試論自來水管網(wǎng)的檢漏技術(shù)

毛嘉榮

摘 要：近年來城市建設(shè)發(fā)展對(duì)水資源要求越來越高，這也使得自來水管網(wǎng)運(yùn)行面臨巨大壓力，出現(xiàn)諸多問題。例如目前比較常見的管漏就是自來水給排水管道中主要病害之一，它不但造成了大量的水資源浪費(fèi)，也為城市社會(huì)發(fā)展建設(shè)與居民生活帶來困擾阻礙。文章主要基于自來水管網(wǎng)漏損特性，介紹了多種基于檢漏技術(shù)及其相關(guān)應(yīng)用要點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：自來水管網(wǎng)；漏損；儀器檢漏；技術(shù)應(yīng)用

中圖分類號(hào)：TV674 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2017）22-0040-02

我國當(dāng)前水資源浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重，它已經(jīng)深刻影響到國家經(jīng)濟(jì)的向前發(fā)展。為了最大程度限制水資源浪費(fèi)，我國也在近年來大力推行自來水管網(wǎng)檢漏技術(shù)，希望通過對(duì)給排水管道、自來水管線的嚴(yán)格控制來有效節(jié)約水資源，節(jié)約自來水管網(wǎng)管理成本。同時(shí)也希望創(chuàng)新自來水資源管理技術(shù)，為國家未來水資源發(fā)展奠定扎實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)。

1 自來水管網(wǎng)的漏損特性分析

自來水管網(wǎng)存在漏洞在近年來我國各個(gè)城市地區(qū)已經(jīng)屢見不鮮，其管網(wǎng)漏損會(huì)持續(xù)發(fā)生，導(dǎo)致漏失總水量伴隨漏失時(shí)間的延續(xù)而不斷增大。必須對(duì)其漏損點(diǎn)進(jìn)行及時(shí)準(zhǔn)確定位，并采取相應(yīng)的修復(fù)技術(shù)措施。在我國，地下自來水管網(wǎng)漏損不易被人發(fā)現(xiàn)，嚴(yán)重時(shí)可持續(xù)數(shù)月甚至數(shù)年，所以說對(duì)城市地下自來水管網(wǎng)的漏損狀況監(jiān)控、發(fā)現(xiàn)與定位修復(fù)更加重要，如圖1。

如圖1所示，它表示了自來水管網(wǎng)漏損失水量與時(shí)間之間的動(dòng)態(tài)函數(shù)關(guān)系。其中發(fā)現(xiàn)代表了發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)漏損存在所需要的時(shí)間；定位代表準(zhǔn)確定位漏損點(diǎn)所需要的時(shí)間；維修表示對(duì)漏損點(diǎn)實(shí)施維修所需要的時(shí)間。這種變化對(duì)于城市自來水管網(wǎng)給排水效率影響非常之大，如果不及時(shí)發(fā)現(xiàn)并進(jìn)行定位修復(fù)可能會(huì)導(dǎo)致大量自來水資源白白流失，所以必須提高對(duì)自來水管網(wǎng)的檢漏技術(shù)水平[1]。

2 自來水管網(wǎng)的儀器檢漏技術(shù)類型及與技術(shù)應(yīng)用分析

2.1 檢漏技術(shù)應(yīng)用概述

儀器檢漏技術(shù)是針對(duì)自來水管網(wǎng)中給排水管道、原水管線等等最為重要的技術(shù)體系之一，它融入了更多現(xiàn)代化科技元素，主要對(duì)管網(wǎng)管道中的漏水聲及自來水所發(fā)出聲音的聲波與反射波進(jìn)行偵測(cè)判斷，最終定位漏損點(diǎn)位置。這種儀器檢漏技術(shù)非常適合于我國當(dāng)前在自來水管網(wǎng)中所采用的鑄鐵、球墨鑄鐵、鋼管、塑料以及預(yù)應(yīng)力混凝土等材料。考慮到目前我國許多個(gè)人家用給排水管道所采用的都是塑料管材，客觀講由于塑料管材的聲音信號(hào)衰減較快，所以它又為自來水管網(wǎng)的檢漏工作帶來全新技術(shù)挑戰(zhàn)。

檢漏技術(shù)主要針對(duì)自來水管網(wǎng)進(jìn)行物理漏損控制，具體來講就是根據(jù)管網(wǎng)漏水冒出管道時(shí)間來再劃分為主動(dòng)檢漏法與被動(dòng)檢漏法。儀器檢漏所采用的檢漏控制技術(shù)為主動(dòng)檢漏。

2.2 儀器檢漏技術(shù)的基本類型與具體應(yīng)用

2.2.1 音聽法

音聽法還分為閥栓音聽法、鉆孔音聽法與地面音聽法等等，無論是哪一種音聽法其所采用的核心設(shè)備都包括了聽漏棒與電子放大聽漏儀。

首先說聽漏棒，聽漏棒也是音聽法中最早存在的檢漏儀器，它的整體架構(gòu)相對(duì)簡單，通過尖頭金屬棒與接聽頭部來進(jìn)行音聽聽漏。在對(duì)給排水管道的漏損聽漏定位過程中，它就主要負(fù)責(zé)查聽管件、自來水管網(wǎng)的建筑入戶接口以及消火栓位置。從功能上來看，聽漏棒并沒有特殊的聲音增強(qiáng)功能，它會(huì)受到外界噪聲直接干擾影響，如果僅僅通過它來確定管道漏損點(diǎn)可能存在一定難度。

為了解決聽漏棒抗干擾能力差的問題，可以為其配備電子放大聽漏儀。該聽漏儀主要由耳機(jī)、傳感器與電子放大器所組成，它相比于聽漏棒更加先進(jìn)，能夠利用傳感器來轉(zhuǎn)化地面震動(dòng)聲，將其轉(zhuǎn)化為儀器可判斷的音頻電壓輸出，再通過電子放大功能將音頻傳達(dá)到耳機(jī)部位。它在檢漏過程中可以配合聽漏棒一起使用，主要是確定給排水管道漏水管段的漏損點(diǎn)，做到精確定位。雖然說電子放大聽漏儀在抗干擾能力方面比聽漏棒更強(qiáng)，但一般技術(shù)人員也會(huì)選擇在夜間操作兩設(shè)備進(jìn)行管道漏損配合檢測(cè)，此時(shí)能夠更準(zhǔn)確捕捉漏水聲信號(hào)位置。

2.2.2 探地雷達(dá)法

地表雷達(dá)是日本在上世紀(jì)80年代所發(fā)明的探測(cè)儀器，它利用無線電波對(duì)自來水管網(wǎng)漏水狀況進(jìn)行詳細(xì)探查，通過圖像來顯示給排水管道實(shí)際運(yùn)作狀況，同時(shí)顯示漏水孔周圍實(shí)際狀況。該探地雷達(dá)在技術(shù)表現(xiàn)方面具有一定優(yōu)越性，它能夠?qū)崿F(xiàn)漏水點(diǎn)精確定位，而且表達(dá)直觀。不過它的缺陷是一次性可搜索范圍過小，需要配合漏水檢測(cè)儀器來共同使用。

以塑料給排水管道檢漏工作為例，可以將傳感器設(shè)置在給排水管道外部位置，再通過探地雷達(dá)的電磁波輻射來掃描整個(gè)自來水管網(wǎng)，此時(shí)探地雷達(dá)會(huì)實(shí)施捕捉電磁波回波圖形信息，技術(shù)人員通過數(shù)字仿真操作來辨識(shí)這些所掃描到的雷達(dá)圖像，再根據(jù)圖像數(shù)據(jù)信息來確定漏點(diǎn)具體位置。這樣就極大程度規(guī)避了塑料管材給排水管道在聲音信號(hào)衰減劣勢(shì)，所以探地雷達(dá)法在現(xiàn)在以塑料管材為主的建筑自來水管網(wǎng)中應(yīng)用較為廣泛[2]。

2.2.3 相關(guān)檢漏法

相關(guān)檢漏法主要圍繞以金屬管道為材料的自來水管網(wǎng)展開，這種檢漏法在抗外界噪聲方面表現(xiàn)出極強(qiáng)能力。如果管道漏水，其漏水周圍區(qū)域都會(huì)產(chǎn)生漏水聲波，這種聲波會(huì)沿著給排水管道逐漸向遠(yuǎn)處傳播。

在相關(guān)檢漏法中通過相關(guān)儀主機(jī)接收來自于給排水管段的漏水點(diǎn)位置。因?yàn)榻饘僦平o排水管道在存在漏水點(diǎn)后其漏水聲會(huì)以一定速度在管段中向兩側(cè)快速傳播，根據(jù)圖示其漏水聲會(huì)先傳到左側(cè)最近的A點(diǎn)，然后再傳到右側(cè)相對(duì)偏遠(yuǎn)的B點(diǎn)，這種聲音傳播現(xiàn)象就叫做時(shí)間延時(shí)傳播。這里要利用到相關(guān)儀主機(jī)中的相關(guān)儀分析技術(shù)來首先確定這一時(shí)間差，并逐漸圖例計(jì)算出管段漏水點(diǎn)具體位置。以下給出漏點(diǎn)距離相關(guān)儀傳感器的距離計(jì)算公式：

上述計(jì)算公式中Lx就代表了漏點(diǎn)距傳感器A的實(shí)際距離，D代表相關(guān)儀的兩個(gè)傳感器在給排水管道中的相互距離，V代表聲波在給排水管道中的傳播速度（此處要同時(shí)考慮給排水管道的管徑與管材因素），Td代表漏水聲波到達(dá)兩個(gè)傳感器的延遲時(shí)間。

目前我國也針對(duì)自來水管網(wǎng)采用了新型相關(guān)儀儀器，它集合了漏水預(yù)定位技術(shù)與精確定位技術(shù)，是典型的多探頭相關(guān)檢漏儀，可以在同一時(shí)間內(nèi)同時(shí)、多次檢測(cè)同一漏點(diǎn)，做到對(duì)管道漏損的全面精確定位[3]。

2.2.4 爆管預(yù)警系統(tǒng)

爆管預(yù)警系統(tǒng)的開發(fā)原理是基于水錘對(duì)管道爆管所造成的傷害所研發(fā)的，一般來說城市自來水管網(wǎng)都會(huì)存才水錘現(xiàn)象，它能夠?qū)λO(jiān)測(cè)管道進(jìn)行爆管預(yù)防。當(dāng)給排水管道在水泵啟動(dòng)關(guān)閉時(shí)會(huì)存在一定的高速水壓現(xiàn)象，它能夠在0.001s以內(nèi)為管路帶來超出常規(guī)壓力4～10倍的巨大壓力，稱之為正壓（負(fù)壓）突波，它也是造成自來水管網(wǎng)破裂的關(guān)鍵原因。而在面對(duì)如此突然的破壞，普通壓力感測(cè)指示儀與控制器等等設(shè)備是無法在0001s極短時(shí)間內(nèi)感測(cè)并記錄該高速水錘壓力信號(hào)的。此時(shí)就要采用可感測(cè)0.0001s的壓力感測(cè)元件，配合爆管預(yù)警系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)軟件來組合形成感測(cè)記錄裝置，對(duì)給排水管網(wǎng)漏損進(jìn)行持續(xù)不間斷監(jiān)測(cè)，做到即時(shí)測(cè)量并記錄高速水錘壓力，并第一時(shí)間定位漏損點(diǎn)位置。

3 結(jié)束語

總而言之，針對(duì)城市自來水管網(wǎng)的檢漏技術(shù)還有很多，目前我國還研究了針對(duì)自來水管網(wǎng)區(qū)塊化與建模化的漏損點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)，并取得了一定的技術(shù)檢測(cè)成效。在未來，還要深入研究并拓展這些技術(shù)內(nèi)容，以應(yīng)對(duì)越來越復(fù)雜的自來水管網(wǎng)漏水狀況，保證城鄉(xiāng)人們用水效益，并間接提高社會(huì)發(fā)展經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)：

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[2]王海霞.自來水地下供水管網(wǎng)泄露的原因及檢測(cè)方法[J].城市建設(shè)理論研究（電子版），2015，5（12）：6868-6869.

[3]沈志云，張曉東，沈旭，等.供水管網(wǎng)漏損控制研究[J].城鎮(zhèn)供水，2013（3）：73-77.