城市排水管网检测技术现状及发展趋势

郭 涛

(江苏省交通科学研究院股份有限公司 江苏南京 210000)

城市排水管网检测技术现状及发展趋势

郭 涛

(江苏省交通科学研究院股份有限公司 江苏南京 210000)

排水管网病害的检测是解决排水管网病害的有效手段，也是管网运行管理的关键。文章对排水管网检测技术的现状进行了研究，并对传统排水管网检测技术和排水管网在线监测技术的技术特点及应用分别进行了总结，最后分析了城市排水管网检测技术的发展趋势。

排水管网;检测技术;在线监测;现状;发展趋势

E-mail:wangjin198907@163.com

排水管网是城市非常重要的基础设施，排水管网的安全稳定对于城市的正常运行具有极其重要的作用。但是，诸如城市内涝、管道拥堵、管线沉降等排水管网病害问题却一直影响着城市安全，困扰着城市居民的正常生活。实践证明，管道的日常检测和管养对于排水管网病害的消除、灾害的减少具有非常重要的意义。发达国家对于排水管网的日常检测非常重视，对于检测项目和周期也都有着严格的标准，部分城市还实现了排水管网的实时监测和评估[1]。近年来，国内很多城市也已经充分认识到排水管道检测的重要性，相关检测技术也在快速发展的过程中。本文通过对城市排水管网检测技术现状进行总结分析，探讨排水管网检测技术的发展趋势。

1 传统排水管网检测技术

城市排水管网主要由排水管道、泵站、雨水口、检查井及其它一些附属设施组成，排水管网的检测主要就是针对这些设施进行状态的评估和分析。传统的检测方法主要包括人工检测及部分仪器检测方法。

1.1 人工检测

传统的人工检测法即主要依靠检查人员肉眼或借助简单设备观测的方法，具体有一下几种：

①目测法:通过人员下井对排水管道内部的状况进行观察，评估管道的状态。目测法可以对管道拥堵、管线沉降、管网设施损坏等病害进行直观的判断。

②反光镜检查:通过简单的反光镜，检查人员对不宜下井区域的管道堵塞、管道破坏等情况进行观测。该观测方法对于应用环境、光线、操作人员均具有很高的要求。

③潜水员下管道检查:对于部分直径较大的排水管道，在发生管道事故时可采用潜水员进入管道内部进行管道病害的检测和故障的排除。

④量泥斗检测:量泥斗主要用于对检查井、雨水口等处的积泥厚度进行直观的测量。

人工检测方法相对来说比较简单、方便，但对于检测人员的经验具有很高的要求，在实际操作过程中也有一定的危险性，并且对于管道内部的很多区域无法实现检测[2]。传统的人工检测方法正逐渐被其他检测方法所取代。

1.2 仪器检测技术

近年来，随着管道检测仪器的不断发展，仪器检测方法已经成为城市排水管网的主要检测手段之一。常用的仪器检测技术有管道闭路电视检测、潜望镜、声纳检测、红外线温度记录分析技术、透地雷达等，相关技术分述如下。

(1)管道闭路电视检测系统

图1 管道闭路电视检测系统

管道闭路电视检测系统(CCTV)是目前应用最为广泛，也是较为成熟的管道仪器检测方法。CCTV管道检测系统主要由装有摄像头的爬行器、数据及电源连接线、监视和录像设备、电源控制设备、测量设备等组成[3]。检测人员在地面通过控制CCTV检测爬行器在管道内的移动对管内各部位进行摄像，再通过这些影像资料对管道内部的状况进行分析评估，检测过程中需要排空管内积水，检测过程参见(图1)。CCTV管道检测技术在国外已经有了很长时间的应用历史，它也是美国、日本等发达国家排水管道的主要检测方法。近年来北京、上海、南京等城市也已经普遍采用检测系统进行管道病害检测，并且取得了良好的应用效果[4]。

(2)潜望镜

图2 潜望镜管道检测

潜望镜是一种便携式的排水管网视频检测系统，系统主要由操作杆、摄像头、电源和灯光系统、监视器等组成。检测人员通过可以装有摄像头的可伸缩操作杆深入检查井内采集检查井或管道内部的视频影像，通过对相关视频资料的分析评估管道内的状况，具体检测过程参见(图2)。这种检测方法相对较为简便，操作也较为简单，但是仅适用于对于检查井附近的区域进行检测，有较大的局限性。近两年来在上海市已有多家排水管网管养机构开始应用潜望镜检测技术对检查井周边管道病害状态进行检测[5]。

(3)声纳检测

图3 管道声纳检测成像图

排水管道声纳检测技术指应用声纳对排水管道内部进行扫描，通过计算机分析处理被管壁或管道内部物体反射回来的声波形成管道内部的横断面图像，如(图3)所示。排水管道声纳检测技术可以较为准确的反映管道内部的状况，尤其对于管道拥堵和管道变形具有很好的检测效果，并且检测过程中不需要排空管道积水，但是声纳检测系统造价较高，操作难度也较大，目前该技术主要在国外应用，国内的应用相对较少，上海长宁区市政管理部门引进了一套声纳管道检测系统对辖区内排水管网的拥堵病害进行检测[6]。

(4)透地雷达

图4 透地雷达检测

透地雷达是近两年来发展较快的一种新型管道检测方法。其主要是通过向需要检测的管道地下区域发射合适频率和波长的电磁波，电磁波在遇到不同的介质时会发生发射，根据发射波的波形的特征可以判断管道及周边区域的状况，透地雷达可以有效判断管道附近土壤空洞、管道的形变、管道的渗漏等情况，具体检测过程参见(图4)。近年来，我国城市“天坑”现象频发，很多城市应用透地雷达对城市地下空间尤其是排水管网的渗漏引发的地下空洞进行探测，也取得了一定的效果，但是这种检测方法也有很多局限性，比如对于管道内部的病害情况识别度较差，且检测过程和结果的准确性对于操作人员的经验要求较高[7]。

(5)红外线温度记录分析技术

红外线温度记录分析技术主要是针对排水管道渗漏病害的一种检测方法，其主要通过红外线成像技术得出探测区域的热图像和各点的温度，再利用管道渗漏点与周围区域存在一定的温度差异的特征判断管道的渗漏情况。这种检测方法在地面完成检测，无需进入管道内部，但其主要缺点是检测功能较为单一，并且检测精度不高，对于检测人员的经验也有很高的要求。

2 排水管网在线监测技术研究现状

除了传统的排水管网检测方法之外，近年来，排水管网的在线监测技术发展迅速，国内外很多城市开展了相关的研究及应用工作。排水管网在线监测技术即通过布设在排水管网内的液位、流量、位移传感器等对管网实时的运行参数进行采集，采集得到的数据通过特定的传输网络传输至管理中心进行处理分析，从而实现对排水管网的实时监测、管理。

国外针对排水管网在线监测技术的研究及应用起步较早。上世纪九十年代日本为了解决东京暴雨内涝问题，建立了巨型的地下排水系统，系统应用了大量先进的计算机及自动化监测技术，实现了在中央控制室对全系统的全程监控和管理[8]。2006年英国也建设了城市洪水智能监测系统，系统通过布设的微型智能传感设备采集易涝点的水位数据，从而及时预测洪水的发生，并发出洪水警报，以便采取预防措施减少洪灾损失。此外，国外排水管网的在线监测正在向着更加信息化、智能化的方向去发展，如全国联网、网上发布、便携式终端、自动化智能分析与决策以及自动病害处理等。总之，应用自动化监测手段实现排水管网的管理已经成为国外排水管网检测的主要发展方向。

国内排水管网监测技术研究起步相对较晚，但近年来相关的研究及应用成果也不断增多。由山东大学开发的排水管线在线监测系统在济南市排水管理服务中心进行了建设及应用，系统通过布置在检查井内的水位监测终端采集管道水位信息，并通过无线传输网络将数据传送至排水监测中心，监测中心通过综合分析管道内的水位和管道的空间位置关系还原出排水管网实际运行状况[9]。镇江排水管理处为加强对城市排水系统的系统性综合化管理建立了排水系统实时监测和自动控制系统,通过在在排水管网和泵站中布设水质和水位传感器，可以实现远程在线监测管网、泵站的运行状况以及污水排放点水质[10]。除此之外，北京、无锡、天津等城市也都开展了排水管网在线监测系统的研究及建设工作。

3 排水管网检测技术的发展趋势

传统的排水管网检测方法主要依靠人工或者借助简单的设备仪器。在实际的应用过程中发现传统的检测方法存在诸多缺点：①检测效率非常低下，很难满足城市庞大的排水管网系统的检测需求；②传统检测方法经常需要人员下井工作，具有很大的危险性；③传统检测方法对于检测人员具有很高的经验要求，检测结果主观性强；④传统检测方法只能满足病害事故后的处理，很难实现病害和事故预警。由此可见传统的排水管网检测方法已无法满足排水管网的现实发展需求。其实市政管线中供水、燃气、电力等管线早已逐步开始采用自动化监测技术代替传统的人工设备检测，并且取得了良好的应用效果。2014年国务院印发的《国务院办公厅关于加强城市地下管线建设管理的指导意见》中明确提出“要在地下管线中广泛应用物联网监测和隐患事故预警等先进技术”。而德国、法国、英国等发达国家早提出在城市排水系统中运用自动化监测手段保障城市排水管网的安全运行。可以预见未来几年智能化市政将步入快速发展的周期，在线监测技术将更多地应用在我国城市管线建设中去。

图5 北京市排水管网管理系统架构图

排水管网在线监测目前的主要应用方向是管网病害的监测和预警。济南、天津等市建成的排水管网检测系统主要通过对管道水位的监测实现内涝灾害的预警功能。未来排水管网在线监测技术的应用还需要向更多的方向进行发展，包括利用数字化平台进行管网数据的规整，改善传统记录分散、不统一、不完整的局面；应用在线监测系统所采集的大量的管网实际运行数据指导排水管网的规划及设计；排水管网监测的三维可视化以及与移动终端设备的互联，实现管网监测的智能化和便携化。2011年北京市提出了城市排水管网综合管理系统的建设方案，系统架构如(图5)所示，系统在管网病害监测的基础上实现各项管网数据的集中储存和管理，系统建成后计划通过信息的共享指导排水管网的设计施工，优化管网设计方案，防止管道重复建设。

需要注意的是，排水管网在线监测系统是一项庞大的系统工程，其涉及设计市政管线、传感器、计算机网络等多项技术领域，需要各方面的协调配合，这也是排水管网在线监测系统发展的主要问题之一。当然，随着近两年物联网技术的不断普及，以及城市管理者的重视，排水管网在线监测技术迎来一个良好的发展时机。

4 总结

针对排水管网病害的检测手段很多，现有主要是依靠人工以及借助管道闭路电视检测系统、声纳等设备进行检测，这些检测方法对于特定区域或小范围的排水管网的病害检测具有很好的效果，但无法满足城市庞大的排水管网检测需求。排水管网在线监测技术实现了排水管网病害的自动化监测，提高了检测效率，实现了灾害预警，在排水管网检测领域具有巨大的发展前景。

[1]Sinha Sunil K．State-of-the-art in sensor technologies for pipe inspection[A]．Proceedings of the ASCE Intemational Conference on Pipeline Engineering and Construction：New Pipeline Technologies,Security and Safety[C]．Washington D C：ASCE,2003．

[2]陈海燕.基于声纳技术的排水管道探测系统及实验研究[D].北京信息科技大学,2010.

[3]邓支凌,夏金儒,唐勇.CCTV技术在排水管道状态检测中的应用[J].城市勘测,2009,(5):130-133.

[4]杨汉元,肖明尧.CCTV管道内窥技术在城市排水管道检测中的应用[J].城市勘测,2008.

[5]姚建波.上海排水管道检测与管道养护管理方法[J].建设与发展,2013(6):665-666.

[6]宋解胜.上海排水管道养护检查技术和养护监管机制[J].中国市政工程,2012,(4)：53-57.

[7]Eiswirth M,Frey C,Herbst J,et a1．Sewer Assessment by Multi—sensor Systems[M]．Berlin：IWA2 World Water Congress,2001．

[8]杨悦姮.东京排水系统对北京内涝的启示[J].科技与生活,2012,(15):124-125.

[9]凌勇.基于物联网的城市排水管线在线监测技术的设计与实现[D].山东大学,2013.

[10]王浩正,胡坚,杨振,等.镇江市防汛预警和指挥调度系统[J].中国给水排水,2013,29(19):137-140.

The status quo and development trend of the drainage pipe network disease detection

GUOTao

(Jiangsu Transportation Institute，Nanjing 210000)

Drainage pipe network detection is the effective measure to solve the drainage pipe network diseases,and it is The paper researched the status of the drainage pipe network disease detection, summarized the technical features and application of the traditional and drainage pipe network disease detection and the Drainage pipe network on-line monitoring technology, and Analyzed the development trend of the drainage pipe network detection technology in the end.

Drainage pipe network; Detection technology; On-line monitoring technology; Status quo; Development trend

郭涛(1982.5- ),男,工程师。

2015-02-02

TU992

A

1004-6135(2015)04-0042-04