供排水管網(wǎng)檢測技術發(fā)展現(xiàn)狀

白若男

【摘 要】地下管線問題已經(jīng)成為生態(tài)文明建設中的熱點問題，其中供排水管道漏損問題尤為重要。在管網(wǎng)的運行和維護過程中，需要選取適當?shù)穆p檢測方法對管網(wǎng)進行定期監(jiān)測和維護。經(jīng)調研發(fā)現(xiàn)，目前已有不少漏損檢測方法，但尚缺乏系統(tǒng)的經(jīng)驗總結。文章對市面上常見的供排水管道檢測技術手段進行梳理，以期為研究者提供參考資料，為相關工作者提供實踐經(jīng)驗。

【關鍵詞】供排水;管道檢測;地下管線;管道滲漏

【中圖分類號】U992.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2022）02-0043-03

每一個城市的發(fā)展都離不開完善的公共設施，地面上的公共建筑、各類道路，地下的供排水管網(wǎng)、天然氣管道、電纜等設施都有各自的使命，需要一起承擔保障城市安全運轉的重大責任。地下管網(wǎng)是現(xiàn)代化城市運行與發(fā)展中必不可少的重要部分，特別是在人居環(huán)境日益受到重視的今天，供排水管網(wǎng)系統(tǒng)能否安全、穩(wěn)健地運行，關系到綠色城市能否正常運轉，是綠色城市重要的保障。

目前，供排水管網(wǎng)在運行過程經(jīng)常存在漏損，漏損不僅會造成水資源的浪費，影響人們的日常生活，還需投入大量的資金進行管網(wǎng)的修復或改造，大大增加城市維護和運行成本。因此，需要對管網(wǎng)進行定期監(jiān)測，查找漏損位置，進而減少管網(wǎng)漏水事故，保障供水安全和城市水環(huán)境。

1 給水管網(wǎng)檢測技術

1.1 給水管網(wǎng)檢測作用

自來水管滲漏問題是水廠經(jīng)常會遇到的問題，這是很難徹底解決的問題，也是事關百姓用水安全的關鍵問題。地下管網(wǎng)的錯綜復雜性、管網(wǎng)的質量和通水能力的未知性都大大增加了其檢測和維修難度。就供水管道而言，滲漏會導致產(chǎn)銷比大大降低，引發(fā)道路鏤空、沉降等問題[1]。因此，供水管網(wǎng)的漏損率也是衡量供水企業(yè)管理水平的一項重要指標，直接影響供水企業(yè)的經(jīng)濟效益。如何針對供水管網(wǎng)的特點加強供水企業(yè)的管理，降低管道漏損率、節(jié)約水資源、提高經(jīng)濟效益，是一項長期而艱巨的任務[2]。

大多數(shù)的水管漏水都是從小漏漸漸變成大漏，漏點周圍泥土被水長時間浸潤和沖刷而逐漸漏空，水直接被大地吸收。隨著地下水管漏水時間的延長，漏點周圍地下水飽滿后水直接流到污水井、雨水井，增加了雨污管網(wǎng)負擔，引發(fā)一系列問題。因此，必須通過日常維護和定期檢測提前發(fā)現(xiàn)滲漏位置，早做修復，提高產(chǎn)銷比，降低安全風險[3]。

1.2 給水管網(wǎng)檢測技術

給水管網(wǎng)滲漏現(xiàn)象普遍存在，目前通常在發(fā)現(xiàn)問題后，會采用一些技術手段排查滲漏點，然后進行修補，而具體采取哪種檢測方法，就要結合地下情況判斷。

1.2.1 區(qū)域裝表法

區(qū)域裝表法是通過讀取漏水引起計量差而判斷漏損位置和漏損量。具體實施方法是首先選定某一區(qū)域作為供水管網(wǎng)的計量區(qū)域，然后尋找流入和流出該區(qū)域的位置并安裝計量表，假設流入流出的總水量位置無誤，也沒有其他計量損耗，那么流入口、流出口的計量差額必是此區(qū)間的漏水損耗?？梢钥闯觯勘硌b得越多、分割的區(qū)域越小，獲得的信息量越大，對實際漏水情況的認識更清楚。但是，區(qū)域裝表法不能確定漏水點具體的位置，所以不能作為破路修復的主要依據(jù)，僅能作為參考資料[4-6]。

1.2.2 聽音法、聲振法

聽音法和聲振法是利用漏水引發(fā)振動和發(fā)聲效應判斷漏損情況。通常是借助某種傳聲工具聽漏水產(chǎn)生的聲音，檢測人員可以通過聲音的強弱與音質等特點判斷漏損的具體位置。傳聲工具有聽漏棒、測漏儀等常見的設備，目前是國內(nèi)外普遍應用的一種有效方法[7]，具體原理如下。

管道供水是依靠壓力傳輸水的，因此供水管道沿程都有水壓存在，因此倘若供水管道有破損，破損位置的水會在水壓的作用下向管外噴射;水在噴射過程中會與漏損孔隙產(chǎn)生摩擦并發(fā)出噪聲。噪聲沿著管道的兩側分包傳播，通常數(shù)十米的范圍內(nèi)都可以聽到該噪聲，有的噪聲可以傳播幾百米[8]。

此外，埋設在地下的管道，其噴射出來的壓力水會沖擊土層，引起磚石塊、土質等輕微震動，該震動同樣會沿著土層傳播至地面附近，人則可以在地面聽到低頻的聲音。

同時，從漏損點噴出的壓力水可能在沖出管道后發(fā)生擾動（回旋），產(chǎn)生氣泡，檢測人員會聽到氣泡聲。壓力水的噴出口位置震動會產(chǎn)生聲音，引發(fā)的其他位置的附加震動還會產(chǎn)生聲音[9]。

以上描述的各種聲音都是管道漏損形成的，但是其直接相關因素并不相同;因此，檢測人員聽到的可能是其中的一種或者幾種聲音的混合，所以漏水聲是多變和復雜的[10]。

1.2.3 紅外法

紅外法是根據(jù)漏水引發(fā)紅外輻射局部變化（溫度效應）判斷漏損。當?shù)叵鹿艿腊l(fā)生漏水，漏水位置的局部區(qū)域與周圍將產(chǎn)生一個溫度差，如果能感知到該溫度差，則可以間接地感知到漏損位置。選用的感知溫差的方法即為紅外熱成像技術，紅外熱成像技術其本質是利用光電技術來檢測物體熱輻射的紅外線特定波段的信號，獲取的信號則可轉換成容易分辨的圖像和圖形，人們通過識別該圖像和圖形判斷漏損情況。

需要特別注意的是，紅外輻射可能會受其他因素影響，地下的漏水情況可能因其他因素而發(fā)生變化，所以紅外法在一些區(qū)域同樣僅僅可以作為輔助判斷的依據(jù)[4]。

1.2.4 探地雷達法

探地雷達（Ground Penetrating Rader，GPR），是天線發(fā)射和接收高頻電磁波探測介質內(nèi)部物質特性和分布規(guī)律的一種地球物理方法，依據(jù)的原理是不同介質的介電常數(shù)不同。其實是移植使用“雷達”于地下判斷漏損。

供水管線產(chǎn)生漏損后，會在漏損點周邊產(chǎn)生一定程度的土壤富水，富水區(qū)介電常數(shù)高于周邊普通土壤，含水量越高，介電常數(shù)越大，地質波速變低，可依據(jù)此特征判定所探測區(qū)域的富水范圍，從而推斷泄漏的范圍和泄漏點位置。

但是，由于地下介質與空氣不同，分層雜亂性大，對電磁波穿透程度有限，特別是在水管周圍已有積水，噴口朝下的情況不易看清，加之目前這類儀器價格昂貴，精確性高的設備主要依靠進口，因此尚未達到普及使用階段。

1.2.5 相關檢漏法

相關檢漏法的本質屬于聲振法，主要也是根據(jù)聲音的傳播規(guī)律判斷漏損情況。一般而言，漏損點將會發(fā)生震動，引起的震動也會向管道兩側分別傳播，假如在管道兩側分別放置傳感器接收聲波，那么這兩個傳感器接收到的信號將會有一個時間差，該時間差取決于管道的聲速和漏損的位置。

與聽音法相比，相關檢漏法更具有客觀性，利用管道的傳聲作用，傳感器直接安裝在管道上進行測量，再由儀器計算位置，排出了很多干擾因素。當然，使用相關檢漏法的前提條件是可以找到兩個可以放置傳感器的位置，使得傳感器能夠直接接觸管道;這就要求檢測人員掌握較為豐富、準確的管線資料，清楚管道的走向、彎曲位置、口徑、聲音的傳播速度等信息。此外，相關檢漏法的配套設備價格高，對檢測人員的素質要求也高，需要具備一定的計算機使用能力。

目前，國外的相關檢測儀有不少流入中國市場，為大型自來水公司提供產(chǎn)品和服務。但是，我國現(xiàn)有的管網(wǎng)情況復雜，目前還沒有專用的監(jiān)測點可以安裝傳感器，難以發(fā)揮相關檢測儀的優(yōu)勢，大多數(shù)情況還需要其他傳統(tǒng)手段完成檢測工作。

2 排水管網(wǎng)檢測技術

鑒于城市排水管道可能出現(xiàn)的種種問題，在西方發(fā)達國家，對城市地下水排水管道的檢測和普查平均5年進行一次。國內(nèi)各大城市逐步認識到排水管道檢測的重要性，引進了內(nèi)窺檢測設備和技術，已開始對管道進行系統(tǒng)的普查和檢測[11]。

2.1 排水管道檢測的缺陷分類和作用

2.1.1 缺陷分類

排水管道檢測缺陷可以分為兩類：？譹？訛功能性缺陷，包括沉積、樹根、殘墻壩根、障礙物、結垢、壩頭和浮渣等;？譺？訛結構性缺陷，包括變形、支管暗接、破裂、滲漏、腐蝕、異物入侵、錯口、起伏、脫節(jié)、脫落等。

2.1.2 檢測作用

排水管道的檢測主要有6個作用：？譹？訛排查居民、商店或工廠的非法排污口或混接口;？譺？訛檢測污染區(qū)域、管道滲漏、腐蝕、破損;？譻？訛完成管線普查工作，尋找被隱藏的檢修井位置或不明管段的位置;？譼？訛調查管道內(nèi)部淤積、排水不暢等情況;？譽？訛新建管網(wǎng)或老舊管網(wǎng)改造工程的竣工驗收工作;？譾？訛檢測污水排放情況[11-12]。

2.2 管道外檢測技術

管道外檢測技術主要有4種：探地雷達法、紅外溫度記錄儀法、撞擊回聲法、表面波光譜分析法。這幾種方法具有無損的特點，安全系數(shù)高[13]。

2.2.1 探地雷達法

探地雷達（GPR）是天線發(fā)射和接收高頻電磁波探測介質內(nèi)部物質特性和分布規(guī)律的一種地球物理方法，依據(jù)的原理是不同介質的介電常數(shù)不同。GPR在管道外檢測工作中，主要用于量測土壤層的孔洞深度和尺寸，混凝土管的層理和飽和水滲出的范圍，還有探測管道下的基礎。

GPR不需要開挖等操作，施工成本低，但儀器本身價格昂貴，并且輸出圖像復雜，對操作者的經(jīng)驗要求較高。

2.2.2 紅外溫度記錄儀法

紅外溫度記錄儀法的原理是通過溫差的測量推測土壤層的空隙和滲漏情況。由于排水管道周邊的土壤和滲漏位置附近的土壤會有溫度差，因此通過溫度圖像就可以判別滲漏情況。

但此方法不能查明孔隙尺寸，只能用于滲漏點的定位和腐蝕孔洞的定位。此外，該技術對溫度傳感器的依賴性較強，對技術人員的經(jīng)驗要求也較高。

2.2.3 撞擊回聲法

撞擊回聲法的原理是利用應力波在管道的傳播規(guī)律分析管道的結構和相關信息。錘擊會產(chǎn)生應力波，地下的裝置能夠產(chǎn)生反射波和內(nèi)部的裂紋，當應力波在不同的速度下傳播時，就會通過不同的路徑在管道外的土壤中散射，此時分析儀就可以將不同頻段的波進行分量，進而繪制出相關的信息。撞擊回聲法常用于檢測大口徑的排空混凝土管和磚砌管道。

2.2.4 表面波光譜分析法

表面波光譜分析法主要是利用一個傳感器和一個頻譜儀對管道及周邊的土壤進行分析，進而檢測管壁的位置和土壤條件。一般而言，該方法主要用在大口徑的管道檢測工作中。

2.3 管道內(nèi)窺檢測技術

2.3.1 管道CCTV檢測

管道CCTV檢測（即管道視頻檢測）是采用閉路電視采集圖像，進行影像顯示和記錄的集成系統(tǒng)，傳輸方式為有線方式，系統(tǒng)的主要組成部分包括3個：主控制器、繞線車和攝像爬行器。一般而言，管道CCTV檢測主要適用于200～2 000 mm管徑的排水管道。

檢測時，操作者通過手柄操控爬行器，手柄可以遠程控制爬行器在管道的行進方向和爬行速度，還可以控制爬行器上攝像頭的旋轉、變焦和照明。管道內(nèi)部的高清影像信號則可以通過線纜傳輸?shù)街骺刂破魃稀９艿纼?nèi)部的具體情況可以實時地傳輸?shù)綑z測人員手中并存儲，檢測工作完成后，檢測人員就可以根據(jù)整體的影像資料進行管道缺陷的分析，進而編寫檢測報告。該項檢測為目前管道檢測行業(yè)里面應用最廣泛的項目，數(shù)據(jù)客觀且可靠，檢測手段成熟，效率較高[10]。

2.3.2 管道聲納檢測

管道聲納檢測主要原理是利用聲波的反射探測管道內(nèi)的物體，并對其進行定位，其優(yōu)勢在于能夠提供量化的、準確的數(shù)據(jù)，能夠鑒定、判別管道的破損狀態(tài)。具體是借助水這一介質對管道內(nèi)壁進行掃描，采用的掃描工具為聲納檢測儀。一般一個聲納系統(tǒng)主要包括3個部分：發(fā)射探頭、電纜繞線車和主控。可以看出，管道聲納檢測方法的優(yōu)勢在于不需要排干管道中的水，但受到其探測原理本身的限制而只能檢測液面以下的情況，不能檢測管道中無液體存在的部位[10]。

2.3.3 潛望鏡法

潛望鏡為便攜式視頻檢測系統(tǒng)，該檢測系統(tǒng)所運用的鏡頭具備高變焦倍數(shù)和高效的照明燈光系統(tǒng)，操作人員將鏡頭安裝在可伸縮連接桿上，然后將鏡頭下放至管口位置，通過一個控制器同時調節(jié)亮度和焦距以獲取清晰的影像資料。潛望鏡對檢測比較深的窖井和窖井附近的管道十分有效，適用的管徑主要在150～2 000 mm。在管道普查工作中，潛望鏡檢測比較便捷，但因其無法進入管道，所以對管道內(nèi)部缺陷的檢測，還是管道CCTV檢測機器人更具可行性[11]。

3 結語

供水行業(yè)的發(fā)展參差不齊，地下管道情況復雜，尚未出現(xiàn)具有普遍適用性的漏損檢測方法和管理模式。本研究對目前常見的城市供排水管網(wǎng)的滲漏檢測技術進行了總結和梳理，對每一項技術原理和適用性進行了分析，對工程應用有指導意義。此外，隨著越來越多的供水企業(yè)、環(huán)保企業(yè)重視管網(wǎng)的運行和管理，也將幫助企業(yè)更快地積累相關經(jīng)驗。

參 考 文 獻

[1]張慧.城市供水管網(wǎng)壓力分區(qū)及低壓改善[D].杭州：杭州電子科技大學，2019.

[2]劉思然.供水管網(wǎng)健康狀態(tài)動態(tài)評價方法研究及應用[D].大連：遼寧師范大學，2018.

[3]邱志磊.城市供水管網(wǎng)漏損定位與運行狀態(tài)估計研究[D].鄭州：華北水利水電大學，2018.

[4]陳玉立.廣州市芳村區(qū)供水管網(wǎng)現(xiàn)狀分析及漏失對策研究[D].廣州：廣東工業(yè)大學，2012.

[5]邵茁，邵蓊.管網(wǎng)漏損控制技術在獨立計量區(qū)的應用[J].城鎮(zhèn)節(jié)水，2011（增刊）：220.

[6]林仁龍，沈明軍.區(qū)域裝表法在農(nóng)村供水管網(wǎng)管理中的應用[J].上海水務，2005，21（4）：11-12，30.

[7]黃樂藝.城市地下供水管線滲漏探地雷達正演模擬與解釋方法應用研究[D].北京：北京交通大學，2016.

[8]周超.城市供水管網(wǎng)漏損控制及漏損點分析定位研究[D].合肥：安徽建筑大學，2016.

[9]高希麗.城市供水管網(wǎng)漏損風險研究[D].天津：天津大學，2013.

[10]肖建瓴.城市供水管網(wǎng)漏損原因探析[J].鞍山師范學院學報，2009，11（2）：63-64.

[11]柏蔚，李懷正，陳衛(wèi)兵，等.機器人在排水管道中的研究和應用[J].環(huán)境科學與管理，2012，37（9）：45-50.

[12]凌文翠，張濤，強志民，等，城市供水管網(wǎng)獨立計量區(qū)域的研究與應用進展[J].中國給水排水，2011，27（13）：46-50，54.

[13]邵茁，邵蓊，張婷.管網(wǎng)漏損控制技術在獨立計量區(qū)的應用[J].遼寧化工，2010，39（1）：93-95.