東阿縣地下給排水管網漏損檢測及展望

張博

摘要：通過文獻搜集、實地調研和工作經驗總結，作者分析了縣域內地下給排水管網的運行現狀和存在問題，分析了國內外的相關漏損檢查方法，在展望中重點介紹了人工智能和遙感衛星技術在該領域內的應用，可以為相關市政養護管理工作的有效開展提供借鑒和參考。

關鍵詞：給排水管網；漏損檢測；人工智能；衛星遙感；東阿縣

地下給排水管網治理工作是市政設施養護和環境保護工程的重要組成部分，對于提高水資源利用效率，維護城鎮基礎設施資產價值，建設生態節約型城市具有重要意義[1]。工業革命以來，世界各國的生產力水平大幅躍進，人口快速增長，社會經濟活動總量明顯增加，催生了地下水收集、運輸和排放的龐大需求，直接導致了地下管道的快速擴建。此外，市政給排水管道一般深埋于地下，表面覆有硬化路面，且地下各種管線錯綜復雜，一旦建成投入使用若想再動土等則會牽扯多方，社會影響巨大，不能輕易進行改造。但社會各界用水、排水的需求增加導致的水量增加，使得管道承壓增大，高于當時的設計壓強，致使管道破損的可能性增大[2]。

近年來，黨和國家把生態環境保護、資源高效利用和經濟高質量發展提上議程，更加強調在不破壞生態環境的前提下，提高經濟發展的速度和質量[3]。

2023年7月18日，習近平總書記在全國生態環境保護大會上強調，全面推進美麗中國建設，推動城鄉人居環境明顯改善。當前，我國的城鎮化進程仍處在高位運行[4]。黨和國家大力推進“美麗鄉村”建設，強調城鎮的高質量建設和發展。中國的大部分縣城處于中心城市和農村腹地轉型的走廊地帶和過渡階段，兼具二者特征[5]。因此，進行以縣域為樣本的市政地下水管道養護的研究分析，對豐富城市建設高質量發展的理論和實踐具有重要的實踐意義。

縣域內地下給排水管網有別于城市或農村，城鎮的公共基礎設施的建設存在發展程度不均衡、時空分布不均衡、建設水平不均衡的問題。對于地下給排水管道而言，城鎮中普遍存在三類新舊程度不同的市政設施，包括待建、新建和老舊的地下管網。根據運行程度的不同，養護水平也需進行相應調整。因此，作為城鎮基礎設施的重要組成部分，對“存量”的給排水管網進行及時的探測漏損和保養維護，對“增量”部分進行合理的規劃設計，在資源節約、環境保護和經濟發展等方面都是極為必要的。

本文以山東省東阿縣為研究區域，該縣境內地勢平坦、土壤肥沃，適宜農業生產，為黃河流域地區的主要糧食產區之一。東阿縣主要的供水水源為封閉式地下水源，在經濟建設的過程中，淺層地下水遭到過度開采，水源一旦被污染，將會造成整個水系長期無法使用，嚴重影響城市建設和人民生活[6]。因此，地下給排水管網維護工作，對于提高水資源利用效率，防止環境污染等負面影響具有重要的研究意義。本文結合多年的基層工作經驗，通過實地調研、調查訪談等方式，回顧總結了縣域范圍內，地下給排水管網的運行現狀和存在問題，為進一步優化工作方式、提高工作效率提供了理論依據。

1 地下給排水管網探損的必要性

1.1 地下管網漏損存在明顯的負外部性

我國是世界上缺水的國家之一，人均水資源占有量不足世界人均的25%[7]。地下給排水管道發生漏損時，水資源會直排地下空間，直接造成資源的大量浪費和低效利用；同時，水分侵入土壤，增大土體壓力，容易形成“地下水囊”，發生道路塌陷[8-9]，對路面交通和建筑物結構產生了非常大的安全隱患，威脅到人民群眾的生命和財產安全。

對于地下排污管道而言，污水成分復雜多樣，富含有毒有害物質，這些物質直排土壤中，還會造成一定程度的環境污染，對地下管道空間形成侵蝕。目前，大多數城市排水系統的主干道為明渠和天然河道，由于這些平時沒有天然水補給，污水大量排入，水質已經惡化，大部分河水變污濁，嚴重影響城區市容景觀和環境，對居民的生活條件帶來了極大影響[10]。

污水中存在多種硫化物[11]，惡臭的氣味會造成空氣質量下降，給市容市貌造成負面影響。

1.2 地下管網的養護機制亟待創新

現實生活中，地下給排水管網的養護多是依賴公共財政，會增加地方財政的負擔。地下管網的養護缺乏長效的資金支持，地方政府也需要及時引入私人資本共同參與運作，創新資本參與方式，緩解財政資金的壓力。

地下水管網在長期受到水流沖擊的壓力下，考慮到建設年代、施工質量等因素的影響，普遍存在破損、淤積、堵塞。我國地下給排水管網的建設規模仍在不斷擴大，傳統的“損壞—報修—養護”的機制已經無法實現及時有效的管理，漏損檢測的手段亟待創新，精準探測、及時響應成為目前縣域給排水管網養護工作的“卡脖子”問題。

1.3 老舊地下管網亟待升級改造

經濟社會總量的增加使得總體的給排水總量明顯增加，許多管道建成年代久遠，已超出既定的設計流量，不堪運行的重負，經常出現管道破損、腐蝕、變形等問題[12]。尤其是地下排污管道，上述問題容易造成生活和工業污水的直排，沉淀物沉淀，造成污水溢流。

考慮到地下污水管道的材質多為混凝土，管道內的沉淀物容易與其發生腐蝕、中和反應，導致管壁材料逐漸受酸腐蝕解體，出現破損現象。因此，老舊地下管網的升級改造，要考慮現有情況和未來發展，綜合設置管徑、管材等參數。

2 縣域地下給排水管網的探損方法

伴隨著城鎮地下管網規模的不斷擴大，傳統的探漏方法無法滿足日益增長的業務需求，需要借助新技術、新手段和新方法，實現管網的智能化監測和管理。

2.1 聽音法

聽音法是一種目前較常用、普遍的管道檢測方法，分為閥栓聽音及地面聽音兩種。技術人員利用聽漏棒以及電子放大聽漏儀在閥門、消火栓以及管線暴露處等位置檢測因管線漏損產生的漏水聲。該方法設備簡單，效果較好，性價比很高。不足之處在于環境噪聲對聽音法影響較大，且極其依賴工作人員經驗，人工成本高昂。

2.2 攝像頭檢測技術

攝像頭檢測技術，主要是指管道閉路電視檢測見圖1，該技術在國內外被廣泛應用到市政管道設施養護中。

英國泰晤士水務公司在管道巡檢中廣泛采用攝像頭技術，通過高分辨率的圖像檢測管道內的裂縫、漏水等問題。該項技術主要依賴可遠程控制的管道機器人，攜帶高清攝像頭設備和先進傳感器，代替人類進入狹小的管道內部，采集圖像和視頻，通過無線電傳輸直接查看管道內部的狀況[13]。

近年來，人工智能技術得到了快速發展。未來的管道探測工作可依賴CCTV檢測技術，利用其采集的大量圖像數據，借助大數據技術和圖像識別算法，識別管道漏損情況，可避免人工質檢的主觀性和經驗缺乏等問題的發生[14]。此外，虛擬現實、增強現實和其他交互式應用的發展，未來在管道檢測的應用中大有前景。

2.3 衛星探測技術

衛星探測技術是利用搭載至航天衛星上的傳感器，通過遠距離探測的手段，被動接收或主動發射電磁波，記錄目標或物體返回電磁輻射信息的空間探測技術。相較于常規的監測手段，遙感技術具有快速、高效、無損的探測性能。

遙感技術的快速發展，為地下管道的探漏監測及環境影響分析提供了技術上的可能性和可行性。地下水管網的破損，液體滲透和擴散至土壤中，滲漏的水分常常吸附在土壤粒表面或存儲于土壤孔隙之間，透過土壤顆粒的毛細作用，導致了其濕度的變化，可反映出管道破損程度的大小。在裸土區域，土壤水分含量會明顯升高；在植被覆蓋區域，地下滲水直接為根系補充水分，間接增加了植被冠層的含水量。

基于衛星遙感的城市給排水管道探損工作，可以實現從源頭控制污染源到治理污染的末端全覆蓋。在歐美地區，該技術率先應用在供水管道探損工作中。尤其是，長波段、低頻率合成孔徑雷達衛星的研制、發射和使用，使其探測深度更高、穿透能力更強，使得該技術在理論和實踐上具備可行性。美國ASTERRA公司成立于2013年，它應用L波段的ALOS衛星，致力于地下水的探測工作。ALOS-2衛星單次過境覆蓋能力為350 000 km2，探測深度最高可達地下3 m，可以進行大范圍、高頻次的對地觀測。由于水對電磁波具有獨特的反射特性，水分對雷達信號的回波強度一般低于其他地物；同時，不同物體具有導電常數上的差異性，這些特征都使得表層含水量高的物體容易得到區分。因此，疑似地下管道滲漏點處的土壤表層水分表現出異常的高值，利用雷達回波信號進行探測，可以在一定區域內框選出滲漏范圍。目前，ASTERRA公司在40多個國家開展相關業務，據統計，相比于傳統的敲擊探漏法，雷達衛星探漏具有更高的準確度，精度提高了近300%。英國SUEZ公司作為ASTERRA公司的合作伙伴，該技術在英國也得到了大范圍推廣和應用。美國Hydromax公司將其拓展到移動網絡端，使得疑似管道滲漏的點位更快地得到用戶的篩查和處理。隨著上述商業應用的逐步成熟。近年來，中國大力推進城鎮化，尤其重視地下管網的規劃、建設和養護，相關技術在我國具有廣闊的應用前景。

3 結論

本文概括總結了東阿縣地下給排水管線的運行現狀，以及管道漏損探測的必要性和常用方法，為地下給排水管道的優化維護提出以下建議和展望：

（1）加強地下給排水管網的遠景規劃、設計和建設，采用更加合理和科學的方法，綜合考慮到各種因素和需求，如地形、氣候、人口、用水量、排水量、污水特性等。

（2）加強地下給排水管網的維護、更新和管理，積極探索智能自動、遠程無損的新技術應用，實現實時監測、定期檢測、及時修復和預防性維護。

（3）展望未來的研究方向和發展趨勢，比如更多的國際合作和交流，更多的創新和突破，更多的政策和法規，更多的社會參與和支持等。

（4）增加地下給排水管網漏損影響、風險和挑戰的評估和應對，采用更加全面和系統的視角，考慮到各種可能的情況和后果，如自然災害、人為破壞、氣候變化、社會變革等。

參考文獻

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