摘要：本文针对供水管网爆管数据信息管理、分析和应用方面存在的问题，提出了针对主干管爆管事件补充数据，并采用时间、空间分析相结合的手段建立有效的管网主干管爆管数据分析方法。以我国南方地区某供水区域A的管网维护数据为例，实践了该分析方法，并提出了W市主干管爆管防治应对措施的设想。

引言  由于受管网更新改造速度、技术水平和管网管理水平的制约，我国城镇现役供水管道漏损和爆管事故率较高，并且呈现事故规模扩大、危害程度加剧的发展趋势。通常一个中等城市每年的管网爆、漏事件可达到数百次甚至高达千次以上，管网维护抢修部门一般均有相关信息记录。但普遍存在的问题是：①爆、漏管事件记录不规范且过于简单；②有效的管道爆、漏数据记录历史较短；③爆管与漏水的界限不清；④不注重区分人为因素与自然因素；⑤数据分析方法简单、粗放。导致的结果是：管道爆、漏数据数量看似庞大，但数据质量不高，应用简单、粗放的数据分析方法，数据分析效果较差，难以提出有效的爆管和漏损防治措施。 

 针对上述问题，本文提出在有限的爆、漏数据基础上，有选择地针对属于“ 重点的少数” 的供水主干管爆管事件补充查询相关数据，采用时间、空间分析相结合的手段建立有效的管网主干管爆管数据分析方法，并通过我国南方地区W市的实例应用，提出若干具有一定适用性的爆管应对与防治的对策。

一、主干管爆管数据分析方法

1.1 主干管的界定

根据各城市的供水规模及管网情况的不同，其主干管的界定界限不尽相同。一般可将转输水量较大、与整个供水区水流方向一致的、对管网压力影响较大管段称为主干管。以主干管爆管分析为目的列入重点研究范围的主干管线占总管线长度不超过20%，例如某些中等城市将DN800及以上管线列为研究对象，而某些小城镇的管网将DN300及以上管线列为研究对象。

1.2 主干管爆管数据的收集与整理

由于现有的管道维护数据库数据数量及质量的缺陷，对己经列入爆管分析对象的爆管事件需尽可能补充收集相关信息。现有条件下，较完整的主干管爆管信息数据包括爆管日期、时间、地点、管材、管径、安装时间、爆裂位置、气温、周围环境、土壤情况、埋深、管网压力、开关泵情况、道路交通负荷大小、原因推测、是否自然因素或人为因素引发爆管等等。若属人为因素导致爆管（如道路或其他工程施工挖爆），则不列入分析对象。

1.3 爆管数据时空分析方法

供水管网爆管分析方法可分为3类:①物理分析;②描述性统计分析;③预测性分析。由于导致爆管的原因非常复杂，在现有条件下对影响爆管的因素进行准确的、定量的分析仍相当困难，目前还是以寻求统计规律为主，物理原因分析为辅。本研究以描述性统计分析为主寻求爆管发生的规律和趋势。

1.3.1时间分布分析

      以时间为主轴，通过图表形式对所收集的数据进行加工处理和显示，即对爆管发生的年、月、日、时进行分类、分组、汇总、排序等，得到爆管发生在时间上的分布规律，并探求爆管发生时间与水泵开停机时间、管网压力的相关关系等，分析其产生的可能内在联系。

1.3.2空间分布分析

      爆管空间分析的最终目的应是揭示爆管发生的空间分布规律。在供水管网中，爆管与交通荷载、土壤类型、管道密度、压力分布及爆管的聚集性分析均是目前可采用的、有效的空间分析手段。通常可借助于GIS系统提供的空间分析工具来进行，例如叠加分析、缓冲区分析等。

1.3.3其他分析

      利用描述性统计方法对爆管数据按管材、管径、管龄等因素分类、分组、汇总、排序等，可以得到爆管管材、管径、管龄分布规律。

1.4应对措施提出

      不同地区由于气候环境、管材选择、施工、管理等诸多方面的差异，导致供水管线爆管特征规律既有共性也具有相当程度的个性，有效的爆管应对措施应是建立在对当地爆管情况有详细的统计分析之后，有针对性地提出并实施。

二、实际案例应用

2.1案例概况

本实例对象为我国南方某地W市供水公司，供水面积约100K㎡，供水管网总长度约1400KM;平均供水规模63万m³/d，最高日供水量78万m³/d。列入分析对象的是2020~2024年，管径DN800及以上爆管事件，共计27次己去除挖爆等人为可控因素导致的爆管。主要数据来源为W市管网管道维护数据库SCADA数据库系统、公司内、外网资源。

2.2爆管数据时空分析

2.2.1时间分布分析

      本研究将27次爆管发生的年、月、日、时进行了分类、分组、汇总、排序等，并查询出各次爆管发生时刻附近，W市管网中水泵开停机时间以及爆管发生前管网的压力数据，得出如下分析结果:

(1)主干管爆管年变化未呈现逐年增长趋势，基本呈"一年多一年少"，交替变化趋势，如图1所示。由于仅列出了2020~2024年的数据，故该趋势并不明显。

图1  2020~2024年主干管年爆管次数

（2）与主干管爆管多发生在每年的第一、四季度，即在每年的气温较低时期。特别是每年2月份因天气常寒冷多雨，且用水量较少、温差较大导致爆管现象尤为突出。夏季7、 8月虽为年高峰用水时期，但爆管次数较少。如图2所示。

图2  2020~2024年主干管月爆管次数

  (3）爆管发生次数在上午11:00到晚上23:00间明显较多，占总爆管次数的近75%;凌晨和上午爆管概率较小，估计与中午11.00到晚上23.00间生产、生活活动相对比较集中相关。

（4）有12次爆管发生前的出厂水压力为0. 35~0. 375Mpa，出厂水压力大于0. 4 Mpa时的爆管次数仅为2次。故管网爆管与出厂压力无明显相关关系，即管网压力高并非是爆管概率大的主要原因，详见图3

图3  爆管前时段出厂水平均压力

(5）如表1所示:总计有8次爆管发生在水泵开、停机操作后10min之内，占总爆管次数约30%其中5次发生在关机后10min内，2次发生在开机后10min内，1次发生在转机后10min内。故关泵引发水锤导致爆管可能性比较大，但爆管与开关机机型的大小无直接关系。

2.2.2 空间分布分析

      本研究以主干道路及河流为界将W市供水范围分为5个片区，从北至南分别编名为区域1、 2、 3、 4、 5，并将27次爆管点位置标记在图上，分区域对爆管进行地理分布分析，如图5所示，得到以下分析结果:

图5  爆管点分布示意

(1)区域2,4,5爆管次数明显偏多，进一步按各区域内计算平均单位长度主干管管线爆管次数则区域4、5更为严重，即区域4,5内主干管线相对较短而爆管次数偏多。详见图5、表2。

（2）W市管网中供水二级泵房与爆管点在地理分布上无显著相关关系，即爆管点并不靠近相应启停水泵，且分布较广泛，甚至在管网末端出现。

2.2.3 其他统计分析

（1）主干管道爆裂中以水泥管和钢管管材为主，分别占到48%、33%，如图6所示

图6 爆管管材分布

（2）主干管道爆裂位置主要在水泥管承插口、钢管焊接口和焊接工作窗口部分的单面焊接缝处，且承口爆裂呈逐年上升的趋势。

（3）DN800管爆管次数占到总主干管爆管次数的41%，如图7所示。但按单位管长爆管次数计算，DN1200管单位管长爆管次数明显偏高。如图8所示。

图7 不同管径爆管次数分布

图8 不同管径每公里爆管次数

（4）主干管管龄在10~14a及20a以上时，爆管概率增加，如图9所示。特别是10 ~14a的水泥管及20a以上的铸铁管爆管概率较高，如表3所示。

图9 爆管管龄分布统计

2.3 W市爆管数据综合分析

（1）爆管与气温下降密切相关，温度越低，爆管概率越高。

（2）与爆管与管网压力及出厂水压高低无显著关系，但与出厂水水泵、管网中水泵启闭及用水户用水有一定关系。 

（3）爆管在空间分布上存在较为明显的空间聚集性规律，例如相对集中在某区、某个路段，但爆管发生的时间聚集性不明显。

（4）交通繁忙路段和重型车多的路段下的管道爆管概率明显较高。主要是过往车辆造成的地基振动，引起管道的不均匀沉降造成爆管。

 （5）水泥管、钢管是W市管网主要爆管管材类型，均是管道薄弱位置发生爆裂。水泥管主要是承插口爆裂，钢管主要是焊缝爆裂。

（6）水泥管爆裂主要发生在其管龄10~15a时，灰口铸铁管爆管主要发生在其管龄20a以上时。类似情况管道应引起足够重视。

2.4  爆管应对措施及建议

2. 4. 1加强爆管事前控制

       (1)根据爆管空间聚集性特点、交通繁忙路段、水泥管和灰口铸铁管爆管多发管龄特征、管道重要性等级评估供水区内各主干管爆管风险等级，绘制供水管道爆管风险地图，建立高风险管道数据库。

（2）加强有针对性的管网改造;爆管相对比较集中片区及路段下埋设的管段应列为重点改造对象。

（3）加强对高风险管段的漏水监控及巡检。由于低温时爆管概率明显增加，且漏水是大强度爆管的前兆，气温低时应加强重点管段的漏水监测，注重漏水处理。

（4）管道的承插口爆、漏最多，而且逐年上升。施工时应注意承接口施工质量，尽量采用柔性接口，增加抵抗地基振动及位移的性能。钢管的施工中，应控制好窗口位置和单边焊接时的烧焊质量，加强焊口的抗拉能力。

 (5)交通繁忙及常年重型车经过路段埋设管段考虑增加埋深或加固管道基础及覆土。

（6）鉴于‘关泵水锤’导致爆管可能性比较大，停泵操作时务必严格按‘先关阀再停泵，的操作规程操作。用水量较少的冬季，供水调度工作应尤为关注大、小泵切换时的管网状态。

2.4.2 提高爆管应急反应能力

（1）开展爆管事件的快速甄别与确定技术研究，争取在爆管初期对管网压力和流量的异常现象有比较准确的评估判断，以尽早采取相应措施开展爆管应急处理工作。

（2）开展爆管点的定位技术研究，能快速确定抢修停水影响范围、准确评估停水影响程度，确定爆管事故等级，启动相应应急预案。

（3）制定重大爆管事件应急处理流程，确保各相关部门联动效率高、信息畅通，将爆管带来的负面影响减小至最低。

2.4.3 注重管网管理信息化建设

供水管网GIS数据的准确性是爆管点准确定位、抢修停水影响范围及程度准确评估的重要前提条件。划分爆管与漏水界限，建立完善的管道维护数据库，录入包括爆管发生时间、止水时间、管材、管径、准确的地理位置、破裂位置描述、周围土体情况、埋深、关阀情况、气温、道路类型等信息。

三、结论及建议

本研究实例表明:针对现有管道爆、漏数据数量与质量的局限，如果是有选择地针对主干管爆管数据进行相应数据的补充与整理，然后开展时间、空间相结合的分析手段进行分析，可以揭示更多的有价值的爆管发生规律。

 建立完善、准确、详实的管道维护数据库是分析揭示爆管发生规律的重要前提;而采用尽可能丰富的技术手段开展相关分析也同等重要。随着供水企业信息化水平的提高，对供水管网爆管问题的分析与管理，应从原来建立简单的关系数据库及利用传统统计预测分析方法转变为建立基于管网GIS的管网维护数据库并充分应用GIS空间统计分析技术进行分析预测，才能更有针对性地提出相关对策和措施从而有效控制爆管事件的发生。