东阿县地下给排水管网漏损检测及展望

张博

摘要：通过文献搜集、实地调研和工作经验总结，作者分析了县域内地下给排水管网的运行现状和存在问题，分析了国内外的相关漏损检查方法，在展望中重点介绍了人工智能和遥感卫星技术在该领域内的应用，可以为相关市政养护管理工作的有效开展提供借鉴和参考。

关键词：给排水管网；漏损检测；人工智能；卫星遥感；东阿县

地下给排水管网治理工作是市政设施养护和环境保护工程的重要组成部分，对于提高水资源利用效率，维护城镇基础设施资产价值，建设生态节约型城市具有重要意义[1]。工业革命以来，世界各国的生产力水平大幅跃进，人口快速增长，社会经济活动总量明显增加，催生了地下水收集、运输和排放的庞大需求，直接导致了地下管道的快速扩建。此外，市政给排水管道一般深埋于地下，表面覆有硬化路面，且地下各种管线错综复杂，一旦建成投入使用若想再动土等则会牵扯多方，社会影响巨大，不能轻易进行改造。但社会各界用水、排水的需求增加导致的水量增加，使得管道承压增大，高于当时的设计压强，致使管道破损的可能性增大[2]。

近年来，党和国家把生态环境保护、资源高效利用和经济高质量发展提上议程，更加强调在不破坏生态环境的前提下，提高经济发展的速度和质量[3]。

2023年7月18日，习近平总书记在全国生态环境保护大会上强调，全面推进美丽中国建设，推动城乡人居环境明显改善。当前，我国的城镇化进程仍处在高位运行[4]。党和国家大力推进“美丽乡村”建设，强调城镇的高质量建设和发展。中国的大部分县城处于中心城市和农村腹地转型的走廊地带和过渡阶段，兼具二者特征[5]。因此，进行以县域为样本的市政地下水管道养护的研究分析，对丰富城市建设高质量发展的理论和实践具有重要的实践意义。

县域内地下给排水管网有别于城市或农村，城镇的公共基础设施的建设存在发展程度不均衡、时空分布不均衡、建设水平不均衡的问题。对于地下给排水管道而言，城镇中普遍存在三类新旧程度不同的市政设施，包括待建、新建和老旧的地下管网。根据运行程度的不同，养护水平也需进行相应调整。因此，作为城镇基础设施的重要组成部分，对“存量”的给排水管网进行及时的探测漏损和保养维护，对“增量”部分进行合理的规划设计，在资源节约、环境保护和经济发展等方面都是极为必要的。

本文以山东省东阿县为研究区域，该县境内地势平坦、土壤肥沃，适宜农业生产，为黄河流域地区的主要粮食产区之一。东阿县主要的供水水源为封闭式地下水源，在经济建设的过程中，浅层地下水遭到过度开采，水源一旦被污染，将会造成整个水系长期无法使用，严重影响城市建设和人民生活[6]。因此，地下给排水管网维护工作，对于提高水资源利用效率，防止环境污染等负面影响具有重要的研究意义。本文结合多年的基层工作经验，通过实地调研、调查访谈等方式，回顾总结了县域范围内，地下给排水管网的运行现状和存在问题，为进一步优化工作方式、提高工作效率提供了理论依据。

1 地下给排水管网探损的必要性

1.1 地下管网漏损存在明显的负外部性

我国是世界上缺水的国家之一，人均水资源占有量不足世界人均的25%[7]。地下给排水管道发生漏损时，水资源会直排地下空间，直接造成资源的大量浪费和低效利用；同时，水分侵入土壤，增大土体压力，容易形成“地下水囊”，发生道路塌陷[8-9]，对路面交通和建筑物结构产生了非常大的安全隐患，威胁到人民群众的生命和财产安全。

对于地下排污管道而言，污水成分复杂多样，富含有毒有害物质，这些物质直排土壤中，还会造成一定程度的环境污染，对地下管道空间形成侵蚀。目前，大多数城市排水系统的主干道为明渠和天然河道，由于这些平时没有天然水补给，污水大量排入，水质已经恶化，大部分河水变污浊，严重影响城区市容景观和环境，对居民的生活条件带来了极大影响[10]。

污水中存在多种硫化物[11]，恶臭的气味会造成空气质量下降，给市容市貌造成负面影响。

1.2 地下管网的养护机制亟待创新

现实生活中，地下给排水管网的养护多是依赖公共财政，会增加地方财政的负担。地下管网的养护缺乏长效的资金支持，地方政府也需要及时引入私人资本共同参与运作，创新资本参与方式，缓解财政资金的压力。

地下水管网在长期受到水流冲击的压力下，考虑到建设年代、施工质量等因素的影响，普遍存在破损、淤积、堵塞。我国地下给排水管网的建设规模仍在不断扩大，传统的“损坏—报修—养护”的机制已经无法实现及时有效的管理，漏损检测的手段亟待创新，精准探测、及时响应成为目前县域给排水管网养护工作的“卡脖子”问题。

1.3 老旧地下管网亟待升级改造

经济社会总量的增加使得总体的给排水总量明显增加，许多管道建成年代久远，已超出既定的设计流量，不堪运行的重负，经常出现管道破损、腐蚀、变形等问题[12]。尤其是地下排污管道，上述问题容易造成生活和工业污水的直排，沉淀物沉淀，造成污水溢流。

考虑到地下污水管道的材质多为混凝土，管道内的沉淀物容易与其发生腐蚀、中和反应，导致管壁材料逐渐受酸腐蚀解体，出现破损现象。因此，老旧地下管网的升级改造，要考虑现有情况和未来发展，综合设置管径、管材等参数。

2 县域地下给排水管网的探损方法

伴随着城镇地下管网规模的不断扩大，传统的探漏方法无法满足日益增长的业务需求，需要借助新技术、新手段和新方法，实现管网的智能化监测和管理。

2.1 听音法

听音法是一种目前较常用、普遍的管道检测方法，分为阀栓听音及地面听音两种。技术人员利用听漏棒以及电子放大听漏仪在阀门、消火栓以及管线暴露处等位置检测因管线漏损产生的漏水声。该方法设备简单，效果较好，性价比很高。不足之处在于环境噪声对听音法影响较大，且极其依赖工作人员经验，人工成本高昂。

2.2 摄像头检测技术

摄像头检测技术，主要是指管道闭路电视检测见图1，该技术在国内外被广泛应用到市政管道设施养护中。

英国泰晤士水务公司在管道巡检中广泛采用摄像头技术，通过高分辨率的图像检测管道内的裂缝、漏水等问题。该项技术主要依赖可远程控制的管道机器人，携带高清摄像头设备和先进传感器，代替人类进入狭小的管道内部，采集图像和视频，通过无线电传输直接查看管道内部的状况[13]。

近年来，人工智能技术得到了快速发展。未来的管道探测工作可依赖CCTV检测技术，利用其采集的大量图像数据，借助大数据技术和图像识别算法，识别管道漏损情况，可避免人工质检的主观性和经验缺乏等问题的发生[14]。此外，虚拟现实、增强现实和其他交互式应用的发展，未来在管道检测的应用中大有前景。

2.3 卫星探测技术

卫星探测技术是利用搭载至航天卫星上的传感器，通过远距离探测的手段，被动接收或主动发射电磁波，记录目标或物体返回电磁辐射信息的空间探测技术。相较于常规的监测手段，遥感技术具有快速、高效、无损的探测性能。

遥感技术的快速发展，为地下管道的探漏监测及环境影响分析提供了技术上的可能性和可行性。地下水管网的破损，液体渗透和扩散至土壤中，渗漏的水分常常吸附在土壤粒表面或存储于土壤孔隙之间，透过土壤颗粒的毛细作用，导致了其湿度的变化，可反映出管道破损程度的大小。在裸土区域，土壤水分含量会明显升高；在植被覆盖区域，地下渗水直接为根系补充水分，间接增加了植被冠层的含水量。

基于卫星遥感的城市给排水管道探损工作，可以实现从源头控制污染源到治理污染的末端全覆盖。在欧美地区，该技术率先应用在供水管道探损工作中。尤其是，长波段、低频率合成孔径雷达卫星的研制、发射和使用，使其探测深度更高、穿透能力更强，使得该技术在理论和实践上具备可行性。美国ASTERRA公司成立于2013年，它应用L波段的ALOS卫星，致力于地下水的探测工作。ALOS-2卫星单次过境覆盖能力为350 000 km2，探测深度最高可达地下3 m，可以进行大范围、高频次的对地观测。由于水对电磁波具有独特的反射特性，水分对雷达信号的回波强度一般低于其他地物；同时，不同物体具有导电常数上的差异性，这些特征都使得表层含水量高的物体容易得到区分。因此，疑似地下管道渗漏点处的土壤表层水分表现出异常的高值，利用雷达回波信号进行探测，可以在一定区域内框选出渗漏范围。目前，ASTERRA公司在40多个国家开展相关业务，据统计，相比于传统的敲击探漏法，雷达卫星探漏具有更高的准确度，精度提高了近300%。英国SUEZ公司作为ASTERRA公司的合作伙伴，该技术在英国也得到了大范围推广和应用。美国Hydromax公司将其拓展到移动网络端，使得疑似管道渗漏的点位更快地得到用户的筛查和处理。随着上述商业应用的逐步成熟。近年来，中国大力推进城镇化，尤其重视地下管网的规划、建设和养护，相关技术在我国具有广阔的应用前景。

3 结论

本文概括总结了东阿县地下给排水管线的运行现状，以及管道漏损探测的必要性和常用方法，为地下给排水管道的优化维护提出以下建议和展望：

（1）加强地下给排水管网的远景规划、设计和建设，采用更加合理和科学的方法，综合考虑到各种因素和需求，如地形、气候、人口、用水量、排水量、污水特性等。

（2）加强地下给排水管网的维护、更新和管理，积极探索智能自动、远程无损的新技术应用，实现实时监测、定期检测、及时修复和预防性维护。

（3）展望未来的研究方向和发展趋势，比如更多的国际合作和交流，更多的创新和突破，更多的政策和法规，更多的社会参与和支持等。

（4）增加地下给排水管网漏损影响、风险和挑战的评估和应对，采用更加全面和系统的视角，考虑到各种可能的情况和后果，如自然灾害、人为破坏、气候变化、社会变革等。

参考文献

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