城市供水管网漏损的探测及预测方法

　　城市供水管网漏损的探测及预测方法

　　根据2008年城市供水统计年鉴，我国666个城市的供水平均漏失率为17.61%，666个城市的单位管长漏失量平均为2.02 m³/km/h。2008年全国城市供水漏失总量为59.55亿m³，相当于近16座供水量100万m³/d的特大型水厂的一年供水总量。解决供水系统水量漏损问题已是刻不容缓。

　　城市供水管网漏损的探测及预测方法国内外有许多不同的方法，很多研究机构和学者对管网渗漏做出了相当深入的研究，主要包括分区（分区计量管理－DMA、压力管理分区－PMA、行政分区－ZMA）管理法、管网局部增压法、模型与探测技术结合法、城市供水管网漏失仪器检漏等。

　　一、分区管理

　　供水管网DMA分区在英国等一些国家已经开展和应用了二十多年，形成了相对完善的操作流程，取得了很好的成效。北美和澳大利亚部分地区也成功开展了较小规模的DMA分区控制管网漏失的工作。最近几年，台北自来水公司把辖区内的供水管网划分成700多个DMA分区，也取得了很好的漏失控制效果。我国大陆地区还没有成功进行城市供水管网的DMA分区的研究与应用实践，尤其是我国城市供水管网以环状居多，不同于国外以支状网居多的特点，所以针对我国环状管网特点的DMA规划与实践尤其值得探讨。

　　DMA分区管理的概念是在1980年初，由英国水工业协会在其水务联合大会上首次提出。报告中，DMA被定义为供配水系统中一个被切割分离的独立区域，通常是通过关闭阀门或安装流量计，形成虚拟或实际独立区域。通过对进入或流出这一区域的水量进行计量，并对流量分析来定量泄漏水平，从而利于检漏人员更准确地决定在何时何处检漏更为有利，并进行主动泄漏控制（ALC）。DMA（District Metering Area，即独立计量区域）是指通过截断管段或是关闭管段上阀门的方法，将管网分为若干个相对独立的区域，并在每个区域的进水管和出水管上安装流量计，从而实现对各个区域入流量与出流量的监测。

　　二、管网局部调压法

　　该方法主要是采用调整局部管网压力，使渗漏点的渗漏水渗出地面，或没有水渗出地面，可以在夜间通过一辆车灯足够亮的车来判断管网渗漏与否，主要是因为有暗漏点的附近地面会出现尘埃“布朗运动”现象，增压后，会产生更强烈的振动，更易观察到，效率也比较高。缺点是该方法只适合埋深较浅的管道，埋深较大时无法奏效；同时采用增大管网局部压力会造成原来没有渗漏的管网发生渗漏情况，扩大了渗漏范围，对管网给水不利。

　　三、模型与探测技术结合法

　　建立管网模型是当前管网渗漏预测的主流方法，目前的模型主要有两大类，一类是点式渗漏模型，另一类是一致渗漏模型。点式渗漏模型是一种理论模型，具有预测功能；一致渗漏模型更接近管网日常工作状况。目前较多采用的都是一致渗漏模型。

　　同时研究水量损失可以结合水动力模型进行辅助检漏，主要由于水量损失或漏失可以作为节点需水量进行模拟，然而它是一种特殊的节点需水量。漏失通常随着压力升高而增加，因此，漏失与水力模型中常见的基于流量的需水量不同，它是一种基于压力的需水量。基于压力的需水量不能用传统的需水量导向方法模拟，只能用基于压力需水量的模拟模型来解决存在漏失情况下的管道流量和节点水压等级问题。优化是一种模拟方法，它和模拟模型一样需要高质量的数据。在现有条件下开展针对供水管网的测压工作固然需要投入，但它可以提高供水管网更有效和准确建立模拟模型的能力。

　　四、城市供水管网漏失仪器检漏法

　　大部分发达国家都很重视漏失检测仪器和设备的研发和生产，漏失检测技术同其它科学技术一样也存在着一个发展的过程。

　　1．听漏棒

　　最早出现的查漏仪器是听漏棒，它结构简单，只需要一个带有尖头的金属棒和一个类似小碗状的接听头部，用于查听管件、消火栓或入户接口。听漏棒没有声音增强，仅靠它来确定漏点是很困难的。

　　2．薄膜听漏

　　20世纪60代开始出现了声音增强的测量仪器，如电子耳，它仍滞留在听漏棒的工作原理上，用它来确定漏点取得了带有局限性的成功。进一步可以精确定点的仪器是类似听诊器的薄膜听漏仪，它是利用一个吊有重块的薄膜，该薄膜可以对极微弱的大地振动产生相应的反应，然后通过一个胶皮管传向检漏人员的耳朵，该设备实际上就是一个机械的声音增强器。

　　3．电子放大听漏

　　在薄膜听漏仪的基础上人们又发明了电子放大听漏仪器，它主要由传感器、电子放大器和耳机组成。电子放大听漏仪是利用传感器把地面振动声音转为音频电压输出，然后通过电子放大到用耳机可以听到的音量。该仪器一般配合听漏棒使用。首先利用听漏棒圈定漏水管段后，在用电子放大听漏仪在漏水管段进行精确定点。这种听漏方法往往需要夜间工作，因为白天外界干扰声源多，难以准确捕捉漏失声音信号。目前，电子放大听漏仪己从原来的模拟信号处理发展到现代数字信号处理。

　　4．探地雷达

　　20世纪80年代中期，日本成功开发地表雷达，利用无线电波对地下漏水情况进行探察，可以用图象显示地下管道及其漏水孔周围的情况。地表雷达分辨率极高，可实现漏水点的精确定位，而且有直观的优点，但是一次搜索范围极小，只能与漏失检测仪配合使用。

　　5．相关检漏仪

　　20世纪80年代中期，英国、美国、法国、日本等国相继开发成功金属管道传声的相关检漏仪。相关检漏仪主要由一台相关主机（无线电接收机和微处理器等组成）、两台无线电发射机（代前置放大器）和两个高灵敏度振动传感器组成。相关检漏仪虽然也是依赖漏水声音进行工作，但不是像一般音听仪那样依赖漏水声音在传播中信号强度变化来确定漏水点，而是利用漏水声音传到两个传感器时间差来确定漏水点。相关检漏仪只对具有相同频率的声音信号进行相关处理，可以将有用信号即漏水信号和干扰信号自动区分并将干扰信号滤掉。相关检漏仪不仅比一般的听漏仪灵敏度高，而且由于能够处理掉不相关的干扰型号，具有很强的抗干扰能力，即使在白天噪音充斥的城区内，以及穿过铁路或河底、被冰雪覆盖的管道等难以用常规听漏仪检漏的情形都可用相关检漏仪检漏，显示了它特有的优越性。

　　20世纪90年代初，又研制成功了水传声的相关检漏仪。水传声式与管道式相关仪有三点不同：发射的信号比管道传声的相关仪要强；发射装置的探头用软管系着，直接插入消火栓或用户进水管，与水接触后方能有效地发射信号；接收机的灵敏度更高，被测水管的长度可扩大到1000~2000m。

　　6．漏水噪声自动记录仪

　　漏水噪声自动记录仪是由多台数据记录仪和精度器组成的整体化声波接受系统。噪声记录仪利用漏水声波的连续性，避开间歇性噪音，并将漏水噪声及其信噪比予以提升，通过长时间监测来判断记录仪附近有无漏水。当装有专门软件的计算机对数据记录仪进行编程后，只要将记录仪放在管网的不同位置，如消火栓、阀门等管道暴露点，按预设时间同时自动开/关记录仪，可记录管道各处的漏水信号，该信号经数字化后自动存入记录仪中，并通过专用软件在计算机上进行处理，从而快速探测装有记录仪的管网区域内是否存在漏水。该仪器一个显著的优点是它本身配有声音过滤器装置，可以接收到人耳无法听到而有助于测量的声频范围；另一个显著的优点是可以整个晚上而不是短暂的几秒钟对声音状况进行可观的记录分析，从而准确性极高。