从上表不难看出，70.5%的漏点都发生在埋深70cm之内的管道上；所以管道安装过浅也是造成漏损的一个原因。 23.5%的漏点发生在道路交叉口。说明在外界物砸压或者荷载过大时，造成路面沉降，并且这种沉降成不规则分布，从而使地下管道受力不均匀，在管道连接处或者腐蚀等薄弱环节容易产生漏水；当管道周围有尖石块时，在重压的作用下，石块对管道的破坏将进一步加剧，易导致脆性较强的管道破裂，韧性较好的管道变形，为以后管道漏水埋下了祸根。

图3—6某安装现场DN100球管地基被破坏

四、交叉施工

　　交叉施工是非常普遍而又棘手的现象，除了一些历史因素外，就其原因主要还是市政规划和一些单位的设计存在不合理的地方。使原本可以单独分开的管线，变得纵横交错；本可同时施工铺设的管线，却出现我埋你挖的、你埋我挖的现象。轻则破坏管道地基和周围环境，甚者管道被挖破、挖断，虽然在竣工前都得以修复，但给部分管道的安全还是留下了永久的隐患。如图3—6。

五、报废管道及设施继续供水

　　管道及供水设施的报废一般是因为老化、道路改造、居住区拆迁、屋顶水箱取消、一户一表改造以及管道更新等原因，使得原来安装的管道和设施不再使用，理应及时截断供水。但实际情况是报废管道继续供水的现象非常普遍，形成了管理和维修上的盲区，天长日久，漏水现象不可避免。如02年江北某老居民区拆迁，用户管道没有截断报废，继续供水，破烂王对拆迁区供水设施大举破坏，造成严重的漏水现象，检漏人员一个晚上就发现明漏30多处；再如05年江东分公司对已经完成了一户一表改造的中兴小区和锦苑小区供水设施进行了综合整治，结果如表3—3和表3—4：

 

中兴小区供水设施综合整治汇总表

表3—3

整治项目	数量	具体情况
漏水维修
私接水表	4处	无表卡、无表号
总表拆除	3只	一户一表改造后未拆除继续通水
总表整改	57只	接表管道继续通水，部分堵塞不严，存在滴漏
一户一表
屋顶水箱	64只	屋顶水箱取消后上水管道继续通水
报废管道	5处	报废管道没有彻底截断

锦苑小区供水设施综合整治汇总表

表3—4

整治项目	数量	具体情况
漏水维修	2处	阀门和消防栓漏水
私接水表	4处	无表卡、无表号
总表拆除	15只	一户一表改造后未拆除继续通水
总表整改	110只	接表管道继续通水，部分堵塞不严，存在滴漏
一户一表	18只	新装
屋顶水箱	118只	屋顶水箱取消后上水管道继续通水
报废管道	17处	报废管道没有彻底截断，继续通水

　　从上述小区的整改情况来看，一户一表改造后存在大量的报废管道、水表没有彻底割断和拆除，继续通水，一部分管道末梢的堵头处都有不同程度的漏渗水现象。如果报废管道内有不流动的水，时间一久水质变差，对管道的腐蚀作用更大，将给今后的漏水控制留下很大隐患。

第三节腐蚀与结垢的影响

　　腐蚀主要是对金属管道（钢管、铸铁管、镀锌管等）来说的，结垢对所有管材都存在，区别在容易结垢与不容易结垢及结垢多少问题。腐蚀会使管道变薄，穿孔而漏水，有时候会产生爆管而大面积漏水，造成大量水量损失。水垢是细菌微生物的避风港，在有有机物营养物质条件下，会繁殖生长，进而产生微生物腐蚀，同样会产生穿孔或爆管，因此腐蚀是产生管道漏水的原因之一。

图3—7腐蚀电池示意图

一、电化学腐蚀

　　电化学腐蚀是最基本及最常见的一种腐蚀。电化学的腐蚀过程也就是一个原电池的工作过程。如通常所见的电路一样，必须具备阳极、阴极、内电路和外电路。外电路可以是阳极和阴极的连接，内电路可以是阳极和阴极接触的电解质溶液。下列三种情况均可产生电化学腐蚀：1、不同金属相互接触；2、金属内部组成的不均匀或金属表面液体浓度有差异；3、金属表面不均匀。上述三种的任意一种条件下电化学电池形成的示意图见图3—7所示。

　　对于金属管来说，水作为一种电解液，具有明显的电化学性质，而金属本身含有较多杂质，金属与杂质之间存在电位差，在水介质中形成了无数微腐蚀电池，在金属表面某一部位，因铁被腐蚀成离子进入水中成为阳极，所释放出的电子（e^-）传递到金属表面的另一部分而形成阴极，就形成了电化学电池，腐蚀便会发生，当水中存在足够的溶解氧时，腐蚀会不断的继续下去。

　　金属管的腐蚀过程与所接触的水的温度和水质有关，特别是与水的pH值的关系更为密切，有时也与所受压力有关。现在讨论的是在一般的水质和水温的条件下，对腐蚀过程进行论述。

图3—8 金属的电化学腐蚀过程

　　金属的电化学过程如图3—8所示。图（a）表示金属表面某个部位的金属原子溶解水中，产生了氧化反应，构成了一个腐蚀电池的阳极，并释放出电子，其氧化反应式为：

Fe→Fe²⁺+2e^-(3—1)

　　阳极释放出来的电子在金属内沿一条阻力小的路线到达阴极部位，溶解的Fe²⁺也要向阴极部位运动，在酸性条件下氢离子的还原反应为：

2H⁺+2e→2H→H₂ (3—2)

在中性水的条件下，氧的还原反应为：

O₂+2H₂O+4e→4OH^-(3—3)

进而溶液中的金属离子（Fe²⁺）在阴极与氢氧根离子反应生成氢氧化物：

Fe²⁺+2OH^-→Fe（OH）₂ (3—4)

　　当水中没有氧时，则就不存在式(3—3)，没有OH^-产生，反应到式(3—2)及(3—4)就停了，这时阴极部位的表面为H₂或Fe（OH）₂ 所遮盖，就会阻止电子继续转移，金属的表面不再和水直接接触，反应式(3—2) 及(3—4)就不再继续发生，反过来抑制了反应式(3—1)的发生，金属离子（Fe²⁺）不再溶解于水，也无电子流动，保护金属不再腐蚀，如图3—8中（a）（b）所示。反应式(3—1)是分两步进行的，第一步氢离子（H⁺）得到了1个电子还原成为氢原子附着在阴极的金属表面形成保护膜，使金属不再被腐蚀；第二步在酸性或缺氧条件下，氢原子通常形成氢分子而逸出，从而失去氢原子的保护膜。通常把阴极氢原子层的形成称作极化，氢原子层的去除称作去极化。

　　一般说来，天然水体或pH值接近中性的水中均含有溶解氧（饱和溶解氧量约8～14mg/L）,阴极部位的反应还要继续进行下去。H原子保护层和Fe（OH）₂ 保护层就不再存在，金属继续被腐蚀。反应如下：

2H+ O₂/2→H₂O (3—5)

4Fe（OH）₂+ O₂+2H₂O→4Fe（OH）₃ ↓ (3—6)

　　反应生产的氢氧化物Fe（OH）₃ 沉淀在金属表面，形成铁锈。由于水中存在着氧而产生反应式(3—5) 及(3—6)，使得反应式(3—2) 及(3—4)必然也还要继续下去，因而反过来推动反应式(3—1)的进行，金属就会不断溶解于水，也就是不断受到腐蚀，如图3—8（C）所示。

　　在化学腐蚀过程中，溶液中的溶解氧和pH值对金属腐蚀进程起着至关重要的作用。当溶液中的无溶解氧时，阴极反应将以式(3—2)进行。这时，反应生成原子态氢和氢气覆盖在阴极表面上，产生超电压的极化作用。只有当溶液的pH值＜4时，H⁺成为决定性因素，电极反应才能继续进行，而当pH值＞5时，腐蚀作用就会停止下来。在溶液中的存在溶解氧时，情况就不同了，在酸性条件下，按反应式（3—5）进行而生成水，不会产生极化作用；在中性条件下，可完全按式（3—3）反应，使腐蚀作用加强。实际上，当pH＞6时，溶解氧是决定腐蚀的主要因素。当溶液的pH＞9时，金属的腐蚀速度会降低。

　　从反应式和图（3—8）可见，阳极部位是受腐蚀部位，阴极部位是腐蚀生成物堆积的部位。当腐蚀在整个金属表面基本均匀地进行时，腐蚀的速度较慢，危害相对较小，这种腐蚀称为全面腐蚀；当腐蚀集中于金属表面的某些部位时称局部腐蚀，局部腐蚀的速度很快，容易锈蚀，危害性也大。无论那种腐蚀，对供水水质均会造成污染，使腐蚀管壁变薄，易穿孔漏水。

二、酸、碱腐蚀

　　水的酸度是水中给出质子的总量；水的碱度是水中接受质子物质的总量。酸度和碱度都是水的一种综合特性的度量，只有当水中的化学成分已知时，才能解释为具体的物质。生活饮用水规定的pH值为6.5～8.5，规定此值范围一是为了人体健康，二是不使供水系统设备、管道等受到严重腐蚀。

　　酸度包括强无机酸（如HNO₃、HCL、H₂SO₄等），弱酸（如碳酸、醋酸、单宁酸等）和水解盐（如硫酸亚铁、硫酸铝等）。酸不仅有腐蚀性，而且对化学反应速率、化学物品的形态和生物过程等有影响。酸度测定可反映水质的变化情况。测定的酸度数值大小与所有指示剂和滴定终止的pH值有关。常用mg/L（以CaCO₃计）表示。

　　生活饮用水中除水厂净化处理中投加的混凝剂硫酸亚铁(FeSO₄)、硫酸铝（Al₂(SO₄)₃）等水解盐之外，主要存在的是弱酸碳酸（H₂CO₃）。碳酸按碳酸平衡一级离解、二级离解的反应生成CO₃^2-, CO₃^2-在水中的反应为：

CO₃^2-+H₂O=2OH^-+CO₂↑（3—7）

生成了OH^-碱度，成为碱度腐蚀。

　　碱度包括水中重碳酸盐碱度（HCO₃^-）、碳酸盐碱度（CO₃^2-）和氢氧化物碱度（OH^-）。水中HCO₃^-、CO₃^2-、OH^-三种离子的总和称为总碱度。一般天然水中只含有HCO₃^-碱度，碱性强的水中才会有、CO₃^2-、OH^-两种碱度。水中碱度用mg/L（以CaCO₃计）表示。但弱碱HCO₃^-根据碳酸平衡和式（3—7）反应，生成强碱OH^-，造成对铁的腐蚀为：

Fe³⁺+3OH^-→Fe(OH)₃↓ （3—8）

腐蚀的结果仍产生铁锈和使腐蚀处管壁变薄而穿孔漏水。

三、水垢与微生物腐蚀

　　管道内由水中悬浮物及颗粒物质沉淀形成的称为泥；由腐蚀引起称铁锈；钙、镁引起的称钙垢，总称为水垢。使管道凹凸不平。不仅增加阻力，更成为细菌繁殖的场所。

　　无论是地面水还是地下水，水中均含有钙（Ca²⁺）、镁（Mg²⁺）离子，不同的是地下水中含量多些，地面水中相对少些。根据假想化合物的组合，主要为暂时硬度Ca(HCO₃)₂及Mg(HCO₃)₂,CaCl₂、MgCl₂、CaSO₄、MgSO₄等永久硬度很少。可能还有Fe(HCO₃)₃、NaHCO₃。因水中存在碳酸H₂CO₃及重碳酸根HCO₃^-，按碳酸平衡结果均会产生OH^-，则就会与镁、钙离子及铁离子产生沉淀物：

Ca²⁺+ HCO₃^-+OH^-→CaCO₃↓+2H₂O （3—9）

Mg²⁺+2OH^-→Mg(OH)₂↓（3—10）

Fe³⁺+3OH^-→Fe(OH)₃↓（3—11）

　　主要是产生CaCO₃ 及Mg(OH)₂沉淀，在给水管内形成水垢。初次少量沉积物会形成保护膜，能防止管道腐蚀。但CaCO₃ 及Mg(OH)₂沉淀在不断地进行和积累，而且很不均匀，形成凹凸不平的结垢层。这样不仅缩小了过水断面积，增加了水流阻力，增加了能耗，而且成为细菌、微生物隐蔽和繁殖滋生的场所。因细菌在水垢的缝隙中，水中余氯不易杀死它们，遇到有氧有机物时，就生长繁殖，引起生物腐蚀。

　　微生物腐蚀理论上可分为厌氧腐蚀和需氧腐蚀两类。在空气中或者自由氧中才能生长的细菌称为需氧菌，反之称为厌氧菌。厌氧腐蚀是由厌氧菌引起的，最典型的是硫酸盐还原菌的腐蚀作用，同时也是微生物腐蚀中研究得较清楚的内容。硫酸盐还原菌的腐蚀过程如下：

在阳极部位发生铁的溶解：

4Fe→Fe²⁺+3Fe²⁺+8e^-（3—12）

阴极部位的反应较复杂，因阴极部位没有自由氧，阴极的去极化靠硫酸盐还原菌的氢化作用，反应为；

2H₂O→8H⁺+6OH^-+2OH^-（3—13）

8H⁺+8e^-→8H（3—14）

氢化酶

8H⁺+SO₄^2---→4H₂+S^2-+能量 （3—15）

Fe²⁺+S^2-→FeS（3—16）

3Fe²⁺+6OH^-→3Fe(OH)₂（3—17）

反应式（3—15）为硫酸盐的还原反应，六价的硫还原为二价的硫，在还原过程中起到了去极化作用，细菌得到了生长的能量。腐蚀的生成物为FeS及Fe(OH)₂。

当水中有 CO₂时，S^2-和Fe²⁺的反应为：

S^2-+2H₂CO₃→H₂S+2HCO₃^- （3—18）

Fe²⁺+H₂S→FeS+2H⁺（3—19）

反应式（3—18）和（3—19）代替了（3—16），在反应过程中产生H₂S。硫酸盐还原菌引起的腐蚀过程如图3—9。

图3—9硫酸盐还原菌引起的腐蚀过程

　　需氧微生物腐蚀的典型例子是与铁细菌有关的腐蚀现象。铁细菌是一种分布比较广的细菌，一般认为只有在含纯无几铁质的水里才会大量生长，而在有机物很多的水里，即使铁的含量相当高，也没有铁细菌，铁细菌吸取水中的二价铁离子，分泌出氢氧化铁，一般在微酸性水中发育最有利。铁细菌分泌的氢氧化铁可在管壁上形成铁瘤，铁瘤及管壁上的铁细菌可以引起充气差的腐蚀电池，在铁瘤及菌丛内部，由于缺乏溶解氧，往往又出现厌氧腐蚀。

第四节 调节构筑物的漏损原因

一、调节构筑物

　　用来调节管网内流量和压力的构筑物，称为调节构筑物。根据不同的位置，实用的需要及容积的大小等，可分为水池、水塔和水箱等。

　　水塔主要设在工矿企业及某些居住小区中，相对于水池来说，水塔内容积相对较小，故水塔主要起稳定压力作用，兼调节流量。居住小区内如设置水塔，则可取消屋顶水箱。水塔内的水量一般由浮球阀或水位继电器控制，浮球阀控制最高水位，当进水达到最高水位将要溢流时，球阀浮到最高，关闭进水管上阀门，停止进水，待水位降低时，阀门逐渐开启，到最低位时，进水阀开的最大；水位继电器与进水泵连接，由水泵控制水塔内水位。当水位达到设定的低水位时，水泵启动，水塔进水。

　　水池分为水厂内的清水池，城市管网中调节水量的蓄水池及高位水池等，水池多数用钢筋混凝土建筑，容积变化较大，小的约50m³，大的可达5000 m³以上。水位由浮球通过水位尺显示。高位水池是通过重力流把水送到用户；其他水池均经水泵提升把水送到用水点，即压力流。

　　水箱是设在多层建筑屋顶上供四层以上用户用水的调解构筑物。单只水箱容积小，一般在8～12m³之间，但水箱很普遍，量多调解容积大，如宁波有水箱10万只以上，调解容积达100万m³以上，而且目前还很难取消屋顶水箱。水箱水位一般由浮球阀控制，控制过程同水塔。

上述调解构筑物一般均设有进水管、出水管、溢流管和放空排污管。

二、漏损原因

　　1、浮球失灵

　　浮球失灵有两种情况：一是浮球老化破坏。球内进水浮不上来或不起浮球作用；二是浮球随水位上升而上浮，但阀关闭不严密，到设定高水位时，进水管上浮球阀始终关闭不紧。上述两种情况造成高水位时进水管继续进水，水位继续上升，上升到溢流管处开始溢流，造成水量的浪费和损失。而且溢流管通下水道，有时不易发现。凡采用浮球阀控制水位的调解构筑物，均有可能产生上述情况。

　　2、水位继电器系统失灵

　　水位继电器系统失灵主要有以下两种情况：一是水位继电器的停泵接触点失灵，待水位上升到设计高水位时水泵应主动停泵，但因高水位时继电器的停泵接触点失灵，无指令给水泵停泵，则水泵继续运转，水位继续升高，至溢流管溢流造成水量损失；另一种是线路系统出问题，水泵不能自动开泵和停泵，用手动操作，因无法知道水位高低，往往待溢流管出水口出流时再去停泵而造成水量损失。

　　3、进出水管爆管

　　主要发生在四季分明地区的冬天，当气温下降到零度以下后，管内水温随之下降，特别是晚上，高位水池、水塔、水箱的进出水管内的水基本不流动，或流动非常缓慢，当水温在零度以下时易结冰，结冰使水的体积增大而造成管道破裂，待冰溶解后，进出水管大量泄水。这种情况每年冬季都会发生。如2005元旦前后，气温一度降到零下4度，宁波市共发生屋顶水箱漏水143处，水箱设施漏水104处。

第五节 季节与不同用水时段造成的漏损

一、不同季节的漏损

　　季节的变化所引起的直接变化就是气温。在宁波地区，冬春气温较低，夏秋气温较高，最大温差可达40多度。那么季节的变化究竟与管道漏损呈何种关系，先看通过对宁波市2002年7月—2005年7月的漏损资料按季节统计情况，见表3—5

季节性漏水情况统计表

表3—5

季 度	一季度	二季度	三季度	四季度	合计
漏点数（个）	542	428	315	495	1780
百分率（%）	30.4	24.0	17.7	27.9	100

　　从上表各季度漏水点分布数据来看，冬春两季漏水点数占58.3%，高于夏秋的41.7%。为什么管道在冬春季要比夏秋季产生漏水的情况多。

　　一方面是因为宁波市区供水水源是地表水，管内的水温会随着季节的变化而变化，管道本身也会随着温度变化而发生伸长与收缩，而在管壁上产生相应的应力，根据虎克定律可得管道在温差作用下的轴向应力为：

σ=а_lE(t₂-t₁)(4—1)

式中 а_l—线膨胀系数

E—强度模量，Mpa

t₂、t₁—温度变化的前后值

　　当天气变冷时， t₂＜t₁时，σ＜0，管道收缩，管道受轴向拉应力；当天气变暖时，管道膨胀，管道受轴向压应力。象普通铸铁管、水泥管的抗拉强度要小于他们的抗压强度。因此，在同样的条件下，管道的受拉破坏要比受压破坏大得多。

　　据有关资料，当温度影响使管道收缩产生拉应力而接口未被破坏时，可把产生的轴向拉应力折算成管内水压力，详见表3—6：

各种管径的内水压折算值

表3—6

管径（mm）	接口黏结力（kg）	温差应力强度（Mpa）	内水压折算值（Mpa）
100	3781	12.268	4.817
150	5415	11.723	3.041
200	7049	10.584	2.245
300	12068	10.383	1.720
400	18719	10.185	1.505
500	24881	9.908	1.202
600	31707	9.0456	1.137
800	42021	7.779	0.845
1000	58867	7.435	0.763

　　从表3—6可以看出，管道在温差因素产生轴向拉应力与接口黏结力相等时，小口径管道中的折算水压力要比大口径管道中的折算水压力大得多，甚至超过了管道试压值和出厂标准压力值。所以，在冬春季小口径管道的管体易破裂漏水，而大口径管道的接口易脱落漏水。

　　另一方面是因为在气温降至零度以下时，地表管道和一些埋深较浅的管道，在晚上用水很少或不用水的情况下，由于管道内水停止流动，这时管内水易结冰，体积增大，当扩张力大于管道的抗拉强度时，造成管道横向破裂。

　　如05年元旦前后，宁波市出现了近几年来罕见的冰冻天气，供水设施出现不同的冰冻和漏水现象，据统计阀门维修349次。调换水表2839只，屋顶水箱维修794次，管道维修1753次。同时重点对大口径管道和容易爆漏的管道进行了重点检漏，共听出暗漏122处。此外冬春季由于气温较低，用水量少，管内水压高，也会造成管道漏损。

二、不同用水时段的漏损

　　这里所说的不同用水时段主要是指用水高峰时段和用水低谷时段。通常认为用水高峰时段一般集中在中午、傍晚；用水低谷时段在凌晨2点到6点。在不同时段，由于出厂水压基本恒定，在管道中水压可分为动压和静压，直管段只受静压的径向作用，弯管段在受到静压径向作用的同时有一部分动压分解到径向。在用水高峰时段，用户大量用水，管内的水压主要表现为动压，此时管道所受静压得以迅速释放，压降明显，管道所受径向拉应力随之减小；反之，在用水低谷时段，大量用户停止用水，管内的水压主要表现为静压，接近供水压力，管道所受径向拉应力随之增加。所以在不同用水时段，管道处在不同的径向拉应力状态下。当水的扩张压力强度大于管道上一些诸如腐蚀点等薄弱管段的抗拉强度时，易引起管道穿孔或横向断裂。

　　此外，根据流量、流速与管内水压的关系，用水量越大，用水流速随之增加，管道静压降低，漏水流速减小；反之，用水量越小，用水流速随之减小，管道静压增加，漏水流速加大。所以在漏点不改变的情况下，用水高峰时段，漏水量则减少；用水低谷时段，漏水量则增加。