上海城市供水管网更新改造规划初探

上海市自来水市南有限公司
艾志平

一、供水管网现状：

　　上海市城市市政供水已有117年历史了，自1883年创业以来，供水规模日益增大，据一九九九年年底统计，上海城市拥有13家净水厂和56座增压泵站和水库泵站，供水覆盖面积924.08平方公里，供水能力730万立方米，最大日供水量达651万立方米，供水管网∮75mm～∮2000mm,长度达7167.8公里，向全市279.6万只水表用户供水服务。
　　1881年8月在上海杨树浦动工建造水厂，铺设供水管道，并于1883年8月通过∮500毫米灰口铸铁管输水管。向“洋泾浜”地区（今黄浦区西藏中路以东部分地区）供水，此后，法商沪南水厂、商办内地水厂、商办闸北水厂及浦东水厂相继开办，排设了大量输水管和配水管。
　　1883年～1949年，供水规模发展较慢，供水管道长度只有841公里，最大水管道口径为1000毫米。所用的管道的材质，绝大多数是灰口铸铁管，少量采用钢管。
　　1949年以来，特别是二十多年改革开放，上海的城市供水事业发展很快，铺设了大量的各类材质的管道，以排设管道长度计算，主要还是以灰口铸铁管为主。
　　1963年初，对长桥水厂1＃∮1200出厂输水管道9.8公里（通水投产仅9个月，n系数已高达.0.023）被迫全线进行分段人工刮管除垢，涂沥青防腐层。
　　1964年开始试排∮100～∮300毫米滑入式胶圈接口的灰口铸铁管。
　　在六十年代末，供水管道∮500毫米（含∮500毫米）以上改为胶圈膨胀水泥和胶圈石棉水泥封口。
　　1967年7月起，∮100（含∮100）以上新排管的内壁开始涂水泥砂浆衬，不涂衬，不排管。
　　七十年代起，逐步开始采用少量预应力钢筋混凝土管。1973年上海第一根∮2000钢管施工敷设，这是上海城市最大的供水清水管道。在新港路、四平路铺设∮1500毫米连续浇注的灰口铸铁管。
　　八十年代初，由于市区灰口铸铁管的爆管频率明显增加，对社会带来一定程度的危害。原上水公司于1986年开始明确∮1000毫米（含∮1000毫米）以上不再使用连续浇注灰口铸铁管。
　　1987年4月在蕴藻南路开始试排上海铸铁管厂生产的∮300毫米（英制）橡胶圈球墨铸铁管。
　　1987年对四平路（新港路－临平路）∮1500连续灰铁管更新改造为钢管，原水管曾爆管三次，造成周边较大的损失。
　　八十年代后期～1990年，对连续爆管已达63次的长桥水厂1＃∮1200出厂管，开始更新，改排为钢管，消除了爆管隐患。
　　1988年在四平路排设∮1000毫米铸态球墨铸铁管。
　　1990年在龙吴路试排∮500毫米玻璃纤维增强复合管（玻璃钢管）。
　　1990年在三泉住宅小区内，开始试排∮100毫米～∮200毫米UPVC塑料管。
　　1991年在街坊内改善困难用水方面，采用塑料内衬的镀锌钢管。
　　1992年在淮海中路配合地铁工程中，试排∮300SMJ机械柔性接口的球墨铸铁管。
　　1993年，在闵行水厂的浑水管中，采用薄壁钢混凝土管。
　　1997年初，原上水公司决定在道路规划红线外的住宅小区内，全面推行≤∮50毫米UPVC塑料管，得到建设部和市建委的肯定。
　　这些年来，我们不断探索适应上海地区的新型管材和接口， 最大限度保证供水的安全可靠性。一百多年来，具有材质质脆、韧性差、抗强度低、爆管频率高的灰口铸铁管已陆续埋设地下， 对上海供水事业作出积极贡献。但在优质服务供应、抗震防灾等方面存在一定的隐患，为加速供水管道的改造，制定供水管道的更新改造规划（重点旧管道改造规划）是十分必要的。

二、供水管网的更新改造规划

　　（一）供水管网的更新改造规划的目标
　　上海城市供水管网现正处在于更新改造与发展的新时期，合理的供水管网更新改造与发展结合起来，以最低的费用来保证供水管网连续不断地向用户提供良好的水质、水压和水量。这就是供水管网更新改造规划的目标。
　　要实现这一目标，首先取决于合理的投资获得较大的社会效益和经济效益；其次，取决于技术经济的合理性，采取何种适应本地区更新改造的方法，来确保供水安全可靠性。
　　1999年，上海城市自来水行业进行改革，将原上水公司裂变成四家具有独立法人的区域性供水企业，立足了全市管网规划一张管网网络，但又要具有独立供水区域管网，虽对管网规划带来有一定的难点，也带来良好发展机遇。
　　（二）编制供水管网发展规划
　　供水管网发展规划应走在城市经济建设的面前，而在编制供水管网发展规划时，必须将供水管网更新改造放在首位。否则不仅要影响经济建设，而且使老用户的用水得不到保证。
　　编制供水管网发展规划的几点考虑：
　　1、结合供水低压区或低压区的改造，更新改造供水管道
　　1989年夏，全市出现12块低压区和准低压区，面积为5.125平方公里。1990年全市出现8块准压区，面积为5.2平方公里，造成这些低压区或准低压区主要原因，供水管道内部结垢严重，n值增大，输水能力下降，周边用户需求增大，经过几年的供水管网的更新改造，供需矛盾趋于缓解，例：1994年南京东路（外滩～西藏中路）排设∮500毫米，实行夜间一体化施工，既满足南京东路商业大楼消防用水，又改变了长期以来低压供水状态。
　　2、结合市政道路建设与改造，更新改造供水管道
　　结合上海市中心的市政道路改造。原上水公司根据原先供水管道输水能力，管道材质的情况，结合供水管网发展规划，按规划重新铺设水管，共和新路（中山北路～苏州河）铺设了∮1000毫米水管，九七年六月通水后，提高了共和新路沿线供水能力，居民用水得到明显改善。
　　3、结合供水配套，更新改造供水管道
　　这几年来，上海城市中心建造了大量商业、住宅大楼。在制定供水配套方案，重点考虑在役供水管道的输水能力和满足老用户的用水。结合供水配套需求，统一规划，一次性实施。四川北路原先管道是在1909年（清朝光绪年代）排设的，1995年铺设∮500毫米水管后，不仅解决了供水配套，而且使沿线居民用水质量得到了提高。
　　4、结合供水小区规划，更新改造供水管道
　　原上水公司先后对市中心黄浦区闸北区的的供水小区进行规划，在编制供水小区规划时，重点调查供水区域现状（供水管道输水能力、腐蚀程度爆管和漏水频率），结合城市发展新建居住区、商业区、工业区、旧区改造等规划。规划管理部门，在编制规划时，在保证和提高老用户用水质量前提下，满足新用户的发展，并运用计算机对供水管网的技术经济的合理性，进行众多方案的比较，从而选择最佳方案，这样有利供水管道的更新改造工作进一步开展。
　　（三）供水旧管道改造规划
　　1996年初，原上水公司组织专业工程技术人员对全市供水区域内旧管道改造规划进行编制，1997年4月底已完成。
　　１、旧管道改造规划的立题理由
　　供水管道运行到一定年限，管道的内外壁发生腐蚀（特别是1967年7月以前铺设的水管，内壁无水泥砂浆涂衬），结垢严重，粗糙系数n值增大，漏水或爆管频率高，供水安全可靠性较差，这样供水服务供应承担较大的风险。
　　2、旧管道改造规划的界定
　　旧管道改造是城市供水管网更新改造规划的一个重要组成部分，有别于供水管网发展规划。旧管道改造规划界定：主要研究在旧城区里，对已投入运行的供水管道进行输水能力、漏水频率、管材材质、腐蚀程度等状况综合分析，结合供水管网发展规划，提出旧管道改造的方法、编制旧管道改造规划实施计划。
　　3、旧管道改造规划的前期准备
　　（1）旧管道改造规划分成十二个供水小区（原则上行政区为主），摸清每一个小区内水厂出厂管、增压和水库泵站进出水管网节点。
　　（2）收集五年来各供水管道的运行情况，主要内容：供水管道的爆管、漏水频率、腐蚀程度、输水能力、供水压力、管材材质和接口以及用户的投诉。
　　（3）根据1995年全市管网普查资料，重点整理和分析管龄50年以上的（1945年以前排设的）；∮350mm(含∮350mm)以下供水管道内壁无涂衬的。
　　（4）整理和分析已运行“非标”口径供水管道，如：∮175mm、∮225mm、∮275mm、∮450mm等。
　　（5）近三年的夏季供水时期，旧城区出现的准低区（供水压力10米－15米）的供水分析资料。
　　（6）整理和分析五年全市测流测压资料。主要是全市压力分布图、输水管道流向图及技术分析资料。
　　（7）整理∮375mm（含∮375mm）以上阀门现状（调度关闭、半开半关的故障阀门等）。
　　（8）收集公司已编制水厂、泵站、供水管网发展规划。
　　4、旧管道改造规划解决主要的对象：
　　∮375mm（含∮375mm）以上供水管道；
　　（1）爆管、漏水频率高、腐蚀严重、输水能力差、n值大、供水压力偏低、沿线用户投诉较多的供水管道。
　　（2）由于历史的原因，排设了“非标”供水管道，对运行的“非标”供水管道的修理，需加工特殊配件，贻误修理的时间，对修理和供水服务带来不便，对这“非标”供水管道逐一进行技术经济合理性分析，酌情考虑予以更新改造。
　　（3）对供水管道老化、管龄在50年以上的，酌情予以更新改造。
　　∮350mm以下的供水管道；
　　（1）爆管、漏水频率高、腐蚀严重、输水能力差、粗糙系数n值偏大，供水压力偏低，沿线用户投诉较多的供水管道。
　　（2）“非标”供水管道予以更新改造
　　（3）市政道路上没有供水管道，需填空的拟铺设供水管道，提高供水安全可靠性。
　　（4）供水管道内壁无涂衬的。
　　（5）供水管道管龄在50年以上的。
　　5、供水管道现状工况的分析
　　（1）现状资料的分析
　　根据旧管道改造前的前期准备收集到旧管道现状工况的资料，进行分析。首先列出旧管道改造规划要解决的对象的清单，根据不同对象，采取不同调查方法和内容，调查内容：供水管道漏水、爆管频率、测流测压、测定管段阻力系数、供水管网节点的合理性、使用年限、有无涂衬、管材材质与接口形式。
　　（2）供水旧管道的工况分析：
　　对收集的供水旧管道作管道负荷、水流方向、供水流量（含节点流量）、24小时连续水压分布、管材材质等工况分析、这是更新改造必要的条件，初步提出更新改造的设想和方案。
　　（3）参照了国内给水有关文献资料，结合自己的工作对供水旧管道更新改造，初步方案进行技术经济合理性分析。
　　以管道中水流建设Vi作为技术指标，当Vimin≤Vi≤Vimax时，管道运行合理。Vi≥Vimax时，为超负荷运行，管道内水头损失较大，耗能，易发生漏水或爆管事故。Vi≤Vimin时低负荷运行，不经济。根据假设新供水管道的口径、新旧管道的节点，周边供水管网供水压力，流量的分布，反复进行管网水力计算，最后选定更新改造的新水管的口径和供水管网节点。
　　6、编制旧管道改造实施计划
　　供水旧管道改造规划提出需要更新改造的∮300毫米（含∮300毫米）以上管道长度为192146米，实施改造已有三年，当初实施计划准备在五年内陆续付诸实施，由于受到市政掘路和经费的限制，难以如期完成，2000年四家供水企业正在加大改造管道力度，结合“十五”规划的实施，预计在今后的3～5年内基本完成改造任务。

　　对于∮900毫米（含∮900毫米）以上的旧管道改造，主要采用管中管、刮管涂料，更新调换的方法。
　　以上计划更新和大规划铺设的管道统计，约25％已得到改造，目前四家供水企业，结合所管辖的供水区域的特点，正在加以调整和完善。

三、供水管道的震害预测与对策

　　（一）供水管道的震害与对策的立题
　　国内外震害资料表明：一旦发生较强地震，供水管道系统易发生不同程度的破坏，引起自来水供应中断，将严重影响人民的正常生活和生产活动，例如：1906年的美国旧金山地震，1976年中国唐山地震、1995年日本阪神地震，这些地震都造成了供水管道系统严重损坏，上海也发生过的地震，虽然没有直接造成地下水管损坏，这足够引起市府高度的重视。在市府、市建委的关心下，我和同事一起参与了震害预测与对策的课题研究，这为供水管道的更新改造规划提供了依据。
　　（二）供水管道的震害分析与预测
　　原上水公司和同济大学等单位共同参与公用管线（自来水、煤气）震害预测与对策的课题研究。
　　上海地区的地理位置处于西欧板块和太平洋板块的交接带连绵，地壳活动不稳定，属地震活动带，这地震带内孕育着发生中强地震的主要发震条件和构造条件，目前上海地震防范标准为裂度7度。
　　地下供水管道与地面上构筑物的地震反应特征不同，地面上的构筑物主要遭受水平加速度的惯性力的作用，其次是受上下错动的地壳作用力。而地下供水管道受周围土壤的约束，它的震害主要是由于地面断裂、滑坡、震陷、土壤液化等场地震害以及地震被传播产生的土层振动变动所致。国内外震害表明：场地震害直接造成供水管道的破坏是相当严重的，而地震波传播造成的震害较轻，但其影响较广。
　　上海城市供水管道主要是承插式灰口铸铁管，属刚性接口，埋设于褐黄色粉质粘土中，受到地震作用下的接口损坏为主要破坏模式，供水管道接口变形及供水能力影响。
　　（三）供水管道震害预防的对策
　　1、新排管工程的管材，主要推荐球墨铸铁管，接口为柔性胶圈接头。
　　2、长距离大口径输水管，适当位置上加设柔性活络接头。
　　3、对在役的灰口铸铁管的更新改造工程量非常大，根据轻重缓急，安排计划，加快更新改造的速度，进一步提高供水安全可靠性。

四、今后的打算与建议

　　1、我们的工作重点：建议四家供水企业不断完善供水旧管更新改造规划，加快实施进度。
　　2、在实施供水发展规划同时，推动旧管的更新改造工作。
　　3、进一步研究震害对地下管道损坏的预防和对策，细化供水管网改造规划，加大更新改造旧管道的力度。
　　4、加强新排管的质量管理，市政道路上使用柔性接口的球墨铸铁管，街坊内推行UPVC塑料管。
　　5、对管材和阀门的供货商进行有针对性的选择，组织专家对产品的质量、使用、价格和售后服务等方面综合评价，选择几家工厂商，作为定点供货单位，确保工程质量。综合评价拟每二年进行一次。

二OOO年九月

注：1、本文初稿写于1997年，这次稍作修改。
　　2、本文参考了国内外行业有关文献资料。