年開始為降低供水管網(wǎng)漏損率，開始將老化的鑄鐵管道全面更換為球墨鑄鐵管道，供水管網(wǎng)的漏損率得到了明顯的降低[10]。考慮供水管網(wǎng)運(yùn)行安全性，建議輸配水管網(wǎng)中盡量減少使用鑄鐵管材，對(duì)老舊的鑄鐵管道進(jìn)行計(jì)劃性的更新改造。

(3)不同管齡風(fēng)險(xiǎn)分析

結(jié)合管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，管齡在0～30年的管線在鋪設(shè)早期是其安全風(fēng)險(xiǎn)易發(fā)生期，管齡在30～50年的管線安全風(fēng)險(xiǎn)較低，超過50年后將進(jìn)入高風(fēng)險(xiǎn)時(shí)段。這符合典型的設(shè)備事故率“浴盆曲線”，建議結(jié)合管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)管齡超過50年的供水管線綜合判斷是否進(jìn)行維修或更換。

3 結(jié)論與建議

(1)本文從工程風(fēng)險(xiǎn)分析理論出發(fā)，參考國內(nèi)外管線風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，分析影響供水管線結(jié)構(gòu)安全主要因素及指標(biāo)，構(gòu)建供水管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型。通過案例分析與事故點(diǎn)驗(yàn)證，表明本文建立的供水管道結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型可較好地反映管線安全風(fēng)險(xiǎn)與事故狀態(tài)；

(2)通過對(duì)SH市某區(qū)供水管網(wǎng)管線開展風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，分析表明主干道路敷設(shè)管道、鑄鐵材質(zhì)管道和50年以上管齡管道風(fēng)險(xiǎn)較高，為供水企業(yè)制定科學(xué)有效的管網(wǎng)檢測(cè)與維護(hù)改造提供技術(shù)依據(jù)。

本文從供水管網(wǎng)管線結(jié)構(gòu)安全角度提出了風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，解決了目前供水管網(wǎng)運(yùn)維管理被動(dòng)、低效等問題。然而，本模型在以下方面仍可繼續(xù)開展進(jìn)一步研究。

(1)模型建立的精度仍依賴于獲取的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的完整性和可靠性，在對(duì)SH市某區(qū)的應(yīng)用分析中發(fā)現(xiàn)，存在部分基礎(chǔ)數(shù)據(jù)缺失和管線歷史事故記錄不全的情況。建議供水企業(yè)重視基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的收集與管理，建立漏損管道的檔案管理制度，完善供水管網(wǎng)的技術(shù)檔案。

(2)風(fēng)險(xiǎn)是隨時(shí)間動(dòng)態(tài)變化的，供水管道隨時(shí)都可能因?yàn)橥饨缯T因?qū)е鹿收系陌l(fā)生。針對(duì)供水管網(wǎng)安全運(yùn)行管理與保障，后續(xù)將風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型、GIS系統(tǒng)和供水管網(wǎng)實(shí)時(shí)運(yùn)行調(diào)度系統(tǒng)相結(jié)合，通過供水管線結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)、管網(wǎng)在線運(yùn)行數(shù)據(jù)和事故數(shù)據(jù)更新，建立供水管網(wǎng)動(dòng)態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估系統(tǒng)[11]，實(shí)現(xiàn)供水管網(wǎng)安全風(fēng)險(xiǎn)在線動(dòng)態(tài)預(yù)警。