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技术文章
合理选择管网漏水探测仪器和工作方法
2015-06-24
造成水损的原因很多,包括给水管网漏水、计量和统计误差、未计量市政用水(绿化、环卫、消防等)、供水企业自用水(管道冲洗、消防排污等)、偷盗水等。因此,如何探测出管道漏水点,减少漏失水量也就成为当前供水行业的一个重要课题。
合理选择管网漏水探测仪器和工作方法
前言:

在城市给水管网系统中,每天都有相当数量的自来水在从水厂至用户之间的输送环节中白白损耗掉了。相关统计资料显示,目前国内大多数水司的水损率在20-30%之间,有的甚至超过50%,普遍超过国家有关行业标准要求。
水损不仅浪费了大量宝贵的水资源,而且使供水企业单位供水成本(包括原水、制水、输送水等)增高,经济上蒙受损失。
尤为严重的是,城市地下给水管道的漏水,有可能造成恶劣的社会后果:管道长期暗漏,会长期冲刷道路和建筑物的基础,引发道路塌陷和建筑物的跨塌;大量的暗漏会导致管网压力的下降,引发用户对供水服务的投诉;管网失压时,漏点周围污物和细菌有可能通过漏点进入管道内,污染水质。
因此,如何控制水损成为目前水司亟待解决的一个重要问题。造成水损的原因很多,包括给水管网漏水、计量和统计误差、未计量市政用水(绿化、环卫、消防等)、供水企业自用水(管道冲洗、消防排污等)、偷盗水等。
据分析,管网漏失水量占到水损总量的40-70%,是构成水损的主要因素,因此,如何探测出管道漏水点,减少漏失水量也就成为当前供水行业的一个重要课题。 
一、如何合理选择管网漏水探测仪器和工作方法:
(一)管道漏水特征
要选择适用的漏水探测仪器和方法,首先要了解管道漏水有哪些特征,经分析,管道漏水的基本特征有:
1.漏水点上游水流量增加。因为漏水造成了额外的水量消耗,漏点上游来水量较正常情况增加。此时可通过流量测试仪表记录流量数据,将测试数据进行分析处理,判断某一管道或某一供水区域是否有漏水存在。
2.产生漏点的管道内水压下降,水压下降的幅度与单位时间内漏失水量的大小相关,在同一环境下,单位时间内漏失水量越多,压力下降越明显。漏水量很大时有可能造成整个供水管网压力明显下降。采用压力测试仪表记录压力数据,将测试数据进行分析处理,可判断某一管道或某一供水区域是否有漏水存在。
3.漏点处产生噪声和振动。水从压力管道内泄出,因为能量的转换,产生噪声和振动,通过测试该噪声和振动的特性来判断管道是否漏水及定位漏水点是目前最主要的漏水探测手段。漏点处产生的噪声和振动可沿管壁、管中水或管道周围的介质向外传播。这时我们可以使用声学探测仪器设备,在管道外露点(包括阀门、消防栓等)上、管内水中或管道上方地面检测噪声和振动,实现对漏水点的无损检测;也可以通过打钎至漏点附近,监听、比较漏水噪声来确定漏点。
4.漏点周围土壤湿度增加。因为漏水引起的水量补给,使漏水点周围的土壤湿度较它处有明显的增加(土壤水已饱和的情况除外),此时可以通过土壤湿度测试仪器来圈定漏水可疑区域。另外,土壤湿度增加,有利于植物的生长,一般情况下,漏点周围的植物较其它地方生长得茂盛些,干旱地区尤为明显,因此,通过观察比较管道上方植物的生长情况也有助于圈定漏水可疑区域。在有些特殊情况下,有时甚至可以在清晨通过观察地面的水(雾)气来判断是否有漏水。
5.漏点周围介质温度发生变化。相对于管道周围介质来说,管内输送的水来自于异处,温度难免有些差异,地下水源的自来水与管道周围介质的温差在冬夏两季尤其明显,此时若有自来水泄漏,漏水点周围介质的温度较其它地方就有一定的差异,此时我们通过测试这一差异,就可以判别出漏水区域。
6.漏点周围介质电性发生变化。因为土壤中水的加入,管道周围“干燥”土壤中的电解质得以溶解,土壤的导电性能得以加强,地阻率下降,根据这一特性,我们可以通过测试土壤电阻率圈定漏水区域。
7.漏点周围形成水穴或空洞。水穴或空洞较周围介质的介电常数有较大差异,电磁波在其界面会有较强的反射,根据这一特性,可通过电磁波法(如探地雷达)来进行漏水探测工作。
8.漏水冒出地面或流入周围其它市政管道或沟渠(河)。此时均可采用目视观察的方法来判别是否有漏水,有时还可以直接确定漏点位置。
9.因水流冲洗导致泥沙流失,造成路面塌陷或地物沉降。通过观察路面的开裂或塌陷、地物的开裂或沉降来间接划定漏水范围。
10.管道穿孔或破裂。因为众所周知的原因,我们无法在路面做“CT”,扫描出管道的裂缝和孔隙,但我们可以在管内通过目视检查(适用于大口径给水管道)和“照相”的方法来发现漏点。也可以在管道内注入不溶于水、无毒无味、明显比空气轻的气体,这些气体会在裂缝和孔隙处逸出,在管道上方按一定方法采集该气体,比较其浓度来确定漏水点位置。
11.漏点附近地下水化学性质发生变化,主要是指氯的浓度变化。自来水中都有一定浓度的余氯,泄漏出的自来水混入地下水中,会使地下水的氯含量增加,通过检测地下水的氯含量,可辅助判断周围是否有漏水发生。
表一慨括了漏水的一些特征,根据这些特征可采用的一些探测方法以及目前开发成功的一些仪器设备。
表一 

漏水特征 探测方法 目的 现有探测仪器设备
流量增加 流量测试法 确定漏水区域或漏水管道 流量计
压力降低 压力测试法 确定漏水区域或漏水管道 压力计
产生噪声和振动 声学测试法 确定漏水区域或管道 噪声记录仪、听音杆
漏点精定位 听漏仪、相关仪、SAHARA等
介质湿度增加 湿度测试法、环境调查法 漏点粗定位 湿度仪
介质温度增加 温度测试法 漏点粗定位 红外热敏测试仪、地温计
介质电性变化 电法 漏点(精、粗)定位 探地雷达、地电测试仪等
水穴或空洞 电法 漏点(精、粗)定位 探地雷达等
冒出地面或流入周围其它市政管道或沟渠(河) 环境调查法 确定漏水范围  
路面塌陷或地物沉降 环境调查法 确定漏水范围  
管道穿孔或破裂 示踪气体法 漏点精定位 氢气测试仪等
管内照相法 漏点精定位 CCTV等
(二)漏水探测设备和技术:
要选择适用的漏水探测仪器和方法,还必须了解当前的漏水探测设备和技术,了解其工作原理及其适用范围。
1.听音设备
听音设备可以是机械式的,也可以是电子式的,它们通过音簧片或压电陶瓷等“感知”漏水引起的噪声或振动,目前常用的此类仪器设备有听漏棒、噪音采集仪(LOGGER)、听漏饼及听漏仪等。听漏棒、噪音采集仪(LOGGER)用于确定漏水范围及管段,听漏饼及听漏仪用来确定漏点在地面的投影位置。一般的听音设备操作简单,但其使用效果完全取决于工作人员的素质。先进的听漏设备含有信号放大和滤波功能,有较强的抗干扰能力。尤其是最近几年国外广泛使用的噪音LOGGER,由于采用了高灵敏度的探头,能对噪音进行连续监听,能根据现场情况设置工作时间,尽量避开干扰因素,因此噪音LOGGER能捕捉到人耳不能听到的微弱的、低频的漏水噪音,大大降低了人为因素对漏水探测的影响。其缺点是一次性投入较大,工效较低,对设施间距较大的输配水管段的漏水噪声信号不能实现有效监测、采集,另外,大量布设无人值守的噪音LOGGER存在一定的安全隐患。
2.漏水检测相关仪
漏水检测相关仪是一类基于互相关计算方法及采用微处理技术的便携式自动漏点定位设备,根据漏水处产生的噪声沿管道传播到达分置的传感器的时间差来确定漏水点位置。总的来说,相关仪操作简单,探测结果受环境噪声和人为因素的影响较小,须注意的是在进行相关探测前须先查清被测管道的走向及分布,然后找到合适的放置传感器的地方(如被测管道的管壁、阀门、消火栓等),清除接触处的污杂物,让传感器的磁钢部分被直接吸住,以便漏水噪声能最大限度地传给传感器。如果安装使用水听器,一定要放尽空气,让传感器部分完全浸在管道的水中,以利于充分接受漏水噪声信号。为了提高相关检漏效果,有时需要调整滤波器的频率范围,使干扰信号最大限度地被过滤掉,让有用的漏水噪声信号最大限度地通过。被测管道内的水压的高低对相关仪的工作影响很大,水压低于0.1MPa时,由于漏水能量小,漏水噪声的强度和频率都很低,导致相关仪工作很困难。 
3.示踪气体技术
选择示踪气体的原则是无毒无害, 不溶于水,比空气轻,易获取,价格低廉,目前较理想的示踪气体有氦气和氢气。往待测管道内注入示踪气体前,须关闭其与管网和用户的联系阀门,示踪气体进入管道后达一定浓度,将在漏点处在逸出,因为示踪气体比空气轻,它会渗过土壤和路面,基本上在漏点正上方冒出地面,采用专用的气体采集器,沿管道走向在地面按一定间距采样,根据其浓度变化曲线就能确定其漏点。采用示踪气体能探测出用常规声学方法无法探测出的噪声微弱的小漏点或造成管网失压的很大的漏点,示踪气体法的缺点是须停水作业,操作复杂,成本较高。
4.热敏摄像技术
使用热敏摄像技术探测漏水的依据是,从管道内泄漏出来的水改变了与其接触的土壤的热学特性。通过便携式、车载式热敏照相机摄像或航空热敏摄像可发现这些漏水导致的热“陷阱”,并确定漏水点。该方法仅使用于人烟稀少处的长距离输水管线漏水探测。
5.探地雷达
水从管道中泄出,冲刷管道周围的土壤,往往形成水穴和空洞,通过查找这些水穴和空洞,探地雷达就能找出可疑的漏水点。同时,由于水的渗透,管道周围土壤的电性,尤其是介电常数也发生了变化,在探地雷达探测图象上漏点处的管道看起来比没有漏水点的管道埋得要深些。探地雷达的优点是能找出一些不“发声”的暗漏,尤其对大口径的管道的探测优势较其它探测方法尤其独特之处。但应用探地雷达探测漏水的劣势也很明显:首先是地下介质对电磁波的衰减性制约了探地雷达适用范围,一般来说,当地阻率小于200欧米时,探地雷达不能使用;其次是探地雷达图象的多解性,不是训练有素的专家,根本无法正确解读探地雷达图象;第三点是探地雷达的探测深度和分辨率是一对矛盾体,不能同时得到满足;第四点是探地雷达操作复杂,漏水探测效率低。因此,现阶段,探地雷达用来进行漏水探测,性价比不高,只能作为补充手段。

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