城市給水管網泄漏檢測技術研究與應用探析

苗妍

（建大博成工程設計有限公司）

1 引言

城市給水管網是城市供水系統的重要組成部分，其運行安全和可靠性對于保障城市居民的日常生活和生產活動至關重要。然而，管網泄漏問題長期以來困擾著城市供水系統的運行，不僅浪費了寶貴的水資源，還可能導致供水壓力下降、水質變差等問題。傳統的檢測方法存在著效率低、成本高等問題，難以滿足城市供水系統快速發展的需求。信息技術和智能技術的發展為城市給水管網泄漏檢測提供了新的途徑。本文將介紹信息技術和智能技術在城市給水管網泄漏檢測中的應用，并探討未來城市給水管網泄漏檢測技術的發展趨勢。

2 城市給水管網泄漏問題概述

2.1 城市給水管網泄漏問題的原因

城市給水管網是指為城市居民、企事業單位提供生活用水和生產用水的一系列水管和設施的集合體，包括了從水源地到用戶的輸水管道、水處理設施、儲水設施、配水管道、消防水管、監測井、泵站等一系列設施。城市給水管網是一個需要不斷維護和更新的系統，隨著城市規模的不斷擴大、人口的不斷增加以及新的水源的不斷引入，城市給水管網的建設和管理面臨著諸多挑戰和問題，如水資源的合理利用、管道老化和損壞、泄漏和漏水等問題。因此，科學、合理、高效的城市給水管網建設和管理成為城市可持續發展的重要內容之一。

城市給水管網泄漏問題會導致大量的水資源浪費、能源消耗和環境污染，影響城市的可持續發展和居民的生活質量。泄漏的主要原因包括以下幾個方面。①城市給水管網使用時間較長，一些管道已經老化，從而出現了管道漏水問題。②管道在施工、維護、改建等過程中可能會出現損壞，從而導致泄漏問題。③管道之間的連接不當、材料質量差等問題也會導致管道泄漏。④地面工程施工過程中，壓壞或損傷了埋地管道，從而導致漏水問題。給水管網在供水過程中，水壓波動過大，管道容易破裂或滲漏[1]。

2.2 處理好城市給水管網泄漏問題的重要性

城市給水管網泄漏問題需要及時處理和修復，否則會造成水資源的大量浪費、供水壓力不足、管道老化加劇等問題。城市給水管網泄漏問題導致的水資源浪費、能源消耗和環境污染等問題，嚴重影響城市的可持續發展和居民的生活質量。給水管網泄漏不僅會導致水壓降低、供水不足，還可能使得管網發生爆裂等嚴重事故，給城市居民帶來生命財產的威脅。而且，泄漏水會在管道運輸過程中摻入大量的空氣，使得供水中氧化劑含量增加，從而加速供水管道的腐蝕，進一步加劇泄漏問題[2]。因此，城市給水管網泄漏問題的解決，是保障城市居民生活水平和城市可持續發展的必要條件。針對泄漏問題，可以采用傳統的檢測方法，如管網壓力測試、水質檢測、監測井內檢測等方法，也可以采用信息技術和智能技術進行監測和預測。

3 傳統方法與新技術的對比

3.1 城市給水管網泄漏檢測技術的傳統方法

城市給水管網泄漏檢測的傳統方法包括以下幾種。管網壓力測試法是通過給管道注入一定量的水，增加管道內部壓力，觀察壓力變化以確定是否存在泄漏問題。監測井內檢測法是在給水管網的監測井內布置傳感器，監測水位和水壓變化，通過變化情況來判斷是否存在泄漏問題。水質檢測法是對給水管網內的水質進行監測，如果檢測到水質異常則判斷存在泄漏問題。人工巡查法由專業工作人員對給水管道進行巡查，尋找管道是否存在漏水、滲漏等問題。這些傳統的泄漏檢測方法存在著一些缺點和局限性。例如，管網壓力測試需要關閉管道，消耗大量的水資源和時間，而且無法檢測到小漏點和隱蔽的泄漏問題；監測井內檢測需要在井內布置傳感器，且只能監測到井內的泄漏問題，無法確定具體泄漏點的位置；水質檢測需要分析復雜的水質數據，時間和人力成本高等問題。因此，需要通過信息技術和智能技術來提高泄漏檢測的效率和準確性。

3.2 與傳統檢測方式相比的優勢

信息技術和智能技術在城市給水管網檢測技術中的應用，可以提高泄漏檢測的效率和準確性，其應用內容主要包括物聯網技術、大數據分析技術、人工智能技術、GIS技術、云計算技術等方面。相對于傳統方法，這些新技術的優勢突出。傳統方法需要人工巡檢，耗時費力且容易遺漏。而新技術如物聯網技術、無人機技術和智能圖像識別技術等，可以快速實現對管道進行監測和檢測，并通過對管道的實時監測和自動識別，大大提高了檢測效率。傳統方法容易出現漏檢和誤判的情況，而信息技術和智能技術可以通過多種數據源的融合和分析，提高檢測的準確性。例如，傳統方法無法確定泄漏點的位置和大小，而新技術可以通過數據分析、機器學習和圖像識別等技術，精準識別出管道中存在的泄漏問題，提高檢測準確性。傳統方法需要大量人力物力投入，成本較高。而信息技術和智能技術可以實現自動化、智能化監測，大幅降低了檢測成本。傳統方法需要大量的人員投入進行數據的管理和維護，而信息技術和智能技術可以通過數據存儲、處理和可視化展示等方式，使得管理和維護更加便捷。在適用范圍方面，傳統方法適用于一般情況下的泄漏檢測，但無法應對特殊情況和隱蔽泄漏問題。而新技術可以應對各種不同的泄漏情況，如隱蔽泄漏、管道損壞等[3]。

4 如何應用信息技術與智能技術解決城市給水管網檢測

4.1 物聯網技術與實時傳感監測

在城市給水管網檢測中，物聯網技術與實時傳感監測結合，能夠為城市供水安全提供強有力的技術支撐。物聯網技術的核心在于設備之間的互聯互通，實現數據的實時傳輸和智能處理?？梢酝ㄟ^在關鍵部位部署傳感器，對給水管網進行全面覆蓋，實現對管網的細節到整體的監測。這些傳感器能夠實時地檢測水流、水壓、水質以及其他關鍵參數，確保水質的安全與穩定。一旦傳感器檢測到參數的異常變化，如水壓驟降或水質突變，它們會立即通過物聯網技術將數據傳輸到中央監控系統。管理人員接收到異常報警后，可以通過中央系統對異常地點進行精確定位，進而迅速采取相應措施[4]。此外，物聯網技術與實時傳感監測結合還有效避免因設備老化或外部因素導致的突發事件，管理人員可以根據收集到的數據提前進行維修或更換。物聯網技術還可以幫助管理人員實現對整個給水管網的宏觀管理，基于數據和風險預測制定出更加合理和科學的維護計劃，大大提高了城市供水的安全性和穩定性。

4.2 智能圖像與聲學分析

智能圖像與聲學分析技術正在改變傳統的檢測方式，為城市供水安全提供了新的技術手段。一方面，智能圖像技術可以精確地定位管網中的裂縫、老化和其他潛在的風險因素。利用高分辨率攝像頭，可以得到管道內部的清晰圖像，這些圖像可以進一步通過計算機視覺技術進行分析，以自動檢測和標識出潛在的風險點。隨著深度學習和神經網絡技術的發展，圖像分析的精確性和速度都得到了顯著提高。例如，當攝像頭捕捉到某個區域的圖像時，通過預先訓練的模型，系統可以迅速判斷這個區域是否存在泄漏、破損或其他問題。另一方面，聲學分析技術在給水管網檢測中也起到了關鍵作用。泄漏點或裂縫會產生特定的聲波特征，通過部署在管網中的高靈敏度麥克風或其他聲學傳感器，可以捕獲到這些聲波。隨后，通過專門的聲學分析軟件，可以識別這些聲波特征，并準確地確定泄漏點或裂縫的位置。聲學技術的優勢在于，它可以實時監測管網狀態，一旦出現異常聲音，即可迅速發出警報，從而確保及時的應對措施。結合智能圖像與聲學分析，不僅可以實現對城市給水管網的實時監測，而且可以在問題尚未變得嚴重之前及時進行干預。這種綜合應用極大地提高了檢測的精確性和效率，使得城市供水更加安全和穩定。

4.3 預測性維護與數據分析

預測性維護技術的目標是在問題真正發生之前采取預防性措施。數據是預測性維護的基礎。例如，通過對歷史數據的回溯分析，系統可能發現某一段管網在每年的某個時期都會出現流量異常的情況，這可能與氣候、用戶需求或其他外部因素有關?；谶@一發現，系統可以預測在下一個相同時期，這一段管網可能再次出現問題，從而提前進行維護和調整。這一過程的實現，依賴于物聯網技術與實時傳感監測。日常數據在被傳輸到中央處理系統前，首先經過初步處理和篩選，以確保數據的有效性和準確性。中央處理系統則負責對這些數據進行深入的分析與處理，利用先進的數據挖掘技術、機器學習算法，將歷史數據與當前數據相結合，預測給水管網可能出現的問題。除了基于歷史數據的預測，數據分析還可以幫助發現管網中的隱藏問題。通過對水質數據的實時監測和分析，可以及時發現水中的污染物或雜質，提前采取措施，確保供水的安全性。因為預防性的維護總是比應急維修更加經濟有效，因此這種方法還極大地節約了維護成本。

4.4 智能移動機器人技術

在城市給水管網的檢測與維護中，智能移動機器人技術近年來逐漸嶄露頭角，為傳統的管道維護帶來了技術革命。與傳統手段相比，這種技術具有干預少、效率高和準確度高的優點。智能移動機器人通過內置的高精度傳感器和高清攝像頭，在管網內部移動，實時捕捉和傳輸關于管道的圖像、溫度、流速和其他關鍵指標的數據。結合先進的圖像處理技術，機器人能夠自動識別管道的裂紋、銹蝕、堵塞和其他異常狀態。而且，其內部裝載的智能算法能夠基于收集到的數據預測可能的風險點，提前向維護團隊發出警報[5]。此外，智能移動機器人能夠在復雜的管網環境中自主巡航，確保在檢測過程中能夠到達管網的每一個角落。隨著無線通信和遠程控制技術的發展，操作員可以在遠離現場的地方操控機器人，大大提高了工作的安全性和效率。智能移動機器人技術為城市給水管網檢測提供了一個高效、精確且安全的解決方案，預示著未來城市供水維護的新方向。

5 結語

城市給水管網泄漏問題是一項全球性的難題，給水管網泄漏檢測技術的發展對城市供水系統的安全運行和水資源的有效利用具有重要意義。信息技術和智能技術的應用為城市給水管網泄漏檢測提供了新的思路和技術手段，使得泄漏檢測更加準確、高效、可靠。信息技術的應用可以建立高效的管網信息管理系統，提高數據分析和處理的精度，從而實現早期預警和精準排查；智能技術的應用則可以實現自動化監測和分析，提供精準的診斷和預測服務，降低泄漏檢測的成本和時間。這些技術的發展將促進城市供水系統的可持續發展，保障水資源的安全和可持續利用。