供水管網(wǎng)泄漏定位分析與研究

張雙江 徐 兵 張 楊

（合肥供水集團(tuán)有限責(zé)任公司，安徽合肥 232000）

背景

供水管網(wǎng)是維系城市生活、運(yùn)作的命脈，供水管網(wǎng)的安全與穩(wěn)定則是重中之重[1]。受年代久遠(yuǎn)、管網(wǎng)材質(zhì)和周圍介質(zhì)等影響，供水管網(wǎng)極易發(fā)生漏水，且多以暗漏形式產(chǎn)生[2]。為快速有效定位管網(wǎng)漏水位置，國內(nèi)外相關(guān)企業(yè)公司研發(fā)了大量的檢漏設(shè)備及儀器，其中以電子聽漏儀、漏水相關(guān)儀為主動檢漏設(shè)備，被國內(nèi)外水司大規(guī)模使用[3]。

本文將對漏水相關(guān)儀的定位精度展開研究，分別研究三種參數(shù)對其定位的影響，為日常檢漏工作提供一定的技術(shù)指導(dǎo)。

圖1 管道泄漏檢測示意圖

1.相關(guān)分析原理

供水管網(wǎng)發(fā)生泄漏，泄漏點(diǎn)會產(chǎn)生振動信號，且沿著管道向兩端傳播，管道兩端布置的傳感器拾取傳來的振動信號，并進(jìn)行相關(guān)分析。

傳感器與泄漏點(diǎn)之間存在距離差D，且采集到的信號存在時(shí)間差，簡稱時(shí)延△T，根據(jù)振動信號傳播的波速V算出漏點(diǎn)位置：

其中，d1為傳感器1與泄漏點(diǎn)之間的距離，d2為傳感器2與泄漏點(diǎn)之間的距離；t1為傳感器1到達(dá)泄漏點(diǎn)時(shí)的時(shí)間，t2為傳感器2到達(dá)泄漏點(diǎn)時(shí)時(shí)間。

假設(shè)管道發(fā)生泄漏，則泄漏點(diǎn)會產(chǎn)生振動信號f（t），且沿著管道向兩端傳播，傳感器1、2分別接到到振動信號X1（t）、X2（t）。則泄漏信號與采集到的信號函數(shù)為：

其中，NA（t） 和NB（t）分別為A、B兩點(diǎn)的背景噪聲。

根據(jù)公式（5）和公式（6），對采集到的信息進(jìn)行相關(guān)分析[4]：

2.基于相關(guān)算法的相關(guān)儀

圖2為國外知名品牌旗下漏水相關(guān)儀，該儀器由兩只探頭、一部主機(jī)組成具有相關(guān)分析、自動濾波等功能。實(shí)際聽漏過程中，需將探頭A、B分別放置疑似泄漏管道兩端，并輸入管道正確參數(shù)，即可進(jìn)行相關(guān)分析，具體參數(shù)如下：

圖2 漏水檢測相關(guān)分析儀

表1 相關(guān)分析參數(shù)

根據(jù)以上參數(shù)可知，在了解管線參數(shù)的基礎(chǔ)上，正確輸入管道參數(shù)可成功定位出漏點(diǎn)位置。而實(shí)際檢漏工作中，大部分都無法獲取詳細(xì)、正確的管道參數(shù)，因此探究相關(guān)儀的參數(shù)設(shè)置是很有必要的。

3.探究相關(guān)分析參數(shù)設(shè)置

本次實(shí)驗(yàn)所用的管道為放置于空氣中的漏水環(huán)狀管網(wǎng)，如圖3所示。該環(huán)狀管網(wǎng)均有閥門、法蘭、彎頭等管道配件，以此來模擬實(shí)際檢漏工況。

圖3 實(shí)驗(yàn)管網(wǎng)圖

本次實(shí)驗(yàn)采用P-A-B-I-Z-K-Y-X-G管段，管道材質(zhì)有鋼、PE等材質(zhì)，管段YX之間存有1處漏點(diǎn)，以此來模擬泄漏，為了減少漏水沖擊聲的影響，該處漏點(diǎn)用鋼箍卡住，如圖4所示。

圖4 實(shí)驗(yàn)管道現(xiàn)場圖

3.1 管道長度的影響

實(shí)際檢漏工作中，管道長度層次不齊，相較于庭院管道，市政管道口徑較大、管道長度較長，多集中在100～200m為主。而生活小區(qū)內(nèi)庭院管道仍存在長度為10m左右的庭院管網(wǎng)，因此中段管段對相關(guān)分析定位誤差是值得探究的。本次實(shí)驗(yàn)以控制變量為前提，在管道材質(zhì)、口徑不變的情況下，10m的短距離管道對漏點(diǎn)定位精準(zhǔn)度的影響。

表2 管道長度表

圖5可知，隨著實(shí)驗(yàn)管道的長度不斷增加，定位誤差也逐漸增加，二者均呈遞增關(guān)系；實(shí)驗(yàn)管段長度為5.7m時(shí)，管道誤差為僅為0.1m；實(shí)驗(yàn)管道長度在9m以上，定位誤差斜率最大，且誤差超過5m。

圖5 不同長度管道定位誤差

3.2 管道材質(zhì)的影響

在輸入正確的管道長度、管道口徑的前提下，實(shí)驗(yàn)共分為五組對管道材質(zhì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，具體管道材質(zhì)如表3所示。

表3 管道材質(zhì)表

從表3可以看出，輸入不同的管道材質(zhì)，相關(guān)分析的定位誤差在0.5m范圍內(nèi)，其中最大誤差僅為0.3m，根據(jù)《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏水探測技術(shù)規(guī)程》規(guī)定，開挖搶修后發(fā)現(xiàn)定位在0.5m以內(nèi)即可判定漏點(diǎn)定位準(zhǔn)確。因此，管道材質(zhì)影響對管道漏點(diǎn)相關(guān)分析的結(jié)果微乎其微，幾乎可忽略不計(jì)。

3.3 管道口徑的影響

本次實(shí)驗(yàn)在保證長度、材質(zhì)等因素的設(shè)置正確下，通過設(shè)置錯(cuò)誤的口徑材質(zhì)，模擬管道口徑對相關(guān)分析結(jié)果的影響。

表4 管道口徑表

由表格4可知，不同的管道口徑會影響漏點(diǎn)定位的準(zhǔn)確度。在管道口徑保持50mm范圍內(nèi)，定位誤差保持在1m以內(nèi)，符合行業(yè)規(guī)定的定位誤差范圍；輸入的管道口徑越靠近實(shí)際管道口徑大小，漏點(diǎn)定位誤差就越小。

3.5 不同型號漏水相關(guān)儀的影響

為了探究型號、設(shè)備對相關(guān)結(jié)果的影響，在同一工況上使用不同型號相關(guān)儀進(jìn)行相關(guān)分析實(shí)驗(yàn)，以此探是否對定位精度存在影響。

本次實(shí)驗(yàn)在按照上述實(shí)驗(yàn)程序進(jìn)行漏點(diǎn)相關(guān)分析，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明不同型號下的漏水相關(guān)儀仍然受管道長度、材質(zhì)、口徑等因素的影響，材質(zhì)對其影響較小，管道長度、口徑等因素的影響與上述結(jié)果呈現(xiàn)一致性。

4.結(jié)論與展望

本文結(jié)合現(xiàn)有的漏水相關(guān)儀，對短距離管道漏點(diǎn)的參數(shù)定位誤差問題進(jìn)行研究，分別從管道材質(zhì)、管道長度、管道口徑分析與探討，發(fā)現(xiàn)主要有：

管道長度在5～10m以內(nèi)，漏點(diǎn)定位準(zhǔn)確度隨著管道長度的增加不斷增加；長度超過10m時(shí)，漏點(diǎn)定位誤差急速上升。

輸入的管道材質(zhì)對漏點(diǎn)定位的影響較小，定位誤差在行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)之內(nèi)，在管材不明的情況下，可進(jìn)行多項(xiàng)選擇。

管道口徑會影響漏點(diǎn)定位誤差，輸入的管道口徑越靠近實(shí)際管道口徑大小，漏點(diǎn)定位誤差就越小。