農(nóng)村集中供水工程管道漏點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)綜述

李海軍

（山西省水利水電科學(xué)研究院，山西 太原 030002）

1 管道檢漏的重要性

“十一五”期間，我國(guó)為有效解決農(nóng)村人畜飲水困難及飲水安全問題，在缺水或水質(zhì)不達(dá)標(biāo)的地區(qū)采用了長(zhǎng)距離的集中供水工程。山西省率先在全國(guó)實(shí)現(xiàn)了農(nóng)村飲水安全全覆蓋，“十一五”期間全省新建和改建農(nóng)村飲水工程20 640處，截至2009年9月，共有農(nóng)村飲水工程28 391處，年設(shè)計(jì)能力78 984萬m3，鋪設(shè)供水管道總計(jì)217 681.93 km。

要保證工程正常運(yùn)轉(zhuǎn)，工程質(zhì)量是關(guān)鍵，而管道漏水便是問題之一，因此工程管道漏點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)被加以重視。由于農(nóng)村集中供水工程沿途地形復(fù)雜、輸水管線長(zhǎng)，管道附屬建筑物少、間隔距離長(zhǎng)，管道鋪設(shè)采用直埋方式長(zhǎng)期埋設(shè)地下，隨著時(shí)間的推移，遭到不同土質(zhì)侵蝕、地質(zhì)因素的破壞以及人為的挖掘和施工造成的管線斷裂，影響管道的正常運(yùn)行。調(diào)查資料表明，我國(guó)供水管網(wǎng)的漏損率平均達(dá)20%，有些地方供水管網(wǎng)漏損率高達(dá)40%左右。由于供水管網(wǎng)漏損嚴(yán)重，使有效供水量減小，供水成本增加，影響農(nóng)村人畜飲水工程正常供水并造成水資源浪費(fèi)。另外有的供水管網(wǎng)穿越鐵路、高速公路，如果管道漏點(diǎn)不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和修復(fù)，將會(huì)出現(xiàn)道路損壞和安全問題，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。

目前，一些先進(jìn)國(guó)家采用不開挖管道形式進(jìn)行漏水點(diǎn)檢測(cè)和準(zhǔn)確定位的多功能集成科技設(shè)備進(jìn)行漏水檢測(cè)并修復(fù)，有效縮短了管道漏水修復(fù)時(shí)間，降低了管道修復(fù)費(fèi)用，提高了供水可靠度。根據(jù)山西省農(nóng)村飲水工程特點(diǎn)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的管道漏點(diǎn)檢測(cè)設(shè)備及技術(shù)，在地下管道漏水冒出地面前，采用各種檢測(cè)設(shè)備主動(dòng)查找地下管道漏水，及時(shí)進(jìn)行修復(fù)，有效解決農(nóng)村人畜飲水工程長(zhǎng)距離輸水管道漏水檢測(cè)難度大的問題。

2 檢測(cè)原理

供水管道發(fā)生漏水時(shí)，泄漏點(diǎn)的水與漏口發(fā)生摩擦，與周邊管道填充介質(zhì)撞擊，產(chǎn)生在一定頻率下的振動(dòng)，因此產(chǎn)生漏水聲波。漏水聲波主要有三種：第一種是指泄漏出管道的水與管道破損口摩擦產(chǎn)生的聲音，即泄漏口摩擦聲，其傳播距離與水壓、管材、管徑、接口、漏口形狀大小等有關(guān)，傳播頻率通常為300～2 500 Hz，并沿管道向遠(yuǎn)方傳播，這種漏口聲波在一定范圍內(nèi)傳播，可以在管道上安裝的閘門、排氣閥等管道暴露點(diǎn)監(jiān)測(cè)到漏水聲波。第二種是指管道壓力較高，漏水口噴出的水與管道周圍介質(zhì)發(fā)生碰撞產(chǎn)生的聲波，即為水頭撞擊聲波，其通過不同介質(zhì)以漏斗型擴(kuò)散，傳播頻率通常為100～1 500 Hz，在地面可用檢漏儀或聽音桿檢測(cè)到。第三種是指泄漏出管道的水?dāng)_動(dòng)或帶動(dòng)管道周圍填充介質(zhì)（如土粒、沙粒等）相互摩擦、碰撞、移動(dòng)產(chǎn)生的聲波，即填充物摩擦聲，其聲波頻率較低，用機(jī)械聽漏設(shè)備在泄漏點(diǎn)附近可聽測(cè)到，為漏點(diǎn)最終確認(rèn)提供可靠依據(jù)。

總之，在管道破損處，水漏損時(shí)會(huì)形成聲波并以正弦曲線的方式向管道兩側(cè)傳播，引起管道振動(dòng)，同時(shí)，破損處高速噴出的水流沖擊管道周邊的填充介質(zhì)，產(chǎn)生在一定頻率范圍的漏水聲波，由填充介質(zhì)、管道向地面?zhèn)鞑?。一般采用探測(cè)漏水點(diǎn)的漏水聲法來檢測(cè)供水管網(wǎng)中的漏水點(diǎn)，本文采用的檢漏設(shè)備就是通過捕捉這三種聲音對(duì)漏點(diǎn)進(jìn)行精確定位。

3 測(cè)試技術(shù)和方法

3.1 分區(qū)域檢漏法

分區(qū)域檢漏法是把供水管網(wǎng)劃分為多個(gè)可計(jì)量區(qū)域，以便對(duì)每個(gè)區(qū)域進(jìn)行流量測(cè)量，找出夜間最小流量來判定是否漏水。其檢漏技術(shù)方法主要是在分區(qū)計(jì)量區(qū)域內(nèi)的進(jìn)水管段安裝電磁壓力流量計(jì)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)該區(qū)的流量和壓力，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行記錄，并通過紅外讀取或遠(yuǎn)傳到控制中心的計(jì)算機(jī)，根據(jù)所測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)區(qū)域內(nèi)漏損情況做出漏損評(píng)估。該方法可長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)，也可作為臨時(shí)檢測(cè)，適用于管徑為100~8 000 mm的任何管道。優(yōu)點(diǎn)是能迅速排除大的漏水點(diǎn)，對(duì)供水過程中管道滲漏報(bào)警；可系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試、分析管網(wǎng)狀況；對(duì)所監(jiān)測(cè)區(qū)域用水狀況進(jìn)行評(píng)估，可發(fā)現(xiàn)漏水的早期跡象。

3.2 供水管網(wǎng)的區(qū)域定位法

供水管網(wǎng)的區(qū)域定位是一種新型的、先進(jìn)的供水管網(wǎng)漏損監(jiān)測(cè)方法，采用噪音原理進(jìn)行滲漏預(yù)警，也稱滲漏預(yù)警系統(tǒng)，是一套由多個(gè)記錄儀組成的整體化的聲波接收和處理系統(tǒng)。當(dāng)管道發(fā)生漏水時(shí)，在泄漏點(diǎn)產(chǎn)生一定頻率的漏水聲波，并沿管道呈漏斗型向外傳播。該系統(tǒng)可在閥門、水表等供水管道附屬構(gòu)筑物上監(jiān)測(cè)到聲波，通過無線電和噪聲記錄模式進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和下載，通過分析記錄到的噪音強(qiáng)度和離散度來判斷是否有漏點(diǎn)，并將這些信息貯存在記錄儀的存儲(chǔ)器內(nèi)并傳輸?shù)街鳈C(jī)或PC機(jī)，使用戶能及時(shí)發(fā)現(xiàn)管道是否存在滲漏或大的泄漏，起到檢漏和預(yù)警的作用，從而降低爆管幾率和供水安全事故的發(fā)生。該系統(tǒng)可用于“開車巡檢”，也可固定安裝在管網(wǎng)中。監(jiān)測(cè)時(shí)，首先對(duì)檢測(cè)設(shè)備探頭進(jìn)行調(diào)試設(shè)置，然后把探頭按操作規(guī)程安裝在管線上，探頭將按預(yù)定設(shè)置要求對(duì)管線的漏水聲波進(jìn)行監(jiān)測(cè)并記錄儲(chǔ)存，同時(shí)按設(shè)置時(shí)間進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和下載，并將下載成功的數(shù)據(jù)及時(shí)存盤、分析。該方法可一次完成區(qū)域管網(wǎng)漏水狀況的測(cè)試與漏水報(bào)警，可降低管網(wǎng)巡檢人員的工作強(qiáng)度，提高管道漏點(diǎn)檢測(cè)效率。

3.3 管網(wǎng)漏點(diǎn)精確定位法

漏點(diǎn)精確定位法包括聽音法、相關(guān)法，采用的儀器主要有聽漏儀、聽漏棒、相關(guān)儀等。主要是預(yù)警漏點(diǎn)或聽到漏點(diǎn)信息后，將應(yīng)用這些設(shè)備精確定出漏點(diǎn)位置，以便開挖、修復(fù)管道。

聽音法是使用聽漏儀、聽漏棒，通過閥栓、路面聽音，確定漏水點(diǎn)位置。聽音檢漏法分為管道上暴露的閥栓聽音和地面及管道填充介質(zhì)面聽音兩種。閥栓聽音法是用聽漏儀或其他聽漏設(shè)備直接在管道暴露點(diǎn)，如閘閥、排氣閥及暴露的管線上漏水點(diǎn)產(chǎn)生的漏水聲波，據(jù)此確定管道漏水點(diǎn)、縮小檢測(cè)范圍。離漏水點(diǎn)位置越近，聽到的漏水聲越清晰。地面或其他填充介質(zhì)面聽音法是根據(jù)預(yù)定位方法確定管道漏水點(diǎn)后，用電子設(shè)備放大聽漏儀在地面監(jiān)聽地下管道的漏水聲波，并進(jìn)行精確定位。

相關(guān)法是應(yīng)用多探頭相關(guān)儀進(jìn)行管道破損漏水聲波的精確位置，從而確定漏水點(diǎn)。主要根據(jù)漏口處產(chǎn)生漏水聲波，并沿管道向外傳播，當(dāng)把檢測(cè)設(shè)備放在管道或連件上時(shí)，相關(guān)儀可測(cè)出漏水聲波傳播到不同傳感器的時(shí)差，從而確定管道破損點(diǎn)。不受管道埋深的限制，適用于環(huán)境復(fù)雜、管道埋設(shè)太深或不適宜用地面聽漏法的區(qū)域。用相關(guān)儀可快速準(zhǔn)確地測(cè)出地下管道破損點(diǎn)的精確位置，對(duì)檢漏人員的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求很少，可直接在主機(jī)上標(biāo)出漏水點(diǎn)位置；測(cè)試面積大，只需一次測(cè)試就能完成預(yù)定位和精定位；要求管道壓強(qiáng)大于0.2 MPa，管長(zhǎng)約100~200 m。

4 應(yīng)用前景

為解決全省農(nóng)村集中供水工程長(zhǎng)距離輸水管道漏水檢測(cè)難度大的問題，山西省水科院根據(jù)水利部“948”計(jì)劃，引進(jìn)英國(guó)豪邁公司管道漏點(diǎn)檢測(cè)定位技術(shù)和設(shè)備，采用不開挖管道進(jìn)行漏水點(diǎn)檢測(cè)和準(zhǔn)確定位。選擇新絳縣南李村、店頭集中供水工程作為示范點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際應(yīng)用。結(jié)果表明，通過漏點(diǎn)精確定位、管線查尋、埋沒閥門尋找等方法，不僅能減少開挖面積，降低破路費(fèi)用，而且可為快速搶修提供強(qiáng)有力的保證。

總之，農(nóng)村集中供水管網(wǎng)漏水檢測(cè)工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，在引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐步探索總結(jié)適合全省農(nóng)村集中供水管道實(shí)際的檢漏技術(shù)，將會(huì)有效縮短工程搶修時(shí)間、降低管道管網(wǎng)漏耗，并且隨著農(nóng)村集中供水管網(wǎng)管理規(guī)范和技術(shù)的成熟，漏水檢測(cè)先進(jìn)技術(shù)將會(huì)得到廣泛應(yīng)用。