高校供水管网渗漏监测管理研究

张孝中，郑憬文，蒋 崎

（中国药科大学，江苏南京 211198）

0 引言

2019年黄河流域生态保护和高质量发展座谈会上，习近平总书记强调，要把水资源作为最大的刚性约束，坚持以水定城、以水定地、以水定人、以水定产，合理规划人口、城市和产业发展。国家节水行动方案也指出，到2020年全国公共供水管网漏损率控制在10%以内，而我国公共供水系统的管网漏损率平均达20%～50%，发达国家平均达15%［1］。全国共有2 663所普通高校，在校大学生约3 694万人，作为城市用水大户的高校群体，水利部、教育部、国家机关事务等部门也联合印发了《关于深入推进高校节约用水工作的通知》［2］，节水工作越发严格迫切。节水工作中查漏检漏的渗漏控制是一个重点环节，公共机构节水管理规范也明确要求公共机构管道设备运行完好，漏损率要小于2%，而教育部直属高校中也仅有部分学校能满足相关要求，大部分院校漏损率均高于5%，全国高校的漏损率情况不容乐观，漏损率可达14%甚至更高［3-4］。针对如何提高渗漏监测效率，本文通过探讨分析测漏工作中的问题，以期为更好地开展高校查漏检漏工作提供参考。

1 高校漏损率大的原因分析

1.1 管网建设质量

管网的漏损状况取决于设计、施工和维护质量。管网及配件材料的选取、管线的综合布线设计、设计荷载的选取决定了管网的最大寿命；管材自身质量、回填材料及施工质量的控制以及后续维护保养的周期决定了管网的使用寿命。施工质量不达标引发管段接口滑脱、管网沉降破坏，管网综合布管不合理形成排水及环境电化学腐蚀破坏，管材质量控制不严造成砂眼、隐形裂缝，管材材质选取不当产生周期性变化物理破坏，使用维护中，高压用水、水压波动形成的水锤破坏以及用水器具、管件配件的损坏都是漏损的根本原因［5-8］。

1.2 漏损监测不及时

漏损主要为明漏和暗漏两种表现，暗漏量既大又难以发现。高校供水有政策保障，高校用水者难以对水危机产生切身的体会，高校节水管理队伍的缺陷和管理体制影响了漏损的及时监测，高校用水权责分离问题难以根本解决。公办高校更多的将经费投入在科研支持和新建项目中，节水经费投入较少，配套监测设备和节水技术难以满足实际需求。相关工作人员较少，日常巡查不及时，管理者难以投入大量精力研究漏损监测，同时高校存在图纸不全的问题，管理人员多数依靠经验识别管网，暗漏的查找需要大量的数据分析和现场实际探查，查漏、维修工作效率低下，而高校各部门的工作交叉也会影响漏损监测效果，例如高校一般将供水管理设在后勤部门，消防系统设在保卫部门，而消防管网的渗漏也是一个普遍性的问题［9］。

1.3 节水意识有待进一步加强

有调研表明，水费由学校统包，学生缺水的危机感不强烈，用水量多少与学生个人关系不明显，学生节水意识和动力缺乏，总体而言，有环境相关专业背景的学生要相对较好，具有较为积极的节水意识和节水行为，多数同学的意识有待进一步提高和加强［10］。也有研究表明，学生具备基本的节水行为和态度，但是未必愿意投入时间和精力于节水工作［11］。同时，部分管理者自身的节水意识也不强烈，加剧了水资源漏损的管理难度。学生和教职工是学校的用水主体，增强节水意识，加强节水主体责任，多方位、多角色的参与，才能促进漏损的及时发现、及时维修。

2 常用漏损监测技术

结合各地供水公司在抢修、捡漏、普查的经验，管道漏损检测技术主要为：被动检漏法、听音法、探地雷达法、相关分析检漏法、区域检漏法。

2.1 被动检漏法

被动检漏方法较为普遍，主要表现为明漏，通过地面返水、水压不足、排水管道内水流异常等状况来被动地发现渗漏。检漏方式较为滞后，监测时效性差，水资源浪费较大，同时还可能伴有塌方等现象，危及管网、交通和建筑物的安全［12］。一般通过管理人员或用水人员的巡视反馈渗漏监测成果，对于用水及管理人员的责任心要求较高。

2.2 听音法

采用适用工具仪器测听、比较管网噪音，即管道有泄漏时，通过仪器收集、放大漏点处的振动声或摩擦撞击声波，判断管网状态［13］，核心设备为听漏棒和电子放大听漏仪。此法适用于安静环境下的管网渗漏甄别，主要查听管件、自来水管网的建筑入户接口以及消火栓位置，通过阀栓听音查找漏水的线索和范围，然后根据管线走势通过地面听音逐步排查至漏损点。此法受外界噪声影响明显，对检漏人员的经验、地形和管线图要求较高。人工听音时，受环境影响大，人耳很难判别，准确率低。工作范围大，工程量大，人力成本较高，测漏效率低，检测不及时，漏损较大，而且易受天气影响。

2.3 探地雷达法

利用无线电波进行详细探查，可以显示漏水孔周围实际状况。能够实现漏水点精确定位，直观表达。但一次性可搜索范围过小，需要漏水检测仪器配合使用。此法可以有效规避塑料管道声音信号的衰减影响，在塑料管材为主的管网中应用较为广泛［14］。

2.4 相关分析检漏法

相关分析检漏法是当前最先进一种检漏方法，特别适用于环境干扰噪声大、管道埋设深或不适宜用地面听漏法的区域。用相关仪可以快速准确地测出地下管道漏水点的精确位置。一套完整的相关仪主要是由一台相关仪主机（无线电接收机和微处理器等组成）、两台无线电发射机（带前置放大器）和两个高灵敏度振动传感器组成。通过装设在管线两端的传感器接收漏水所产生的连续的不规则振动音，根据两个传感器间的距离、声音到达的时间差、振动音传播速度等数据进行相关计算，求得漏水点的位置。监测渗漏能力较强、灵敏度高，可在单一的管道中可以发现数个渗漏点；不依赖操作者的经验和技巧［15-16］。但设备受管材、安装位置、设备寿命和环境制约，某国产品牌相关测漏仪对不同管材的测漏距离如表1所示，在三通等变向处需加装设备。

2.5 区域检漏法

区域检漏法是将管网进行独立分区，并在每个区域和独立建筑的管段上安装流量计，从而实现对各个区域流量的监测。通过对日常用水量以及夜间最小流量的数据分析来定量渗漏状况，进而逐级判断缩小渗漏的区域，此法需要安装大量的远传水表、流量计和数据记录仪，需破管安装水表和阀门，易对水质安全造成隐患，建设成本很高，工程量很大，影响供水的稳定性，而且需要专业的技术人员维护系统，比如阀门更换、仪表定期检测、管道冲洗等等，此法对表计质量和分析人员管理能力有一定要求［17］。

3 渗漏监测常见问题分析讨论

3.1 图纸资料的共性问题

漏损量大的情况多数发生在高校的老校区和快速建设的新校区，发展历史较长的高校老校区地下管网年久失修、管材使用寿命和日益增长的用水需求矛盾促生了较多漏点，陆续更迭的改造及人员变更也加大了管线管理难度；新校区的大规模建设存在工期短、人员杂的问题，一方面工程质量难以得到保证，另一方面，相关技术资料也可能遗失。许多高校甚至没有管网图，仅凭工作年限较长的管理人员依靠经验判断管线走向。图纸资料缺失的共性问题迫使听音法、区域检漏法及相关检漏法无法深入检漏，严重影响了渗漏的及时监测。

表1 相关仪测漏距离 （单位：m）

对于上述问题，一方面可以自行开展管线普查工作，价格约在每千米单种管线2 000～3 000元，此种方式投入经费可根据学校的管线复杂程度而定；另一方面，作为社会公共机构大户的学校可以寻求地方政府相关管理部门的支持协作，随着城市管线管理水平的提高，政府也在不断地探测收集管线资料，向政府开放学校的管线测绘工作有助于政府关于社会资料的收集，也有助于学校管线成果的收集和经费的节约，取得的测绘成果可以奠定后续规划建设以及渗漏监测工作的基础，是一个双赢的模式。

3.2 消防系统的渗漏问题

高校的主要用水建筑相对比较简单，主要为行政办公楼、公共教学楼、宿舍、体育场馆、食堂和实验楼。消防系统主要为喷淋和消火栓系统。高校部分功能单元模块在整体设计中也应用了区域消防概念。而区域消防设计模块的范围决定了室外消防系统和室内消防系统在户外的管线敷设规模。实际工作中，后勤或保卫相关职能部门针对此内容的检漏经常简单理解为室外消火栓的明漏而忽略了消防系统的渗漏，直到消防维保过程中，因楼宇内部消防系统压力不足，甚至无压力、无水时才考虑到渗漏问题。另外，室外消火栓如果是以满足二路供水条件依附市政供水管网建设的情况，将实际体现在主供水管网的渗漏量中。

针对这种类型的渗漏监测，应当结合消防系统设计原理，在关键位置加装流量表计作为监测预警。消防系统一般为非流动水源，在室内消防系统的外延管线渗漏监测方面，可以在楼顶高位水箱补水管增加相应流量监测表计，在室外消防系统的外延管线和室内消防水池渗漏上，也可以在室外、室内消防水池的补水管上增加相应流量监测表计。

3.3 定性和定量的渗漏监测

高校用水人员的节水意识和管理人员的工作负荷和责任心决定了渗漏监测的效率。为全面规划我国节约型校园的发展建设，2008年，住房和城乡建设部、教育部联合编制并颁布了《高等学校节约型校园建设管理与技术导则》，开始指导和规范高校节能监管体系的建设［18］。多数高校也建立了节能监管平台，节能监管系统实时反映了管网的三级计量数据，为区域检漏法提供了技术数据支撑。但是作为压力损失部件，流量表计无法无限制安装，区域检漏法只能确定渗漏的范围，通过定量数据分析，识别某一区域的渗漏状态，同时流量监测仪表的匹配性和维护程度也影响着数据的准确性。根据相关节能领跑高校的反馈，智能远传水表的品牌质量参差不齐，部分高校因水表质量差，存在信号传输质量问题，数月后系统完全瘫痪，而质量较好的水表中，DN80以下小口径表计也常出现故障，对渗漏监测和定量计量造成一定管理难题。远传水表的实时传输功能有助于提高管理人员数据收集分析的效率，进而提高渗漏分析效率，但价格较高，常用规格DN100以下的表计单价约1 500～2 500元，DN150～200的表计单价约4 000～4 500元。而常规入户管径通常在DN80～150，为提高渗漏监测效率，可针对DN80以上表计采用远传表计，纳入实时监测，其余表计可最低配置普通表计，并在区域表上设置远传表计。另外，DN200以上表计因最小精度幅度较大，易形成较大统计误差，而通常此规格表计安装在校园供水主管入户端，建议参考供水公司做法，调整为并联管线入校，转化为DN200以下管径进行实时计量，提高准确性。

随着物联网、云计算的发展，相关分析检测法设备不断升级，设备可以不破坏管件进行安装，通过人工智能和物联网技术的应用，经智能学习和大数据分析，即可在渗漏发生时准确判定渗漏并定位漏点位置，向管理人员发送报警信息，渗漏监测效率和准确性大为提高。此类设备主要难题在于续航时间以及信号传输效率，以往设备电池容量小，供电难以解决，信号传输受埋深、覆盖物状态、水淹和腐蚀的环境影响，目前设备的制作逐渐变得小巧精细，防水等级也提高至IP68等级，并通过加装天线解决了埋深等对设备自身的信号传输稳定性，区域设备信号的传输也由LORA的基站传输升级为NB-IoT方式，减少了基站的投入费用。另外，设备电池使用寿命基本可在5年以上，并可以拆换，单价约为150元，续航能力的提升提高了设备的性价比。

区域检漏法的定量分析一方面可以判定渗漏，另一方面也可以推进高校的用水定额管理，从而进一步提高用水人员的节水意识；相关分析测漏设备提高了监测效率，对渗漏点的快速定性定位减轻了管理人员的工作压力，为管理人员深入研究渗漏监测提供了有效时间。

3.4 老旧管网的更新

高校的供水管网主干网的管径通常为DN200～400，管材主要以球墨铸铁管和塑料管为主，进户支管常为DN65～200，管材主要以铸铁管和塑料管为主。消防管网主干网管径通常为DN100～200，支管常为DN65～150，管材主要以铸铁管和塑料管为主。球墨铸铁管、塑料管的腐蚀性渗漏较少，此类渗漏多发生在支撑不良、沉降区域，以管件接口处渗漏为主。铸铁管的腐蚀性渗漏较为多发，尤其以砂眼渗漏、管段腐蚀破坏渗漏为主，也是暗漏的主要源头。听音法的难点除了图纸技术资料，还需要专业队伍去识别渗漏，而一个点位的渗漏监测外包费用约为3 000元，老旧管网通常薄弱点较多，一个点修复后，其余薄弱点位承压后开始陆续渗漏，此类后续渗漏点位的发现和渗漏量取决于听音法的频次，管理和修复费用投入较大。相关分析检测法安装渗漏监测相关仪后虽然可以实现连续监测，但对于损坏管网的重复维修，难以起到根本解决作用。此时，可以根据同一区域反复监测到的渗漏点位，评估管网的使用状况，结合管线改造对学校工作秩序的影响程度，对管网进行整体或部分改造。

4 渗漏监测实例及效果

中国药科大学玄武门校区建于1946年，地下管网经长年更迭改建，管线交错复杂，给水管网漏水严重。2016年6月，结合校区路面出新项目，完成了整个老校区的供水主线和室外消防主线管网的改造，耗时2个月，改造费用约400万元。改造完成后，根据节能平台中老校区科研大楼和综合服务楼的区域表计数据异常显示，利用区域检漏法和局部管线更新法，查出了渗漏源。结合同期用水数据及水费对比，玄武门校区的用水量从每日1 400吨下降至600吨，每天节约水量800吨。其中，研究生实验楼的用水量从每日620吨下降至220吨，综合楼的用水量从每日350吨下降至每日25吨。供水管网改造完成后年节约水费约100万元，取得了良好的经济和社会效益。

中国药科大学江宁校区建于2004年，2019年7月，学校试点对江宁校区学生公寓组团的供水管网和消防管网上安装了相关测漏仪65台，经费投入约90万元，安装点位如图1所示，相关测漏仪在相应管件部位进行绑扎安装，不破坏管道，安装方式如图2所示，设备采用NB-IoT和4G传输方式反馈数据，通信由运营商完成，无须另外敷设传输线缆，安装和维护简便，收集的数据经过大数据及人工智能技术完成漏点识别。初次安装后，经过2天的智能模拟，设备于第3日发现9处不同渗漏点，即时安排维修后，根据维修前后抄表数据显示，仅AB组团的用水量从每日610吨下降至160吨，合计每日节约450吨，后2019年7月至2020年1月相关测漏仪对此区域实时报警25个渗漏点位。按照渗漏量核算，已完成投资回收。同期请专业队伍利用听音法在校园其他区域进行测漏，通过一个月时间的巡查监测，发现整个校区漏水点20个，此法测漏工作中人员频繁出入公共建筑和校园，还需通过钻孔确认渗漏点位，易出现较大位置的偏差，探孔位置易破坏地面，对于外来人员和现有地面成品设施带来一定管理难度。同时经被动检漏法校园巡视，发现漏水点8处，合计预估节水量每日200吨。

图1 相关仪安装点位

图2 相关仪安装方式

相较于听音法和被动检漏法，根据渗漏点的维修反馈，相关测漏仪报警渗漏点位均为支网暗漏，相关仪报警点位偏差20 cm以内，并实现了同一管段多个漏点的同时监测报警。通过相关仪的安装，测漏效率和准确性大幅提高，降低了管理人员的工作强度和管理难度，加快了渗漏维修的工作效率。

5 建议与结论

根据上述监测技术的分析及应用实例表明，渗漏控制难点在于暗漏的控制，图纸技术资料的收集有利于渗漏的深度监测，同时渗漏监测的重点主要在用水支网，高校应当注重管线资料的搜集，可寻求与地方政府合作，共享管线资料成果。

高校应加大渗漏监测设备的投入，加强定量与定性技术的应用，确保渗漏监测的即时性。对于管网状况良好的高校，在应用区域测漏法判断的基础上建议加大听音法分析检漏的频次，对于管网状况一般的高校，建议采购相关测漏仪设备以达到即时反馈的效果，此种类型投资回收期较短。对于管网状况十分恶劣的高校，可根据实际情况进行管网全部改造，或保留主管网对区域支管进行改造，并加装相关测漏仪。同时，为了提高被动检漏法的效果，应加强节水宣传教育，推进用水定额管理，提高用水人员的节水意识，加强校园巡查，达到及时反馈的效果。

消防管线的渗漏重点主要集中在室外管网，应注重对相关消防高位水箱、消防水池补水管的流量监测，为降低消防水池渗漏造成的补水影响，应定期每月对消防水池采取储水试验进行渗漏监测。