区域漏水检测技术实施方案

1XX市供水管网区域漏水检测技术实施方案一、前言中国国内自九十年代中后期开始规模引进国外漏水检测技术和设备，到现在供水企业对漏水调查技术和认识已经比较普及，但由于实际工作模式和队伍管理机制的不同,效果各不相同，未来漏水检测技术应该是建立在供水管网水损控制系统下的技术与产品的需求统一，其将综合现有的声波检测技术，融合区域流量,压力监测,泄漏监测和预警系统及其它综合物探检测技术（热红外成像等），以降低水损，为企业供水争取最大经济效益为根本目的，实现从目前漏水调查的低端单一方式向高端综合手段转变。本方案着重介绍目前国外已经应用广泛并取得良好成效的区域噪声监测预警系统与传统漏水调查技术的组合使用，根据各企业供水规模不同，提出具体工作方案，侧重原理和逻辑说明，意在推进国内供水企业的漏损控制观念和工作发展。二、工作内容和技术要求1．工作内容·针对XX水司供水管网特征设计建立PERMALOG区域漏水监测/检测系统，提高XX市自来水公司目前漏损自动控制工作管理水平。·预算XX水司目前经济条件下运行PERMALOG漏水监测/检测系统LOGGERS的最优经济配置。2．技术及要求·符合声波法漏损监测/检测技术方法。·XX市自来水公司提供准确完备的管道位置资料和图纸。·符合XX市自来水公司供水管网施工安全工作规范。三、工作方法与原理21．声波法漏水检测技术的原理漏水声波的产生一定压力下的供水管网，一旦破损发生泄漏，由于管内外压力差的作用，水会从破损点逸出，并具备一定的速度，逸出的水会产生两种力学运动过程：1）由于水的粘滞性并具备初速度，会摩擦管壁，形成振动，该振动以波动形式沿管道向两侧传播。从波动理论来讲，其波动属于线状波，声源为泄漏点，声音能量—声强呈指数规律衰减，衰减系数与传播介质的弹性模量、水压大小、声波的频率有关。如图，Ir=I0e-arI0为声源处声强I0Ir为距离声源r处的声强a为衰减系数0r由此看出，漏水声波在传播过程当中，—这里主要讨论沿管道方向传播，在土壤中以径向传播也遵循此项规律—由于介质损耗，不同频率的波能量会出现衰减，高频衰减较快，低频衰减慢，离漏水点越近，高频部分能量相对比例较高，通过一定的仪器用耳朵倾听，会感觉声音尖锐；离漏水点越远，由于高频衰减较快，所以人耳会感觉声音比较低沉。如下图，声强较小，低沉声音最强，尖锐声强较小，低沉漏点阀栓听音工作原理2）当水柱从破损处逸出后，由于具备质量和初速度，会冲击管体周围的土壤介质，形成振动，并以波动形式，等势面呈球面向四周发散传播，其波动属于球面波，其衰减由两部分组成：空间方向传播的球面发散和径向方向传播的内部介质热损耗，径向传播遵循线状波的衰减规律（同上）。Ir=I0e–ar（径向传播）图二图一3Ir=I0/4πr2(球面传播)从上两式可知，漏水噪声传播传播的距离越近，该处的声强越大，在地面沿管道检测漏水声波，由于h相对于任意斜边r取最小值，故在漏水点地面投影点处附近有最大声强。利用这个特点，可以采用地面听音的方式进行漏点精确预定位。如图，0hr漏点听音路面工作原理漏水声波的频谱特性漏水声波的频段分布一般在0Hz~5000Hz之间。能量低频声波高频声波距离由于传播过程中，振动造成介质的内热损耗以及其他特殊结构（三通、四通、空腔等）原因引起能量衰减，高频衰减快，低频衰减慢。离漏水点越近，高频部分能量相对集中，声音尖锐；离漏水点越远，由于高频部分衰减较快，低频部分能量相对集中，声音低沉。影响漏水声波频率分布的几个因素影响因素频率水压漏水孔形状管道材质（弹性模量）传播距离高低大小大小远近0~5000Hz高低低高高地低高2．区域噪声监测/检测工作原理图三图四4区域噪声检测工作主要通过分析采集到的管网噪声的频谱特性来判断区域管网的漏水状况，三个参数：峰值采集样本间隔全部统计时间（99%）里，统计最高的噪声水平，以分贝表征，峰值越高，离漏水点越近。临界值采集样本间隔全部统计时间（99%）里，采集噪声的最底水平，以分贝表征，临界值越高，离漏水点越近。分布采集样本间隔全部统计时间（99%）里，上下临界值的分布范围，以分贝表征，分布越小，噪声曲线越对称、越窄，则漏水的概率就越大。由于区域噪声监测第一次在实际工作中把管道漏水噪声按照上述三个因素进行量化，能够客观反映管网噪声状况，排除了人的主观经验因素引起的误差，而且传感器的灵敏度极高，同时采用累加统计分析工作方式，能发现常规方法很难发现的漏水点，要求操作人员的经验较少，一般一个工作单元只需1名经验工作人员，200KM管网只需15天即可完成系统检测，减小了人员劳动强度，缩短了普查周期，大大提高了人员和实际工作效率。3．流量、压力分析原理1）压差法一定压力下的供水管网，一旦发生局部破损泄漏，将会导致局部区域管网压力下降，通过管道压力监测或通过举报获得的局部水压异常下降，可即时分析该区域可能存在漏水。漏水量相对管道径流量比例越大，压力下降越明显。注意区分大流量的用户或局部用水高峰期也会造成局部管网压力下降。所以建立区域内管网压力曲线档案的同时，还必须了解区域内的用水状况，通过比对不同时期的压力异常，可获得区域内发生漏水最直接的证据。2）最小流量测定法对小区为典型的树枝状（也称袋状）管网最为有效，根据区域内供水用户的时间特点，选取用水低峰期，理想状况为用户无用水，这时测定该区域管网袋口径流量（一般为进入该区域的主干管道、总表），多次测量结果比较，测得的最小流量将接近于该区域的漏水量。5注意，该方法对用水呈时间周期性特点区域管网最为有效。实际上该方法一般主要用于定性半定量评估区域管网漏水状况，由于用户用水的随机性，测得的最小流量和实际漏失量相比一般存在误差。四、声波法漏水检测工作步骤设备与人员配置设备配置设备名称型号单位名称区域噪声监测系统Palmerlog/AQ90套相关仪Microcorr-6s套漏水探知机MK-5/GMIC台管线探测仪RDSERIES套其他辅助工具若干人员组织及要求：管网资料收集、分析区域噪声监测，建库阀栓听音路面听音相关确认开挖修复后噪声检测、建库区域流量、压力分析6高级技术人员1~2名，能熟练操作各种检测仪器和计算机，具备丰富的漏水调查工作经验，并善于统筹安排、协调工作。初级操作人员若干（根据实际管网长度、工作量进行安排），了解漏水一般调查方法、工作流程。管网资料收集、分析收集管网的图形资料，流量、压力统计资料，分析局部流量、压力异常，分析管道位置和阀栓分布密度，为区域噪声检测工作开展提供依据。区域流量，压力分析原理同上所述，用来评估区域的漏损状况。区域噪声监测分析整体管网结构，按照一定步骤次序对全区域管网进行噪声检测，精确确认漏水发生管段，为精确定位漏点提供准确范围。另外，建立整体管网的噪声曲线库，和以后测得的噪声曲线进行比对，可以判断新发现的漏水，同时提供预警提示。路面听音调查对区域噪声检测分析定的漏水区间进行路面听音，进行漏水点定位。同时对区域噪声检测不能完全控制的管网管段进行漏水普查。在进行路面听音的过程中，一定要尽量使地面传感器在管道上方附近，通常S步，左右传感器位置间隔在1米左右，前后传感器位置间隔在1.5米左右。原理如图三所述。相关确认分析上述方法确定的漏水区间附近的管网结构，选取合理的相关点，用MIC6相关仪进行相关测试，减小误差，精确定点。附1：相关仪工作原理与计算结果误差分析工作原理：相关仪是依据同一声源发出的两列声波在均一介质中传播，该两列波具有频率相同，相位不同，即相关性，通过数学物理方法—相关对采集到的两列声波的振动进行处理，可以确定两处振动波形的相位差，从声源传播的时间差。如图，DL1L2T1VT2漏点漏点到红色传感器的距离为：L1=【D＋V×τ】/2D为两传感器间的管道总长7τ=T1－T2为漏水声波传播到红蓝传感器的时间差，也称延迟时间。误差分析：ΔL1=0.5ΔD＋0.5ΔV·τ＋0.5Δτ·V由上式可知，漏点距离的误差由D、V、τ三个因素引起，其中管道总长误差的50%会被传递到结果，V的数量级为1.2m/ms左右,τ的数量级通常为n~n×10ms,速度V的误差会因为τ的数量级几倍几十倍的放大，由于V的数量近似为1，延迟时间τ的误差放大的程度有限。漏点结果的误差主要是由以上三种因素同时引起（这里不讨论其他干扰因素引起的误差），分析单一因素引起的误差为正误差还是负误差，综合引起的误差为正误差还是负误差很困难，因此要求我们在实际测量过程中尽量保持每一个量的准确性。通过以上分析及实际工作经验，在相关过程中应注意以下事项：·最大可能准确测量管道总长D，尽可能做相关时辅助管线探测仪进行定位测量·合理选择相关点，尽量使漏点在两传感器间管段居中，减小τ的数量，从而减小传递到结果的误差。·如果条件允许，尽量选取传感器间拐点/三通等结构少的点作为相关点，可以减小传播时间引起的实际误差。·另外，相关仪的频谱分析和滤波设置功能也会对相关结果的准确性产生影响，滤波器设置如采用两传感器采集到的振动频率的公共部分，会使相关曲线峰值更为突出，滤波器设置如采用两传感器采集到的振动频率的合集部分，会使相关曲线包络线更光滑，采取多组滤波，比较不同结果，对培养实际操作经验很有益处。附2.有相关异常却无法判断管道走向情况下的漏点轨迹讨论相关仪在实际检测过程中，经常会出现管道有两相关点，主机显示两点采集到的噪声有相关性，并且峰值明显,显示漏水异常,但实测管道走向不清,这时往往会对漏点精确确认造成困难,以下部分将对这个问题进行讨论,并最终确定漏水点轨迹,减小检测确认劳动量。8依据管网敷设规律，可以这样假设，A，B两点代表的是两个阀们或其他附属设施C两者之间的管道走向可以是1）直线管道穿插两个阀们AB2）三通管道穿插两点（这里作900三通分析）以上两种情况均满足圆的有关定律关系，（过圆上一点C和直径两点A、B的两条弦在圆上一点C处垂直相交，该点C为垂足），如图，这里只讨论V×τD，即漏水点在两点之间的情况下，设定AB距离为D(实测),AC距离为a=D×cosα,BC距离为b=D×sinα,漏点到A点的距离为x，声波传播速度为V，时间差τ由相关仪计算可得，有：（a-x）-(b+x)=V×τ算得漏点的轨迹为：x=(V×τ-a+b)/2=Vτ/2+D(sinα-cosα)/2α属于（-π/2，π/2）附3.XX市供水管网区域噪声监测系统LOGGERS的经济配置方案国内水司限于经济能力，很难一次性在全区域管网覆盖敷设LOGGER采集器，PALMERLOG的采集器将同时实现监测和检测功能，实际上，采集器配置越多，工作效率越高，实际效果也越明显，采集器单价也月便宜，这里给出经济配置LOGGER采集器方案在只考虑工期进度情况下的一般原则，1）一次经济配置，以后逐步增加完善，最后实现全区域覆盖监测/检测。2）经济配置同时实现漏水监测和检测两项功能3）依据检测区域管网总长度（D公里）和阀栓密度分布和进行一次全区域管网普查时间天数（T）相结合，每天采集r次，每个传感器可控制阀栓管道左右150米范围，则采集器数量n为,n=D/(T×0.3×r)(个)4）投入资金≧n×采集器单价