張 蕊

(水聯(lián)網(wǎng)技術(shù)服務(wù)中心(北京)有限公司，北京 100160)

輸配水管網(wǎng)是城市重要的基礎(chǔ)設(shè)施，管網(wǎng)暗漏不僅浪費(fèi)水資源，而且容易造成次生災(zāi)害，危及居民人身、財(cái)產(chǎn)安全［1］。大量數(shù)據(jù)表明，80%的漏失事件發(fā)生在DN300管道以下的配水管網(wǎng)中，而這部分管網(wǎng)占供水企業(yè)管網(wǎng)總長(zhǎng)度的70%以上。如何快速、準(zhǔn)確地找到暗漏點(diǎn)，成為亟待解決的問(wèn)題。

在傳統(tǒng)的管理方式下，巡檢、檢漏等工作需要耗費(fèi)大量的人力。受限于檢漏人員的專業(yè)技能水平、管理等問(wèn)題，傳統(tǒng)人工聽漏的效率和效果都相對(duì)較低，高性能的漏損監(jiān)測(cè)傳感器設(shè)備作為供水企業(yè)提高工作效率的補(bǔ)充力量，得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用推廣。

1 噪聲技術(shù)的研究

漏水會(huì)制造噪音，聲波通過(guò)管道中的水沿著管壁、管道附件以及地面?zhèn)鞑?。如果管壁是完全剛性，聲音以約1 485 m/s的速度傳播。管材在某種程度上存在彈性，造成聲波在管道傳播的過(guò)程中的衰減。管道中的聲速取決于管材、管徑與管壁的比值。對(duì)于金屬管道，聲速放緩至1 200 m/s，盡管被金屬吸收一部分聲能，但仍可以傳播很遠(yuǎn)的距離。塑料管更具有彈性，可將聲速降低至300～600 m/s。聲能在塑料管道更容易被吸收，因此在傳播過(guò)程中聲波會(huì)變得越來(lái)越弱。

漏損噪聲監(jiān)測(cè)基于聲學(xué)原理，利用噪聲設(shè)備收集管道的噪聲，通過(guò)建立模型對(duì)噪聲值和噪聲頻率進(jìn)行比對(duì)分析，精準(zhǔn)判斷所監(jiān)測(cè)的范圍內(nèi)是否存在漏點(diǎn)。該技術(shù)作為規(guī)?；焖俨渴穑M(jìn)行漏損監(jiān)測(cè)的方式運(yùn)用，大大提高了漏點(diǎn)監(jiān)測(cè)和預(yù)警的效率。

漏損噪聲監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是由多個(gè)噪聲設(shè)備組成的整體化聲波接收系統(tǒng)。噪聲設(shè)備安裝在管網(wǎng)中的不同地點(diǎn)，例如消防栓、閥門或其它管件，一般在夜間2:00—4:00開始工作，記錄管網(wǎng)的噪聲信號(hào)和聲音，并有效過(guò)濾其他背景噪聲。

傳統(tǒng)的檢漏方式依靠人工，主要能發(fā)現(xiàn)噪聲強(qiáng)度在30～100 dB的噪聲。噪聲設(shè)備能夠發(fā)現(xiàn)低于30 dB的噪聲，很好地解決非金屬管材漏水的問(wèn)題，兩者的對(duì)比見表1。

表1 人工與噪聲設(shè)備檢漏靈敏度對(duì)比Tab.1 Comparison of sensitivity between manual leakage and noise equipment detection

2 案例應(yīng)用

2.1 供水安全的保障

主管網(wǎng)是城市供水的生命線，需要保障其安全運(yùn)行，減少爆管，保證管網(wǎng)服務(wù)壓力。對(duì)主管網(wǎng)的監(jiān)控是漏損控制的重要內(nèi)容之一。

某供水企業(yè)在主管網(wǎng)漏損控制方面采用噪聲遠(yuǎn)傳技術(shù)，縮短人工巡檢周期，及時(shí)發(fā)現(xiàn)漏失點(diǎn)。在某段主管網(wǎng)上安裝噪聲設(shè)備進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，所有設(shè)備選擇安裝在消火栓上，見圖1。

圖1 噪聲設(shè)備布置示意Fig.1 Schematic layout of noise equipment

噪聲設(shè)備將主管網(wǎng)噪聲監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)上傳到系統(tǒng)，通過(guò)建立噪聲曲線模型來(lái)判定漏損狀態(tài)和漏點(diǎn)范圍。設(shè)備安裝后第2天出現(xiàn)漏點(diǎn)報(bào)警，如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)報(bào)警Fig.2 System alarm

圖3 系統(tǒng)漏點(diǎn)相關(guān)定位Fig.3 Positioning of the system leakage

由圖2可得，編號(hào)為“xiao-9”的消火栓產(chǎn)生報(bào)警。進(jìn)一步從圖3可以發(fā)現(xiàn)，報(bào)警顯示是在距離“xiao-9”消火栓70.99 m的地方有漏點(diǎn)。根據(jù)系統(tǒng)出具的漏水預(yù)警位置，安排檢漏隊(duì)到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行精確的地面漏點(diǎn)定位，在距離該消火栓70 m左右的位置發(fā)現(xiàn)異常。經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)開挖發(fā)現(xiàn)，漏點(diǎn)與系統(tǒng)指示位置相符，位于連接主管的DN50配水管彎頭接口處的破損。

該漏點(diǎn)處于鬧市周邊，施工復(fù)雜，12月21日漏點(diǎn)修復(fù)完成后，系統(tǒng)噪聲數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，如圖4所示。通過(guò)入口水量分析顯示，該漏點(diǎn)修復(fù)后實(shí)現(xiàn)節(jié)水量300 m3/d，年節(jié)水量11×104m3。

圖4 漏點(diǎn)修復(fù)后的系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析界面Fig.4 System interface of data analysis after repairing the leakage point

2.2 與DMA管理手段的結(jié)合

配水管網(wǎng)漏失較多，以暗漏居多。在漏損管理中通常采取DMA管理手段解決物理漏失問(wèn)題，并在線監(jiān)測(cè)管網(wǎng)漏失情況，及時(shí)解決新增漏失事件;評(píng)估存量漏失嚴(yán)重程度，快速解決漏量較大的DMA［2］。檢漏技術(shù)能力較差或采取外包檢漏的方式，會(huì)導(dǎo)致即使知道有漏點(diǎn)，卻難在短時(shí)間內(nèi)解決的問(wèn)題。因此，將噪聲技術(shù)與DMA管理相結(jié)合，智能監(jiān)測(cè)管網(wǎng)漏失情況并確定漏失范圍，有助于提高漏失報(bào)警的準(zhǔn)確度，縮短漏失時(shí)間。

某DMA供水管網(wǎng)資產(chǎn)狀況較差，有700余戶，管網(wǎng)老化十分嚴(yán)重，之前的夜間最小流量為21 m3/h。在管理初期，依靠供水企業(yè)自建的檢漏隊(duì)伍開展檢漏工作，但是受專業(yè)能力的影響，該區(qū)域的漏失控制效果不理想。為了改變這個(gè)現(xiàn)狀，在該區(qū)域?qū)嵭蟹植际皆肼曆矙z方式，優(yōu)先在漏失嚴(yán)重的小范圍布置噪聲設(shè)備，使用12臺(tái)設(shè)備，見圖5。

圖5 噪聲設(shè)備布置示意Fig.5 Layout of noise equipment

自10月管網(wǎng)漏失情況加重后，采用噪聲技術(shù)與在線監(jiān)測(cè)技術(shù)相結(jié)合的方式進(jìn)行控制工作，共報(bào)警8件，均全部檢出漏點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)日均節(jié)水量230 m3，年節(jié)水量8.4×104m3，目前夜間最小流量穩(wěn)定運(yùn)行在6 m3/h左右，見圖6。

圖6 DMA月漏失量情況Fig.6 Monthly leakage of DMA

圖7 所示為該DMA存量漏失評(píng)價(jià)指標(biāo)，可以看出DMA的漏失由嚴(yán)重向較好的趨勢(shì)發(fā)展，取得穩(wěn)定的控制效果。

圖7 DMA存量漏失評(píng)價(jià)Fig.7 Evaluation of inventory leakage of DMA

2.3 與日常運(yùn)維工作結(jié)合

供水管網(wǎng)周期巡檢是管網(wǎng)運(yùn)維工作的重要內(nèi)容。傳統(tǒng)的周期巡檢主要依靠人工定期對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行檢漏，巡檢周期一般為30～45 d。發(fā)現(xiàn)漏點(diǎn)的周期較長(zhǎng)，工作耗時(shí)長(zhǎng)，效率和質(zhì)量不高。為了解決這類問(wèn)題，將噪聲技術(shù)與日常運(yùn)維管理工作相結(jié)合。例如某市對(duì)村片區(qū)供水管網(wǎng)采用噪聲巡檢方式，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘調(diào)研需要布置噪聲監(jiān)測(cè)設(shè)備50個(gè)點(diǎn)位，投入20臺(tái)設(shè)備，進(jìn)行為期4 d的在線監(jiān)測(cè)工作，如圖8所示。

圖8 村片區(qū)管網(wǎng)噪聲設(shè)備布置Fig.8 Layout of noise equipment for pipe network in village area

通過(guò)對(duì)噪聲數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，噪聲設(shè)備共出現(xiàn)14處報(bào)警，現(xiàn)場(chǎng)檢漏發(fā)現(xiàn)7處漏水點(diǎn)，有的漏點(diǎn)是多處設(shè)備共同報(bào)警。其中一處是人工多次巡檢尚未能發(fā)現(xiàn)的漏點(diǎn)，由DN300管道環(huán)向斷裂引起，埋深4 m，漏點(diǎn)漏量較大。維修后夜間最小流量下降了14 m3/h，日節(jié)水量為350 m3，年節(jié)水量為13×104m3。

3 結(jié)論

① 噪聲技術(shù)的應(yīng)用方面，供水企業(yè)正向著物聯(lián)網(wǎng)化、數(shù)字化的方向不斷發(fā)展，在業(yè)務(wù)管理和業(yè)務(wù)流程上需要?jiǎng)?chuàng)新和融入新技術(shù)。因此，將噪聲技術(shù)與業(yè)務(wù)管理緊密結(jié)合，能提高工作效率，彌補(bǔ)人工業(yè)務(wù)能力差的缺失。同時(shí)，利用噪聲技術(shù)可以對(duì)管網(wǎng)資產(chǎn)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估，為管網(wǎng)改造更新計(jì)劃提供數(shù)據(jù)支撐。

② 噪聲設(shè)備的選擇方面，可根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)景選擇不同類型。水聽器應(yīng)用在主管網(wǎng)監(jiān)測(cè)的效果最佳，噪聲設(shè)備應(yīng)用在配水管網(wǎng)最佳。

③ 噪聲監(jiān)測(cè)的工作方式方面，由于噪聲設(shè)備有一定的資金投入，大規(guī)模的采購(gòu)需要大筆的資金。因此，可采取噪聲巡檢的方式達(dá)到預(yù)期效果。