噪声技术在供水管网漏损控制中的应用

张 蕊

(水联网技术服务中心(北京)有限公司，北京 100160)

输配水管网是城市重要的基础设施，管网暗漏不仅浪费水资源，而且容易造成次生灾害，危及居民人身、财产安全［1］。大量数据表明，80%的漏失事件发生在DN300管道以下的配水管网中，而这部分管网占供水企业管网总长度的70%以上。如何快速、准确地找到暗漏点，成为亟待解决的问题。

在传统的管理方式下，巡检、检漏等工作需要耗费大量的人力。受限于检漏人员的专业技能水平、管理等问题，传统人工听漏的效率和效果都相对较低，高性能的漏损监测传感器设备作为供水企业提高工作效率的补充力量，得到越来越广泛的应用推广。

1 噪声技术的研究

漏水会制造噪音，声波通过管道中的水沿着管壁、管道附件以及地面传播。如果管壁是完全刚性，声音以约1 485 m/s的速度传播。管材在某种程度上存在弹性，造成声波在管道传播的过程中的衰减。管道中的声速取决于管材、管径与管壁的比值。对于金属管道，声速放缓至1 200 m/s，尽管被金属吸收一部分声能，但仍可以传播很远的距离。塑料管更具有弹性，可将声速降低至300～600 m/s。声能在塑料管道更容易被吸收，因此在传播过程中声波会变得越来越弱。

漏损噪声监测基于声学原理，利用噪声设备收集管道的噪声，通过建立模型对噪声值和噪声频率进行比对分析，精准判断所监测的范围内是否存在漏点。该技术作为规模化快速部署，进行漏损监测的方式运用，大大提高了漏点监测和预警的效率。

漏损噪声监测系统是由多个噪声设备组成的整体化声波接收系统。噪声设备安装在管网中的不同地点，例如消防栓、阀门或其它管件，一般在夜间2:00—4:00开始工作，记录管网的噪声信号和声音，并有效过滤其他背景噪声。

传统的检漏方式依靠人工，主要能发现噪声强度在30～100 dB的噪声。噪声设备能够发现低于30 dB的噪声，很好地解决非金属管材漏水的问题，两者的对比见表1。

表1 人工与噪声设备检漏灵敏度对比Tab.1 Comparison of sensitivity between manual leakage and noise equipment detection

2 案例应用

2.1 供水安全的保障

主管网是城市供水的生命线，需要保障其安全运行，减少爆管，保证管网服务压力。对主管网的监控是漏损控制的重要内容之一。

某供水企业在主管网漏损控制方面采用噪声远传技术，缩短人工巡检周期，及时发现漏失点。在某段主管网上安装噪声设备进行在线监测，所有设备选择安装在消火栓上，见图1。

图1 噪声设备布置示意Fig.1 Schematic layout of noise equipment

噪声设备将主管网噪声监测数据上传到系统，通过建立噪声曲线模型来判定漏损状态和漏点范围。设备安装后第2天出现漏点报警，如图2所示。

图2 系统报警Fig.2 System alarm

图3 系统漏点相关定位Fig.3 Positioning of the system leakage

由图2可得，编号为“xiao-9”的消火栓产生报警。进一步从图3可以发现，报警显示是在距离“xiao-9”消火栓70.99 m的地方有漏点。根据系统出具的漏水预警位置，安排检漏队到现场进行精确的地面漏点定位，在距离该消火栓70 m左右的位置发现异常。经现场开挖发现，漏点与系统指示位置相符，位于连接主管的DN50配水管弯头接口处的破损。

该漏点处于闹市周边，施工复杂，12月21日漏点修复完成后，系统噪声数据恢复正常，如图4所示。通过入口水量分析显示，该漏点修复后实现节水量300 m3/d，年节水量11×104m3。

图4 漏点修复后的系统数据分析界面Fig.4 System interface of data analysis after repairing the leakage point

2.2 与DMA管理手段的结合

配水管网漏失较多，以暗漏居多。在漏损管理中通常采取DMA管理手段解决物理漏失问题，并在线监测管网漏失情况，及时解决新增漏失事件;评估存量漏失严重程度，快速解决漏量较大的DMA［2］。检漏技术能力较差或采取外包检漏的方式，会导致即使知道有漏点，却难在短时间内解决的问题。因此，将噪声技术与DMA管理相结合，智能监测管网漏失情况并确定漏失范围，有助于提高漏失报警的准确度，缩短漏失时间。

某DMA供水管网资产状况较差，有700余户，管网老化十分严重，之前的夜间最小流量为21 m3/h。在管理初期，依靠供水企业自建的检漏队伍开展检漏工作，但是受专业能力的影响，该区域的漏失控制效果不理想。为了改变这个现状，在该区域实行分布式噪声巡检方式，优先在漏失严重的小范围布置噪声设备，使用12台设备，见图5。

图5 噪声设备布置示意Fig.5 Layout of noise equipment

自10月管网漏失情况加重后，采用噪声技术与在线监测技术相结合的方式进行控制工作，共报警8件，均全部检出漏点，实现日均节水量230 m3，年节水量8.4×104m3，目前夜间最小流量稳定运行在6 m3/h左右，见图6。

图6 DMA月漏失量情况Fig.6 Monthly leakage of DMA

图7 所示为该DMA存量漏失评价指标，可以看出DMA的漏失由严重向较好的趋势发展，取得稳定的控制效果。

图7 DMA存量漏失评价Fig.7 Evaluation of inventory leakage of DMA

2.3 与日常运维工作结合

供水管网周期巡检是管网运维工作的重要内容。传统的周期巡检主要依靠人工定期对管网进行检漏，巡检周期一般为30～45 d。发现漏点的周期较长，工作耗时长，效率和质量不高。为了解决这类问题，将噪声技术与日常运维管理工作相结合。例如某市对村片区供水管网采用噪声巡检方式，根据现场踏勘调研需要布置噪声监测设备50个点位，投入20台设备，进行为期4 d的在线监测工作，如图8所示。

图8 村片区管网噪声设备布置Fig.8 Layout of noise equipment for pipe network in village area

通过对噪声数据进行采集和分析，噪声设备共出现14处报警，现场检漏发现7处漏水点，有的漏点是多处设备共同报警。其中一处是人工多次巡检尚未能发现的漏点，由DN300管道环向断裂引起，埋深4 m，漏点漏量较大。维修后夜间最小流量下降了14 m3/h，日节水量为350 m3，年节水量为13×104m3。

3 结论

① 噪声技术的应用方面，供水企业正向着物联网化、数字化的方向不断发展，在业务管理和业务流程上需要创新和融入新技术。因此，将噪声技术与业务管理紧密结合，能提高工作效率，弥补人工业务能力差的缺失。同时，利用噪声技术可以对管网资产状态进行评估，为管网改造更新计划提供数据支撑。

② 噪声设备的选择方面，可根据应用场景选择不同类型。水听器应用在主管网监测的效果最佳，噪声设备应用在配水管网最佳。

③ 噪声监测的工作方式方面，由于噪声设备有一定的资金投入，大规模的采购需要大笔的资金。因此，可采取噪声巡检的方式达到预期效果。