（环境工程专业论文）城市供水管网漏损控制方法的研究.pdf

中文摘要 在保证供水安全可靠的前提下，解决供水管网漏损严重的问题已是刻不容 缓，成为长期困扰世界供水行业的一大难题。降低供水产销差、有效的控制漏损 已成为从事供水管网工作的科技人员和学者致力研究的重要目标，也是二十一世 纪供水行业的重点研究问题。本文针对供水管网中的漏损问题，从多个方面对这 课题进行了开拓或更深层次的理论研究，为供水管理部门改变被动的管理现状 提供了切实可行的方法和实用的工具。 在收集国内外漏损资料和实际调查的基础上，对当前国内外漏损控制的研究 情况，管网漏损发生的原因进行了综合论述，总结提出了漏损控制管理的各项措 施；引入经济观念，将供水管网的漏损控制与经济分析联系起来，结合工程实际 应用，对供水管网漏损检测周期进行更进一步的经济分析：通过运用多元线性回 归分析和灰色理论灾变预测方法，结合先进的编程软件d e l p h i 建立了供水管网漏 损时间预测系统，根据管道的漏损历史发生情况，预测未来管道发生的漏损时间， 为供水管网漏损控制、维护等方面提供基础依据；针对国外发达国家城市供水管 网漏损发生的主要原因是管道腐蚀这一状况，对供水管网的腐蚀漏损进行了深入 的研究，根据管道腐蚀漏损历史数据，从宏观角度提出供水管网的管道腐蚀寿命； 结合供水管网常规水力计算方法，提出了供水管网漏损预警的理论研究新方法， 并研究了其可解性，对漏损控制工作具有指导作用；最后结合g i s 理论，提出了 供水管网漏损维护策略优化选择和供水管网漏损决策支持系统构建的基本思路。 本文旨在提出一些基本的想法和见解，为供水行业解决漏损问题提出一些新 的解决问题思路和方法，为供水管理者提供一些技术理论和实用工具上的支持， 对于提高供水管网的运行和能源的节约，具有重要的指导意义和使用价值。 关键词：供水管网管网漏损漏损预测管道腐蚀寿命漏损预警决策支持系统 a b s t r a c t f o rt h ep r e c o n d i t i o no fs a f ew a t e rd i s t r i b u t i o n ，w eh a v et os o l v et h es e r i o u s l e a k a g ep r o b l e mo fw a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m s ，w h i c hi sad i f f i c u l tp r o b l e mf o rw a t e r s u p p l yi n d u s t r i e sw o r l d w i d e r e d u c i n gt h ea m o u n td i f f e r e n c eb e t w e e nw a t e rs u p p l y a n dc o n s u m p t i o n ，a n de f f e c t i v ec o n t r o lo fl e a k a g eh a v eb e c o m et h ei m p o r t a n t r e s e a r c h i n gp u r p o s ef o rt h ee x p e r t sw o r k i n gw i t hw a t e rd i s t r i b u t i o n i nt h i sa r t i c l e ，w e m a k ef u r t h e rr e s e a r c ha n dd e v e l o p m e n to ft h el e a k a g ep r o b l e mf r o mm a n y a s p e c t s ， a n dt h er e s e a r c hr e s u l t so f f e rf e a s i b l em e t h o d sa n dp r a c t i c a lt o o l sf o rw a s t e rs u p p l y m a n a g ed e p a r t m e n tt oc h a n g ec u r r e n tp a s s i v es i t u a t i o n b a s e do nt h em a t e r i a lc o l l e c t i o na n dp r a c t i c a li n v e s t i g a t i o no nl e a k a g ep r o b l e m ， t h ea r t i c l ed i s c u s s e st h er e s e a r c hs i t u a t i o nh o m ea n da b r o a da n dt h er e a s o no fl e a k a g e ， a n dg i v eas u m m a r yo f t h ec o n t r o la n dm a n a g eo p t i o n sf o rl e a k a g e w i t ht h ei n t r o d u c e o fe c o n o m i cc o n c e p t ，w er e l a t et h el e a k a g ec o n t r o lw i d le c o n o m ya n a l y s i s ，a n dm a k e f u r t h e re c o n o m i ca n a l y s i so ft h ec h e c kc y c l ef o rl e a k a g e w i t ht h ea p p l i c a t i o no f m u l t i p l el i n e a rr e g r e s s i o na n a l y s i sa n dd a m a g ep r e d i c t i o nt e c h n i q u eo fg r e ys y s t e m ， w em a k ep r e d i c t i o ns y s t e mf o rt h el e a k a g et i m eb yd e l l p h i ，w h i c hc a np r e d i c tt h e f u t u r el e a k a g et i m ea c c o r d i n gt ot h el e a k a g eh i s t o r y b e c a u s et h em a i nr e a s o nf o rt h e l e a k a g eo fw a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m si nd e v e l o p e dc o u t r i e si st h ep i p ec o r r o s i o n ，w e f o c u so nt h ec o r r o s i o nl e a k a g ea n dm a k ef u r t h e rr e s e a r c h ，a n db a s e do nt h ed a t ao f c o r r o s i o nl e a k a g eh i s t o r y ，w ep r e s e n tt h el i f et i m eo f p i p ec o r r o s i o nf r o mm a c r o s c o p i c p o i n t c o m b i n e dw i t hn o r m a lh y d r a u l i cc a l c u l a t i o nm e t h o do fw a t e rd i s t r i b u t i o n s y s t e m s ，w ep r e s e n tn e wr e s e a r c h i n gm e t h o df o rt h el e a k a g ee a r l y - w a r n i n g ，a n dm a k e r e s e a r c ho nt h es o l v a b i l i t y , w h i c hc a l lm a k eg u i d a n c ef o rt h el e a k a g ec o n t r o lw o r k a t l a s t ，b i n d i n g 谢t l lg i s ，w ep r e s e n tt h eb a s i cm e t h o df o rt h eo p t i m u mo p t i o n ss e l e c t i o n a n dd s so f l e a k a g ec o n t r 0 1 t h e p u r p o s eo f t h i sa r t i c l ei st op r e s e n tn e w t h o u g h t sa n dm e t h o df o rs o l v i n gt h e l e a k a g ep r o b l e mo fw a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m s t h er e s e a r c hr e s u l t sh a v ei m p o r t a n t e f f e c ta n dg r e a tv a l u ef o rt h ep r o p e ro p e r a t i o no fw a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m sa n dt h e r e d u c t i o no fw a t e rr e s o u r c ec o n s u m p t i o n k e yw o r d s ：w a t e rd i s t r i b u t i o ns y s t e m s ，l e a k a g eo fd i s t r i b u t i o ns y s t e m s ，l e a k a g e p r e d i c t i o n ，l i f et i m eo f p i p ec o r r o s i o n ，l e a k a g ee a r l y w a r n i n g ，d s s 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得盘鲞盘茎或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：连鹂 签字日期：z 0 0 5 年f 月2 目 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解主垦蔓盘茎有关保留、使用学位论文的规定。 特授权苤鲞盘茔可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：龟j 鹊 签字日期：2 0 巧年，月2 2 目 导师躲以雾4 签字日期：房坩r 年f 月三目 天津大学硕士学位论文 第一章前言 1 1 课题的提出及可研性 第一章前言 地球上的淡水资源非常有限，真正可供人类使用、易于取到的淡水仅占地球 水资源的2 6 。水资源的分布也是很不均衡的，约6 5 的水资源集中在不到1 0 个国家里，而人口占世界总数的4 0 的8 0 个国家却严重缺水，另外2 6 个国家 的水资源也很少【l 、2 j 。 城市供水是城市的命脉，是保障人民生活、发展生产建设不可缺少的物质基 础，其已成为我国城市可持续发展和建设的重要制约因素，直接关系到社会的稳 定和经济的发展。由于水资源的不可替代，牵动着城市各行各业、千家万户，人 们想尽办法进行节水、省水，所以城市供水一直是城市经济发展和人民生活的重 要基础设施，具有极重要的地位，对城市发展具有全局性和先导性的影响。在保 证供水安全可靠的前提下，解决管网漏损严重的问题已是刻不容缓，成为长期困 扰世界供水行业的一大难题。降低供水产销差、有效的控制漏损等供水管网维护 管理工作已成为各国科技人员和学者致力研究的重要目标，也是二十一世纪供水 行业的重点研究问题。当前，探索适合中国国情的供水管网漏损控制理论和方法， 研究更多实用控制技术和工具，最大程度地提高供水服务水平，是我国公用事业 急待解决的问题之一。 1 1 1 我国供水行业目前存在的主要问题 从1 8 8 1 年在中国旅顺铺设第一根供水管道至今我国的供水管道已有百余年 的历史，在我国九百六十万平方公里的土地上，仅城市就已经埋设了2 0 余万公 里的供水管线。近些年来，尽管根据城市发展需要改扩和新建了许多供水管线， 但仍存在为数极多的应当退役的管线在运行中。由于供水设施陈旧、技术水平较 低、管理体制不完善等诸多原因使我国城市供水漏损现象严重。目前我国城市供 水行业存在的问题主要有： 1 ) 供水量不足 我国水资源总量为2 8 1 2 4 亿m 3 ，河川多年平均径流量为2 6 2 1 0 ”m 3 ，位居 世界第六位。但是由于人口众多，我国人均占有水资源量仅为2 3 9 2 m 3 a ，约为 世界人均占有量的1 4 ，是美国的1 5 ，加拿大的1 5 0 ，居世界第儿o 位，被列 天滓大学硕士学位论文 第一章前言 入世界1 3 个贫水国家名单。加之我国水资源主要来源于降水，而降水遭受大气 环流，海陆位置以及地形、地势等因素的影响，在地区分布上很不均匀，总体格 局是南方多，北方少，东南多，西北少。在时间分布上更显不平衡，大多数降水 集中于夏季7 、8 、9 三个月份。我国西北、华北以及某些沿海地区受水资源匮乏 的影响，使这些地区的国民经济发展受到严重的制约“。 据统计，1 9 9 6 年在我国的6 6 6 个城市中，有3 3 0 个不同程度缺水，其中严 重缺水的达1 0 8 个”1 ；在3 2 个百万人口以上的特大城市中，有3 0 个城市长期受 缺水的困扰。在我国经济比较发达的城市，水的供需矛盾尤为突出。在国家大力 提倡“开源节流并重，资源合理配置”的方针指引下，全国各级政府主管部门的 重视和全民节水意识加强，每年已节约用水2 6 亿m 3 ，但全国城市日缺水量仍在 1 6 0 0 万m 3 以上。据报道“3 ，由于供水不足，城市工业每年的经济损失达到2 3 0 0 亿元。缺水同时给城市居民生活造成了许多困难和不便，成为城市社会的一种隐 患，关系到社会的稳定。 2 ) 水源污染的日益严重 近年来，全国水污染仍呈发展趋势，工业发达地区水域污染尤为严重。我国 8 0 的水域、4 5 的地下水受到污染，9 0 以上的城市水源严重污染。据对7 大 水系和内陆河流的1 1 0 个重点河段统计，符合“地面水环境质量标准”i 、i i 类 水体的占3 2 ，i i i 类的占2 9 ，i v 、v 类的占3 9 。与此同时，城市内及其附 近的湖泊己普遍严重富营养化。此外，全国以地下水源为主的城市，地下水几乎 全部受到不同程度的污染”1 1 。水源污染不但影响到人们的健康和工农业生产， 而且使有限的水资源遭到破坏，对城市供水造成严重危害。 3 ) 供水水质偏低，二次污染严重 我国的供水水质同发达国家相比，饮用水水质指标低、项目少。我国的生活 饮用水卫生标准有3 5 项指标，而世界卫生组织制订的有4 9 项，日本1 9 9 3 年底 开始执行的为5 9 项，欧盟制订的为6 6 项，美国规定的为8 3 项。 据有关研究部门调查研究“：1 9 8 6 年国内抽样调查显示，符合饮水标准的 占1 0 ，尚可的占2 0 ，不合格的占7 0 ；1 9 9 2 年符合、尚可的占5 0 ，不 合格的占5 0 。另有，全国7 6 的自来水厂水质存在指标不合格现象。 而且，自来水出厂后到用户使用是通过无数的供水管道来进行输送的，在连 续、不间断的输送过程中，存在导致其受二次污染而影响水质的多种因素，诸如 管道破漏抢修、违章开口接管、管材质量问题、干管阀门关闭后开启过急，造成 生锈的水管内壁部分受水压冲击而脱落，二次供水设施影响及用户违章用水直接 造成的污染等。 4 ) 漏损严重，产销差率大 天津大学硕士学位论文 第一章前言 随着水厂和管网不断建设并随着时间的推移，漏损水量日趋增剧。如果单从 平均损失率上看，我国表面上处于国际先进水平，但输配水管道远比发达国家短， 即漏水几率远比发达国家低，因此若按单位长度( 或单位管道表面积) 单位时间 内的的漏失率统计，我国的漏失率则为它们的5 1 0 倍。根据1 9 9 8 年城市供水 统计年鉴“，我国5 6 个城市的漏失率平均为1 3 ，5 4 9 个城市的单位管长漏失 率平均为3 2 m 3 k m h 。 供水管网经过长时间运行之后，供水能力将会降低，管道的实际运行状况变 差，如不能采取行之有效的维护和管理，每年泄漏对管网造成的经济损失和社会 影响都是非常严重的。在一个压力为5 b a r 的管段上，如果有一个5 m m 直径的小 漏洞，每天就会有3 2 m 3 的水漏失，相当于2 0 0 人一天的用水量：如果每秒钟有一 滴漏水，则每天约有1 7 m 3 的水漏失，一年就是6 0 0 0 m 3 水，按1 4 0 元吨计算， 即8 4 0 0 元年。如果漏水损失累计起来，将是非常大的数字。 在我国，随着水厂和管网不断建设和扩充，漏损水量日趋增加，据2 0 0 3 年 1 0 月1 4 日在沈阳召开的全国城市节水工作座谈会暨城市供水管网漏损控制研讨 会公布的数字，我国城市供水每年漏损近1 0 0 亿吨。据对6 6 0 余个城市的统计， 近3 年全国平均每年城市节水量约为3 5 亿吨，因此每年漏损掉的水量就相当于 全国3 年的节水量。2 0 0 2 年全国4 0 8 个城市公共供水系统的管网漏损率平均达 到2 1 5 。以昆明市自来水总公司为例，全市每年有2 0 0 0 多万吨的自来水在白 自流失，相当于一万个普通家庭4 0 年的用水量。一些管道就算关死闸门、拧紧 龙头、水表不动，漏水仍在2 4 小时打“点滴”。 漏损的水都是经过处理加工的水，一方面水资源紧张、供水能力不足，而另 一方面大量的水却白白漏掉。更严重的是，爆管发生时，会引起局部断水和水压 降低，既造成较大社会损失，同时也带来企业经济损失，有时还带来水淹、锅炉 爆炸等次生灾害，给人民生活、工业生产和社会安定带来了较大影响”“”3 。降低 供水管网的漏水率，在我国其势在必行，因此有必要进一步加强供水行业的漏水 管理工作。 5 ) 供水安全可靠度低 城市供水是城市重要基础设施之一，它与人民生活息息相关，并与城市的生 存、建设和发展有着直接的关系。管网漏子的发生，供水压力过大不稳和突变、 水质质量和管网的“二次污染”等都给人民生活和生产带来了极大的不便。另外， 不少城市为了保证生活用水，在高峰供水期常采用停工业用水，由此带来的经济 损失不小。按供水行业的特点，对供水系统的安全可靠性要求特别高，强调安全 不间断地供应质量良好的水，但我国的供水行业尚不能提出这一目标，因此只能 强调现有供水设备供水的安全可靠性，最大程度的减低因缺水和停水带来的影 天津大学硕士学位论文 第一章前言 响。 6 ) 建设资金短缺 随着我国改革开放的不断深入，经济建设的迅速发展，人民生活水平的不断 提高，城市用水需求量大幅度增加，为满足这种增长的需要，水厂建设规模越来 越大，引水距离越来越远。目前，我国城市的市政工程设施仍处于滞后状态。供 水工程是一项系统工程，一般工程量大，施工复杂，建设周期长，相对投资比较 大，而且长期以来一直未能把供水行业当成企业，给人以“城市自来水是社会福 利事业”的概念，使其在市场经济的机制中无力立足，造成不少城市供水行业长 期处于亏损状态，靠国家财政补贴运营，完全失去了企业的生存活力，逐渐形成 了今天城市供水工程建设重视不够、建设资金严重短缺的现状，不少城市的供水 不能适应用水发展的需要m 。 7 ) 管网布局不合理，负荷不均“1 为适应经济迅速发展，过快的增长速度也造成了我国供水管网系统布局和规 划有欠科学的负面影响，长期以来，管网大多凭经验运行、人为决策，使得管网 系统改扩建缺乏科学依据。过分注重管网系统的发展，而忽略供水系统的科学布 局和规划；过分强调供水可靠性，致使管线连接复杂、铺设冗余，导致管网优化 运行决策难度大。 8 ) 供水管理科学性不强“6 、”3 早在1 9 9 7 年在西班牙马德里召开的世界给水工程会议的关于指导各国水 司引用新技术及改造管网管理的方法论的纲要就指出在考虑应用新的技术和方 法来提高各国水司配水管网的运作水平，即帮助各国改善其水司配水系统服务质 量并提高管网本身运作效率。 我国供水行业的管理水平同发达国家相比较，尚在一些方面有着很大的差 距。当然加强管理是一项复杂的工作，不仅受到现行给水政策的制约，而且也与 现有的技术水平和运行设备关系密切。对于我国这样的发展中国家来言，实行用 水科学管理、节约用水，更是解决水资源短缺刻不容缓的工作。 供水管网普遍具有以下特点：复杂性，供水管网年代久远、错综复杂；随意 性，城市建设不断改造和扩建管网，使得管网的敷设具有极强的随意性、隐蔽性； 管网埋入地下，年深日久，无法直观地判断和分析造成了维护、维修的不可预见 性和急迫性。现在，我国的城市用水管理状况基本上仍处于强化管理阶段，迫切 需要转向科学管理。管理体制、管理机构、政策机构、政策法规、管理技术手段、 基础工作、研究工作以及人们对城市水资源的价值观念等都不能完全适应节约用 水工作发展的要求。从宏观上讲，正确的发挥经济杠杆与相应的技术经济措施作 用，是促进城市水资源合理化开发和有效利用的重要机制，是实现城市水资源科 天津大学硕士学位论文 第一章前言 学管理的关键。建立合理的水费体制也是促进城市水资源合理开发利用的基本、 有效、简便的途径。同时，要考虑应用新的技术和方法来提高供水管网的运作水 平，改善水司配水系统服务质量并提高管网自身运作效率，向自动化、科学化、 实用化发展。加快供水管网的微机化管理；建立合理、科学的管理信息系统；模 拟出切实可行的控制漏损的预测模型。这样对于提前改造和扩建工程及供水管网 的安全可靠性是很必要的，不仅可以加强管理的科学性，而且对于管理者而言可 以更加清楚的进行横向管理。 1 1 2 供水管网漏损控制研究的可行性 针对上述我国供水行业现存的实际需要解决的问题，从我国的供水行业维护 管理现状和研究现状出发，为了更好地利用资源，改善给水服务供应，提高供水 企业的经济效益和服务效益，进行管网漏失、漏损管理研究，进而有效的预测漏 损、控制漏损对于解决供水中的漏损问题有着非常实用的意义。而漏损问题又是 综合解决我国目前供水行业现存实际问题的关键。因为我国属于缺水型国家，供 水量不足的问题是不可避免的，只能从节水、供水合理化及区域调度的方法解决： 水质偏低、污染严重、资金短缺等问题是由我国国情和经济发展水平等多方面的 客观因素决定的。因此为了更好的合理利用水资源，需要加强对供水行业的管理 工作和维护工作，最大限度的减低供水管网漏损，以满足现代化城市供水日益紧 张的需求。 当前，世界各国都把漏损控制作为一项重要工作来进行研究、开发和实施， 它已成为整个给水事业的一个不可分割的重要组成部分。我国也十分重视此项工 作，在城市供水行业2 0 0 0 年技术进步发展规划中明确提出把“降低漏耗”作 为五个主攻方向之一。作为一种潜在的利润，估计执行适当的漏损控制策略后， 有资料表明仅英国每年估计就会节省3 0 0 0 万美元1 1 ”，甚至这个数字可能也是比较 保守的。因此，探索供水管网漏损控制理论和方法，提高供水安全可靠性，有效 控制管网漏损及突发事故的发生是很必要的。 进行漏损控制，目的就是通过研究漏损的原因、机理和规律，制定改进措施 和应急对策并付诸实现，从而把漏损减少到最低限度，以此来达到减少生产和管 理成本、节约水资源、减少对公共环境的危窖、推迟或减少供水系统的建设投资， 提高供水管理水平和服务质量的目的。因此，对国民经济发展和城市建设有着非 常深远的实际意义。 天律大学硕士学位论文 第一章前言 1 2 国内外漏损控制的研究情况 从技术角度来看，自来水漏损首先说明供水系统，尤其尾供水管道及管道附 件存在漏水点。漏损量过大时会导致部分地区供水压力偏低，供水量不足。另外 管道出现破损还可能影响管网水质。从安全角度考虑，管道出现漏损而长时间未 被发现，则会由于泥土流失而使路面塌陷，影响建筑物和路面交通安全，严重时 会造成人员和物质损伤。从经济和建筑生态学角度来看，自来水漏损一方面浪费 了部分取水、处理和输配的成本，另一方面还要额外增加投资用于增加水量、提 高部分地区的水压以及更换、维修破损管道及管道配件设施【l 。 目前，世界各国都把供水管网漏损问题作为一项重要的课题来研究，国际供 水协会召开的每届国际会议上都把漏损问题列为一个重要的专题。发达国家非常 重视有关漏损的研究工作，很早开展了漏损检测技术及设备的研究、开发工作， 并成立了相关学术研究机构，漏损控制已经被作为国民生产中的大系统工程来研 究口q ：发展中国家对此也给予了足够的重视，结合自身特点对漏损及其控制问题 进行研究。 1 2 1 供水管网漏损的检测技术和方法 供水管网的漏损可以分为明漏、暗漏两大类。管道明漏是不难发现的。如果 在管网附近发现有清水冒出或路面局部下陷、泥土潮湿、绿化带植物特别茂盛、 下凹部位经常潮湿有水，法门井、配水井内长期积水等现象，就可判断此处可能 为漏水点【n j 。但暗褊需要一定的方法和技术才能发现并确定漏点，因此管网漏损 的检测技术和方法一直是供水学者的研究重点。 1 2 1 1 漏损检测仪器及技术 最早出现的检漏仪器是听潺棒，它没有声音增强，仅靠它来确定漏点是很鲤 难的，但是经过一定训练后，人们可以判定超过一定声强的微弱漏水声的存在。 在六十年代开始出现了声音增强的测量器械，如电子耳，用它来确定漏点取 得了带有局限性的成功。 进一步可以精确定点的器械是类似听诊器的薄膜听漏仪。它实际上就是一个 机械的声音增强器。 在薄膜听漏仪的基础上人们又发明了电子放大听漏仪。电子放大听漏仪是利 用传感器把地面震动声音转为音频电压输出，然后通过电子放大器放大到用耳机 可以昕到的音量。该仪器一般配合昕漏棒仪器使用。首先利用昕摘棒圈定漏水管 段后，再用电子放大昕漏仪在漏水管段进行精确定点。利用这种仪器往住需要夜 段后，再用电子放大昕漏仪在漏水管段进行精确定点。利用这种仪器往住需要夜 天津大学硕士学位论文 第一章前言 1 2 国内外漏损控制的研究情况 从技术角度来看，自来水漏损首先说明供水系统，尤其是供水管道及管道附 件存在漏水点。漏损量过大时会导致部分地区供水压力偏低，供水量不足。另外 管道出现破损还可能影响管网水质。从安全角度考虑，管道出现漏损而长时间未 被发现，则会由于泥土流失而使路面塌陷，影响建筑物和路面交通安全，严重时 会造成人员和物质损伤。从经济和建筑生态学角度来看，自来水漏损方面浪费 了部分取水、处理和输配的成本，另一方面还要额外增加投资用于增加水量、提 高部分地区的水压以及更换、维修破损管道及管道配件设施【l9 1 。 目前，世界各国都把供水管网漏损问题作为一项重要的课题来研究，国际供 水协会召开的每届国际会议上都把漏损问题列为一个重要的专题。发达国家非常 重视有关漏损的研究工作，很早开展了漏损检测技术及设备的研究、开发工作， 并成立了相关学术研究机构，漏损控制已经被作为国民生产中的大系统工程来研 究1 2 w ；发展中国家对此也给予了足够的重视，结合自身特点对漏损及其控制问题 进行研究。 1 2 1 供水管网漏损的检测技术和方法 供水管网的漏损可以分为明漏、暗漏两大类。管道明漏是不难发现的。如果 在管网附近发现有清水冒出或路面局部下陷、泥土潮湿、绿化带植物特别茂盛、 下凹部位经常潮湿有水，法门井、配水井内长期积水等现象，就可判断此处可能 为漏水点【2 l 】。但暗漏需要一定的方法和技术才能发现并确定漏点，因此管网漏损 的检测技术和方法一直是供水学者的研究重点。 1 2 1 1 漏损检测仪器及技术 最早出现的检漏仪器是听漏棒，它没有声音增强，仅靠它来确定漏点是很困 难的，但是经过一定训练后，人们可以判定超过一定声强的微弱漏水声的存在。 在六十年代开始出现了声音增强的测量器械，如电子耳，用它来确定漏点取 得了带有局限性的成功。 进一步可以精确定点的器械是类似听诊器的薄膜昕漏仪。它实际上就是一个 机械的声音增强器。 在薄膜昕漏仪的基础上人们又发明了电子放大听漏仪。电子放大听漏仪是利 用传感器把地面震动声音转为音频电压输出，然后通过电予放大器放大到用耳机 可以听到的音量。该仪器一般配合听漏棒仪器使用。首先利用听漏棒圈定漏水管 段后，再用电子放大昕漏仪在漏水管段进行精确定点。利用这种仪器往住需要夜 天津大学硕士学位论文 第一章前言 间工作，因为白天外界的干扰声源多，难以准确捕捉漏水声音信号。目前，电子 放大听漏仪已从原来的模拟信号处理发展到现代数字信号处理。由于采用数字信 号处理，使得抗环境噪声干扰能力增强。随着微电脑的发展，电子放大听漏仪已 具各记忆功能，即可以将所测数据储存并在接下去的测量中在显示器上显示出 来，可以准确方便地进行测量比较，从而圈定漏水管段或精确判断漏水点 2 “。 八十年代中期，英国、美国、法国、日本等国相继开发成功金属管道传声的 相关检漏仪。相关检漏仪主要由一台相关仪主机( 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。相 关检漏仪虽然也是依赖漏水声音进行工作，但不是像一般音昕仪那样依赖漏水声 音在传播中信号强度变化来确定漏水点，而是利用漏水声音传到两个传感器时间 差来确定漏水点。相关检漏仪只对具有相同频率的声音信号进行相关处理，可以 将有用信号即漏水信号和干扰信号自动区分并将干扰信号滤掉，相关检漏仪不仅 比一般的听漏仪灵敏度高，而且由于能够处理掉不相关的干扰信号，具有很强的 抗干扰能力，即使在白天噪音充斥的城区内，以及穿越铁路或河底、被冰雪覆盖 的管道等难以用常规听漏仪检漏的情形都可用它检漏，显示了特有的优越性。 八十年代中期。日本开发成功了地表雷达，利用无线电波对地下漏水情况进 行探查，可以用图像显示地下管道及其漏水孔周围的情况。地表雷达分辨率高， 可实现漏水点的精确定位，而且有赢观的优点，但是一次搜索范围极小，只能与 其他漏失检测仪器配合使用。 九十年代初，水传声的相关检漏仪被研制成功。其与管道式相关仪有三点不 同：发射的信号比管道传声的相关仪要强；发射装置的探头用软管系着，直接插 入消火栓或用户迸水管，与水接触后方能有效地发射信号；接收机的灵敏度更高， 被测水管的长度可扩大到1 0 0 0 2 0 0 0 m 。德国采用f f t 技术来进行声信号的信 号处理，提高了信噪比，又改进了相关处理速度和精度的矛盾，使测试程度有了 较大的提高。 埋设于地下的管线进行定位可以采用管线定位仪，其作用是准确定位地下管 线的走向和掩埋深度。主要利用电磁感应原理，探测对象需具有一定的导电性。 管线定位方法有两种，一种是极大值法，另一种是极小值法，一般先用极大值法 找到管线的大致位置，然后用极小值法精确定位。深度测量有两种方法，一是直 读法，二是4 5 。法。直读法是利用上下两个线圈测量电磁场的梯度从而确定管 线深度；4 5 。法在管线正上方用接受机线圈与地面成4 5 。角状态，沿管线方向 横向移动，寻找零值点，该零值点与定位点之间的距离等于地下管线的埋深p o j 。 漏水噪声自动记录仪是由多台数据记录仪和一台控制器组成的整体化声波 接收系统。噪声自动记录仪利用漏水声波的连续性，避开间歇性噪声，并将漏水 天津大学硕士学位论文 第一章前言 噪声及其信噪比予以提升，通过长时间监测来判断记录仪附近有无漏水。当装有 专门软件的计算机对数据记录仪迸行编程后，只要将记录仪放在管网的不同位 置，如消火栓、阀门等管道暴露点，按预设时间同时自动开关记录仪，可记录 管道各处的漏水声信号，该信号经数字化后自动存入记录仪中，并通过专用软件 在计算机上进行处理，从而快速探测装有记录仪的管网区域内是否存在漏水。该 仪器一个显著的优点是它本身配有声音过滤器装置，可以接收到人耳无法听到而 对测量有用的声频范围：另一个显著的优点是可以整个晚上而不是短暂的几秒钟 对声音状况进行客观地记录分析，从而准确性极耐” 2 ”。 多探头相关仪，由英国b a d c o m 公司研究生产，埃德尔集团自主开发中文 操作界面，是目前世界上独一无二的：集漏水预定位和精定位于一体，仅一次检 测即可完成一定区域内的漏点预定位和漏点精定位的仪器，而且对管道属性要求 不高，可以在不清楚管材管径的情况下进行漏水定位。从而实现了从发现漏水点 到漏水点精确定位，从一段管线到大面积的检漏普查，仅用一套仪器就可完成。 多探头相关仪，从2 个探头开始，最多可配置到1 9 2 个探头；以实现区域漏水声 音的记录。普通相关仪原理是根据漏水声沿管道传播到传感器的时间差来确定漏 点位置的，而多探头相关仪有强大的软件支持，可反复利用在测试中收集到的大 量相关测漏数据来验证检测结果，因此大大提高了检测的效率和准确度。多探头 相关仪的记录仪具有防水功能，不用无线发射，可排除无线干扰和盲区，可对 p v c 管和水泥管进行检漏。测试时间不受限制( 从1 0 秒3 小时) ，可在白天或 夜间测试，避免了其它产品只能在夜间测试的局限性。可自动生成模拟管网图【2 9 】。 1 2 1 2 漏损检测方法 8 0 年代初期，国外的漏失检测和控制已经起步，1 9 8 0 年7 月英国国家水利常 设委员会在泄露方法和实践( 2 6 号报告) 中就已经提到了5 种泄露控制方法。 当前，城市供水管网漏损控制的方法主要有被动检捅法、音听检漏法、区域装表 法、区域测漏法、区域装表兼区域测漏复合法、相关检测法、小区全面声音检钡9 法、不间断流量检测法、最小夜流量法、应力波法、压力调整法、负压波法、水 力分析法等。 被动检漏法 被动检漏法是一种最原始的检漏方法，它主要是一种以发现明漏为主的方 法，是待地下管道漏水冒出地面后才去检修。供水管理部门组织专门的巡检队伍 依据管网图沿线进行巡视，同时设置专线调度系统进行巡检的信息传递和维修任 务的安排，并接受广大市民的义务报漏。它设备资金少，管理费用低，但它对暗 漏和漏水点不是冒水点的明漏是无法发现和判断漏点的，因此单凭此法不能把漏 天津大学硕士学位论文 第一章前言 水率降低到较好的水平，而且过分依赖市民报漏，会引发市民对管理部门的不满， 降低服务声誉。被动检漏法适合于埋在泥土下，附近又无河道和下水道的输水管 线。在制水成本低、供水能力有富裕，劳动力缺乏的水司更适用此法。 音听检漏法 音昕检漏法是采用音听仪器寻找漏水点，并确定漏水地点的方法，是目前国 内外最广泛使用的一种主动检漏方法。当压力水从漏水口喷出，一般会产生三个 成音频率：第一个成音频率为水与漏口发生摩擦产生振动，其频率主要为3 0 0 2 5 0 0 h z ，然后沿管、土层传播开来，传播的距离与漏水大小、管材、土质有关： 第二个成音频率为漏水口喷出的水喷到周围介质上产生的频率，其频率主要为 1 0 0 8 0 0 t l z ，以漏斗形式通过土壤向地面扩散，这是检查漏水判断地点时主要利 用的频率；第三个成音频率为漏水点附近的土壤因水流冲刷而产生空穴，喷出的 水在空穴内转动而产生的声音，其频率主要为2 0 2 5 0 h z ，该漏水声波传播距离 短。 音听检漏法分为阀栓听音和地面听音两种，前者用于漏水点预定位，后者用 于精确定位。阀栓听音法是用听漏棒或电子放大昕漏仪直接在管道暴露点( 如消 火栓、阀门及暴露的管道等) 听测出漏水点产生的漏水声，从而确定漏水管道， 缩小漏水检测范围。金属管道漏水声频率一般在3 0 0 2 5 0 0 h z 之间。而非金属管 道漏水声频率在1 0 0 7 0 0 h z 之间。听测点距漏水点位置越近，听测到的漏水声越 大，反之越小。地面昕漏法是用阀栓听音法已经发现漏水声，或不能用阀栓音听 法确定该管段是否有漏水时，用电子放大听漏仪等音听仪器在地面上听测地下管 道的漏水点”1 。昕测方式为沿着漏水管道走向以一定间距逐点昕测比较，当地面 拾音器靠近漏水点时，听测到的漏水声越强，在漏水点在上方达到最大。拾音器 放置间距与管道材质有关，一般说来，金属管道间距为p 一2 m ，而非金属管道为 0 5 l m ，水泥路面间距为1 2 m ，土路面为0 5 m 。 音昕检漏法仪器设备简单，操作方便，价格较低，不仅能寻明漏，还能发现 暗漏、复查漏点，所以被广泛使用，据英国水研究中心估计，音听检漏法约可查 出地下漏水的8 0 。但音听检漏法受其它声音干扰较大，需要依靠检漏人员的经 验判断，所以检漏效果在一定程度上取决于检漏人员的经验和素质。 区域装表法 把供水区分为若干个小区，对用水小区，除留一或二个装有水表的进水管外， 关闭小区与外界的联系阀门，使小区内总用水量可计量，同一时刻计量该区所有 用户水表水量，对两个流量进行比较，其差值为小区的漏失水量，若在允许范围 内，则不需检修，若超出允许值，则需要进一步进行音昕检漏确定具体漏点。该 法初期投资较大，受水表走率不准的影响大。 9 天津大学硕士学位论文第一章前言 区域测漏法 首先关闭与检漏小区相连的阀门，使该区与其它区分离，然后用一条消防水 带一端接在被隔离区的消火栓上，另一端接到流量计的测试装置上；再将第二条 消防水带一端接在其它区的消火栓上，另一端接流量计的测试装鼍上，最后开启 消火栓，向被隔离区管网供水。借助于流量计，测量该区的流量，可得到某一压 力下的漏水量。如果有漏水，可通过依次关开该区的阀门，可发现哪一段管道漏 水。该法能迅速排除大的漏水点，系统地测试，可进行管网状况分析，用所测流 量与正常流量比较，可以发现漏水的早期迹象，但是可能会影响部分居民用水”。 该法对管网设备要求高，还要事先安好旁通管和旁通水表，初期要有较大的投资。 区域测漏法又可分为直接区域测漏与问接区域测漏。直接区域测漏就是在测 定时除了关闭所有进入该区的闸门( 不包括测漏水表) 外关闭所有用户水表前的 进水闸门，这样测得的流量就是此时该区内管网的漏失水量。间接区域测漏就是 在测定时关闭所有进入该区的闸门( 不包括测漏水表) ，原则上不关闭用户的进 水闸门，这样测得的流量为管网漏失水量和个别用户的用水量。间接区域测定法 是利用排队理论。就是说不是所有用户都是同时用水，有一间隙可能用水很少甚 至不用水，这在深夜生活用水地区，这样的机会很大。用户数越多，持续用水时 间越长，则平均不用水空隙时间越少，这是制约所划分区域大小的一个因素。 区域装表兼区域测漏复合法 该法同时具有区域装表法及区域测漏法装置。区域所装的水表在白天或一定 时间间隔里起区域装表法作用，当需要区域测漏时起区域测漏法的测漏水表作 用。当进水量与用户水量之差较大时，用区域测漏法检漏。该法对流量的测定要 求较高，既要求测流范围大，又要求其精度高，为了能测得夜间的最小流量，其 最小流量感受度也要好。 相关检测法 相关检测法1 是当前最先进最有效的一种检漏方法，特别适用于环境干扰噪 声大、管道埋设太深或不适宜用地面听漏法的区域。用相关仪可快速准确地测出 地下管道漏水点的精确位置，其检测准确度为l o c m 。一套完整的相关仪是由一台 相关仪主机( 无线电接收机和微处理器等组成) 、二台无线电发射机( 带前置放大 器) 和二个高灵敏度振动传感器组成。其工作原理为：当管道漏水时，在漏口处 会产生漏水声波，该波沿管道向远方传播，当把传感器放在管道或连接件的不同 位置时，相关仪主机可测出该漏水声波传播到不同传感器的时间差，a 只要给定 两个传感器之间管道的实际长度和声波在该管道的传播速度h 漏水点的位置妇 就可按下式计算出来： 厶= 乜一v 7 d ) 2 ( 2 1 ) 天津大学硕士学位论文 第一章前言 式中：厶漏水点到传感器的距离，m ； 两个传感器之间管道的实际长度，m ； 矿声波在该管道的传播速度，取决于管材、管径和管道中的介质， 单位m m s ，并全部存入相关仪主机中； 列漏水声波传播到不同传感器的时间差t d ，m s 。 该方法的不足之处是：当某一管段存在两个或多个漏水量相差不大的漏点 时，仪器便得不出正确结果了。 小区全面声音检测法 小区全面声音检测法”是德国常用的检测方法，该方法借助声音监测器在一 选定的时区对某一供水小区的所有管线进行监听，并自动记录监听的声音结果， 然后在电脑上分析监听结果。该仪器具有两个显著的优点：一是本身配有声音过 滤装置，可以接受到人耳无法听到而测量有用的声频范围，二是可以在线进行客 观地记录分析，从而提高了检漏的准确性。本法适用于城市供水管网检漏人员不 足的供水企业。缺点是初期投资大，成本高。 以德国s e b a 泄漏噪声自动记录仪为例，德国s e b a 的g p l 9 9 是由多台数据记录 仪和一台控制器组成的整体化声波接收系统。当装有专用软件的计算机对数据记 录仪进行编程后，只要将记录仪放在管网的不同位置，如消火栓、阀门及其他管 道暴露点等，按预设时间( 如深夜2 ：o o 4 ：0 0 ) 同时自动开关记录仪，可记录 管道各处的漏水声信号，该信号经数字化后自动存入记录仪中，并通过专用软件 在计算机上进行处理，从而快速探测装有记录仪的管网区域内是否存在漏水。人 耳通常能听至u 3 0 d b 以上的漏水声，而泄漏噪声自动记录仪可探测到l o d b 以上的漏 水声。 数据记录仪放置距离视管材、管径等情况而定，一般说来，金属管道可选 2 0 0 4 0 0 m 的间距，非金属管道应在l o o m 之内的间距。判别漏水的依据是：每个 漏水点会产生一个持续的漏水声，根据记录仪记录的噪声强度和频繁度来判断在 记录仪附近是否有漏水的存在，计算机软件自动识别并作二维或三维图旧1 。 不问断流量检测法 英国部分地区，在小区