供水管网渗漏分区噪音预警体系的构建

刘友飞，孔国海，许杭波

(绍兴市水务产业有限公司，浙江绍兴 312000)

随着物联网和互联网技术带来的革命，分区预警系统(噪音预警技术)在过去5年里得到了飞速的发展，引进的来自欧洲、美国、中东、亚洲等自来水公司的区域漏水预警技术，对管网重要节点及薄弱环节实行长久监测，大大缩短了人工检漏周期，可及时发现小漏点，避免了小漏酿成大漏，引发爆管事故。尤其是德国FAST公司开发的区域漏水预警技术，其通过高灵敏度的传感器在夜间水压上升、环境噪音最小的情况下自动监测管网漏水噪音，每天将数据利用网络技术自动上传到数据系统平台，以表格和地图的方式将漏点的情况直观展示出来，同时利用统计和频率的算法对可疑的漏点进行分析和评估，从而实现24 h的全天候管道漏水监测和分析。

1 绍兴水司检漏瓶颈

1.1 薄弱管线存在安全隐患

虽然，经过近几年的管网改造，绍兴市区已经将全部HABOS管、大部分自应力管改造成球墨铸铁管道，正在逐步消除因管材原因和管道老化产生的漏水现象。但是，城区仍存在管龄超过20年的大口径灰口铸铁管，部分管道还存在人工听音检测盲区和较多的漏损现象，主要表现：一是2017年检出DN400及以上总管暗漏点共计47处，其中37处为薄弱管道漏点；二是2018年检出57处总管漏点，其中45处为薄弱管道漏点。

1.2 人工检漏存在局限影响

一是人防依赖性过强：人工检漏模式是目前国内外各水司探测漏点位置最常见的方式，在水司漏损率降低到一定程度后也暴露出一定的局限性，检漏质量无法追踪控制，人防与技防缺一不可。

二是检漏实时性较差：对每一段供水管线无法做到定人定时定点定期进行巡检排查，对突发漏点特别是温差变化明显时管道热胀冷缩剧烈和受到外力产生的大口径、大漏量的漏点更是无法及时有效的处理，造成漏水损失和重大安全隐患。

三是管理时效性不够强：检漏工对材质好、埋设时间短、漏点较少的供水管道，检漏排查周期约半个月，对漏点频发的薄弱管道检漏周期约一周，检漏工无法做到每日每条管道的巡检及漏点排查。

四是环境气候影响较大：受到气候原因限制，如遇到雨雪、大风等恶劣天气，人工常用的普通机械式听音设备和电子检漏仪器受到过大的干扰无法正常探测漏点，且易发生设备故障、损坏，巡检周期延长，效率也明显降低。

五是特殊管道难度过大：受巡检工况因素限制，如遇到管道埋设过深，埋设在绿化带下，地表土层松软或是穿河流倒虹管等情况，检漏仪器功能将大打折扣。

2 渗漏预警技术调研

目前，常用的检漏技术有人工听音法、噪音预警仪等，检漏技术优缺点对比如表1所示。

表1 检漏技术优缺点对比Tab.1 Comparison of Advantages and Disadvantages of Leak age Detection Techniques

3 理论研究及技术路线

3.1 基于DMA的渗漏预警体系

传统的漏水探测听音技术，如巡检、相关、定位，虽然可以胜任常规的检漏任务，但小漏、难漏、薄弱非金属管和主干管网的监测和预警就成为了难题。在提出分区、分压管理的同时，绍兴水务产业公司也提出了分区漏水预警的概念，即结合DMA、PMA的管理应用，对管网漏水噪音进行预警监测，完成对管网漏水流量、管网压力、管网漏水噪音的全方位综合监测，可以最大限度地完成供水管网的安全供水、漏水控制的任务。构建基于DMA的渗漏预警体系，已经迫在眉睫。

3.2 基于DMA的渗漏预警体系构建方案

3.2.1 创新技术构建

以DMA分区计量为基础，部署渗漏预警软件为支撑，预警仪现场安装调试后，信号接收到预警移动平台应用，从单技术应用转向基于DMA的控漏技术体系联动，建立分区预警体系。通过对重要管线和薄弱节点的长久监测，及时发现处置漏点隐患，缩短人工检漏周期，提升管网安全预警能力和信息化管理水平，实现主动控漏。创新技术构建如图1所示。

图1 创新技术示意图Fig.1 Schematic Diagram of Innovative Technology

3.2.2 创新机制构建

以DMA分区计量为基础，发挥噪音预警体系的“感、传、知、用”。感-感知：传感器采集夜间最小噪音数值；传-传输：每天通过GSM传输数据包；知-分析：通过记录仪反馈的夜间最小噪音数值分析评估此区域是否有漏水发生；用-应用：系统业务工单的应用及决策。围绕经济漏损原则，运用技防手段强化对总管的安全预警机制，时刻掌握总管周围及所在区域是否存在安全隐患，在最短时间内发现并处置。创新机制构建如图2所示。

图2 创新机制示意图Fig.2 Schematic Diagram of Innovative Mechanism

3.2.3 创新模式构建

通过渗漏预警系统，即时采集传输预警数据，促进人工与技术检漏无缝衔接。高灵敏度传感器实现准确预警，降低误报率，结合物联网技术和水云平台的大数据分析，解决分区计量难以解决的小背景漏失和人工难以听到的疑难漏点。创新模式构建如图3所示。

3.2.4 创新队伍构建

创新队伍的构建将预警技术和专业人才结合，建立智能化管网运维队伍，使人机结合作用最大化。绍兴市水务产业公司“智能检漏小组”共有7名成员，平均年龄为28岁，主要负责在供水主干管及薄弱管道安装预警仪器，实行“以机为主、以人为辅”的巡检方式，及时高效地发现并处置安全隐患。使用现代化技术和设备，实现科学检漏，加速人才培养，保持队伍稳定。创新队伍构建如图4所示。

4 预警点设置方法与原则

4.1 预警点设置方法

《城镇供水管网漏水探测技术规程》(GJJ 159—2011)中指出，在探测区域供水管网图上应合理标注噪音预警仪布设的地点和编号。应根据被探测管道的管材、管径等情况确定噪音预警仪的布局间距；应随管径的增大而相应递减，应随水压的降低而相应递减，应随接头、三通等管件的增多而相应递减。当噪音法用于漏点探测预定位时，还应根据阀栓密度进行加密测量，并相应减少噪音预警仪的布局间距。

4.2 课题渗漏预警试点选择

统计历年来检漏工上报的漏点数量和历史爆管，对漏点频发、老化程度明显、管道受外力影响的城区一环内DN400及以上共19条薄弱总管进行噪音预警试点。截至2019年4月，绍兴城区漏水预警系统一期计划共计181处噪音预警仪已经成功完成，云服务器上将已完成的线状网络组建成片状网络。

图3 创新模式示意图Fig.3 Schematic Diagram of Innovative Mode

图4 创新队伍示意图Fig.4 Schematic Diagram of Innovative Team

5 技术研究总结

5.1 典型案例

案例一：通过渗漏预警系统和人工检漏的有机结合，消除大口径管道安全隐患。

2019年4月15日，小舜江一期DN1400钢管噪音预警仪报警，报警数值为99，4月15日9点—4月16日凌晨经人工排查，在距噪音预警仪6 m处发现漏点，开挖后确认漏点为加强筋处泄漏管道电焊轻微开裂引起，存在重大安全隐患，管道埋深超过3.5 m。 DN1400管漏点预警仪报警及修理如图5所示。

图5 DN1400管漏点预警仪报警及修理图Fig.5 Alarm of Noise Loggers and Pipe Maintenance of DN1400

案例二：针对工况复杂的特殊管道，利用预警系统破除人工检漏局限。

2019年4月1日，霞西路云栖路东首DN1000铸铁管报警，管道埋深为2 m，漏点位于绿化带中灌木丛深1.6 m处，极隐蔽，为人工检漏盲区，不借助预警系统几乎不可能被发现。DN1000管漏点预警仪报警及修理如图6所示。

图6 DN1000管漏点预警仪报警及修理图Fig.6 Alarm of Noise loggers and Pipe Repairing of DN1000

案例三：人机协同，及时高效地检出总管隐患点，弥补人工检漏周期长的问题。

2019年3月13日，噪音预警仪在解放北路有报警，怀疑有漏水产生，人工跟踪后定位漏点，此漏点为DN600铸铁管套筒，开裂深度为1.6 m，且有增大趋势，若未及时发现，极容易出现爆管等安全事故。DN600管漏点预警仪报警及修理如图7所示。

图7 DN600管漏点预警仪报警及修理图Fig.7 Alarm of Noise Loggers and Pipe Repairing of DN600

5.2 总结统计

5.2.1 漏点统计

在噪音预警仪一年的运行阶段，通过分区预警系统提供的报警信息共检出31处漏点，年漏损水量共88.5万m3，年漏损经济效益为210.6万元。漏点统计单如表2所示，检出漏点分布如图8所示。

5.2.2 漏点分析

噪音预警仪检出的漏点漏量大小主要低于3 m3，占比为71%。检出漏点漏量大小分析如图9所示。

图8 检出漏点分布图Fig.8 Proportion Diagram of Detected Leakages

表2 漏点统计单Tab.2 Statistics of Water Leakages

图9 检出漏点漏量大小分析图Fig.9 Analysis Diagram of Volume of Detected Leakages

噪音预警仪检出的漏点管径主要为DN400～DN800及以上，占比为45%。检出漏点管径大小分析如图10所示。

噪音预警仪检出的漏点埋深主要为1～2 m，占比为52%。检出漏点埋深情况分析如图11所示。

图10 检出漏点管径大小分析图Fig.10 Analysis of Pipe Diameters of Detected Leakages Events

图11 检出漏点埋深情况分析图Fig.11 Depths Analysis of Detected Leakages

6 成效分析

6.1 保障管网安全

据统计公司启用噪音预警仪至今，共检出暗漏点及重要隐患点共31处。其中，DN400及以上大口径总管漏点达21处，占68%；劣质管材管道漏点14处，占45%；漏水量小于3 m3/h的小漏点22处，占71%；供水隐患点6处，占19%，有效地防止大口径总管爆漏等安全事故的发生。

6.2 直接经济效益

噪音预警仪投入运行成效显著，促进了人工与技术检漏无缝衔接，明显提高了人工检漏效率，并降低了成本，同时保障了管网安全，控制了管网漏损。据统计，设备检出的漏点按年漏失水量计算，可节约水88万m3，年漏损与人工成本经济效益为210万元。

6.3 间接经济效益

在发生重大突发性爆管事故时，利用系统智能化联动分析，并锁定爆管区域，缩小范围后，抢修人员在第一时间赶赴现场，为高效抢修赢得时间，减少了因爆管事故引起的道路坍塌、车辆与物资损坏等带来的次生影响，使处置更高效、抢修更迅捷、损失更低。

6.4 提高工作效率

针对环境气候影响的雨季、冬季以及特殊管道等人工无法操作仪器听音巡检的情况，通过高灵敏度噪音预警方式可以替代人工开展巡检工作，可及时有效地发现和处置小漏点及管网隐患点。

通过自动报警和实时的数据分析与DMA分区计量做到互补，及时高效地发现、处理漏点可以帮助巡检人员最大幅度地缩小检漏定点范围，大大提高了检漏人员的工作效率，为公司逐步提升信息化管理水平和今后无人检漏打下基础。

7 结语与展望

绍兴水务产业公司管网的漏损控制经历了不同的发展阶段，从最初的简单控制措施(以事后管道抢修维修为主)到被动漏损控制(以人工巡查检漏为主)，再发展到当前从单技术应用转向基于DMA的控漏技术体系联动，建立分区预警体系，通过对重要管线和薄弱节点的长久监测，及时发现处置漏点隐患，缩短人工检漏周期，提升了管网安全预警能力和信息化管理水平，实现了主动控漏。通过渗漏预警系统，即时采集传输预警数据，促进人工与技术检漏无缝衔接，将预警技术和专业人才结合，建立智能化管网运维队伍，使人机结合作用最大化。

区域化供水管网渗漏预警体系的构建，建立了管网运行管理新模式、新机制，实现了管网智能化预测和决策，改变了管网运营模式，实现了安全经济运行。通过技术创新，推动漏损控制由人工化向数字化、智能化、智慧化转变，是供水信息化建设从行业前列向行业标杆的一次飞跃。不断地完善推动区域化供水管网渗漏预警体系，并对成果进行推广应用，可更好地履行城镇节水责任，提升行业控漏水平。