城市給水管網(wǎng)泄漏檢測技術(shù)研究與應(yīng)用探析

苗妍

（建大博成工程設(shè)計有限公司）

1 引言

城市給水管網(wǎng)是城市供水系統(tǒng)的重要組成部分，其運行安全和可靠性對于保障城市居民的日常生活和生產(chǎn)活動至關(guān)重要。然而，管網(wǎng)泄漏問題長期以來困擾著城市供水系統(tǒng)的運行，不僅浪費了寶貴的水資源，還可能導致供水壓力下降、水質(zhì)變差等問題。傳統(tǒng)的檢測方法存在著效率低、成本高等問題，難以滿足城市供水系統(tǒng)快速發(fā)展的需求。信息技術(shù)和智能技術(shù)的發(fā)展為城市給水管網(wǎng)泄漏檢測提供了新的途徑。本文將介紹信息技術(shù)和智能技術(shù)在城市給水管網(wǎng)泄漏檢測中的應(yīng)用，并探討未來城市給水管網(wǎng)泄漏檢測技術(shù)的發(fā)展趨勢。

2 城市給水管網(wǎng)泄漏問題概述

2.1 城市給水管網(wǎng)泄漏問題的原因

城市給水管網(wǎng)是指為城市居民、企事業(yè)單位提供生活用水和生產(chǎn)用水的一系列水管和設(shè)施的集合體，包括了從水源地到用戶的輸水管道、水處理設(shè)施、儲水設(shè)施、配水管道、消防水管、監(jiān)測井、泵站等一系列設(shè)施。城市給水管網(wǎng)是一個需要不斷維護和更新的系統(tǒng)，隨著城市規(guī)模的不斷擴大、人口的不斷增加以及新的水源的不斷引入，城市給水管網(wǎng)的建設(shè)和管理面臨著諸多挑戰(zhàn)和問題，如水資源的合理利用、管道老化和損壞、泄漏和漏水等問題。因此，科學、合理、高效的城市給水管網(wǎng)建設(shè)和管理成為城市可持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容之一。

城市給水管網(wǎng)泄漏問題會導致大量的水資源浪費、能源消耗和環(huán)境污染，影響城市的可持續(xù)發(fā)展和居民的生活質(zhì)量。泄漏的主要原因包括以下幾個方面。①城市給水管網(wǎng)使用時間較長，一些管道已經(jīng)老化，從而出現(xiàn)了管道漏水問題。②管道在施工、維護、改建等過程中可能會出現(xiàn)損壞，從而導致泄漏問題。③管道之間的連接不當、材料質(zhì)量差等問題也會導致管道泄漏。④地面工程施工過程中，壓壞或損傷了埋地管道，從而導致漏水問題。給水管網(wǎng)在供水過程中，水壓波動過大，管道容易破裂或滲漏[1]。

2.2 處理好城市給水管網(wǎng)泄漏問題的重要性

城市給水管網(wǎng)泄漏問題需要及時處理和修復(fù)，否則會造成水資源的大量浪費、供水壓力不足、管道老化加劇等問題。城市給水管網(wǎng)泄漏問題導致的水資源浪費、能源消耗和環(huán)境污染等問題，嚴重影響城市的可持續(xù)發(fā)展和居民的生活質(zhì)量。給水管網(wǎng)泄漏不僅會導致水壓降低、供水不足，還可能使得管網(wǎng)發(fā)生爆裂等嚴重事故，給城市居民帶來生命財產(chǎn)的威脅。而且，泄漏水會在管道運輸過程中摻入大量的空氣，使得供水中氧化劑含量增加，從而加速供水管道的腐蝕，進一步加劇泄漏問題[2]。因此，城市給水管網(wǎng)泄漏問題的解決，是保障城市居民生活水平和城市可持續(xù)發(fā)展的必要條件。針對泄漏問題，可以采用傳統(tǒng)的檢測方法，如管網(wǎng)壓力測試、水質(zhì)檢測、監(jiān)測井內(nèi)檢測等方法，也可以采用信息技術(shù)和智能技術(shù)進行監(jiān)測和預(yù)測。

3 傳統(tǒng)方法與新技術(shù)的對比

3.1 城市給水管網(wǎng)泄漏檢測技術(shù)的傳統(tǒng)方法

城市給水管網(wǎng)泄漏檢測的傳統(tǒng)方法包括以下幾種。管網(wǎng)壓力測試法是通過給管道注入一定量的水，增加管道內(nèi)部壓力，觀察壓力變化以確定是否存在泄漏問題。監(jiān)測井內(nèi)檢測法是在給水管網(wǎng)的監(jiān)測井內(nèi)布置傳感器，監(jiān)測水位和水壓變化，通過變化情況來判斷是否存在泄漏問題。水質(zhì)檢測法是對給水管網(wǎng)內(nèi)的水質(zhì)進行監(jiān)測，如果檢測到水質(zhì)異常則判斷存在泄漏問題。人工巡查法由專業(yè)工作人員對給水管道進行巡查，尋找管道是否存在漏水、滲漏等問題。這些傳統(tǒng)的泄漏檢測方法存在著一些缺點和局限性。例如，管網(wǎng)壓力測試需要關(guān)閉管道，消耗大量的水資源和時間，而且無法檢測到小漏點和隱蔽的泄漏問題；監(jiān)測井內(nèi)檢測需要在井內(nèi)布置傳感器，且只能監(jiān)測到井內(nèi)的泄漏問題，無法確定具體泄漏點的位置；水質(zhì)檢測需要分析復(fù)雜的水質(zhì)數(shù)據(jù)，時間和人力成本高等問題。因此，需要通過信息技術(shù)和智能技術(shù)來提高泄漏檢測的效率和準確性。

3.2 與傳統(tǒng)檢測方式相比的優(yōu)勢

信息技術(shù)和智能技術(shù)在城市給水管網(wǎng)檢測技術(shù)中的應(yīng)用，可以提高泄漏檢測的效率和準確性，其應(yīng)用內(nèi)容主要包括物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)、人工智能技術(shù)、GIS技術(shù)、云計算技術(shù)等方面。相對于傳統(tǒng)方法，這些新技術(shù)的優(yōu)勢突出。傳統(tǒng)方法需要人工巡檢，耗時費力且容易遺漏。而新技術(shù)如物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、無人機技術(shù)和智能圖像識別技術(shù)等，可以快速實現(xiàn)對管道進行監(jiān)測和檢測，并通過對管道的實時監(jiān)測和自動識別，大大提高了檢測效率。傳統(tǒng)方法容易出現(xiàn)漏檢和誤判的情況，而信息技術(shù)和智能技術(shù)可以通過多種數(shù)據(jù)源的融合和分析，提高檢測的準確性。例如，傳統(tǒng)方法無法確定泄漏點的位置和大小，而新技術(shù)可以通過數(shù)據(jù)分析、機器學習和圖像識別等技術(shù)，精準識別出管道中存在的泄漏問題，提高檢測準確性。傳統(tǒng)方法需要大量人力物力投入，成本較高。而信息技術(shù)和智能技術(shù)可以實現(xiàn)自動化、智能化監(jiān)測，大幅降低了檢測成本。傳統(tǒng)方法需要大量的人員投入進行數(shù)據(jù)的管理和維護，而信息技術(shù)和智能技術(shù)可以通過數(shù)據(jù)存儲、處理和可視化展示等方式，使得管理和維護更加便捷。在適用范圍方面，傳統(tǒng)方法適用于一般情況下的泄漏檢測，但無法應(yīng)對特殊情況和隱蔽泄漏問題。而新技術(shù)可以應(yīng)對各種不同的泄漏情況，如隱蔽泄漏、管道損壞等[3]。

4 如何應(yīng)用信息技術(shù)與智能技術(shù)解決城市給水管網(wǎng)檢測

4.1 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實時傳感監(jiān)測

在城市給水管網(wǎng)檢測中，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實時傳感監(jiān)測結(jié)合，能夠為城市供水安全提供強有力的技術(shù)支撐。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的核心在于設(shè)備之間的互聯(lián)互通，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時傳輸和智能處理?？梢酝ㄟ^在關(guān)鍵部位部署傳感器，對給水管網(wǎng)進行全面覆蓋，實現(xiàn)對管網(wǎng)的細節(jié)到整體的監(jiān)測。這些傳感器能夠?qū)崟r地檢測水流、水壓、水質(zhì)以及其他關(guān)鍵參數(shù)，確保水質(zhì)的安全與穩(wěn)定。一旦傳感器檢測到參數(shù)的異常變化，如水壓驟降或水質(zhì)突變，它們會立即通過物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將數(shù)據(jù)傳輸?shù)街醒氡O(jiān)控系統(tǒng)。管理人員接收到異常報警后，可以通過中央系統(tǒng)對異常地點進行精確定位，進而迅速采取相應(yīng)措施[4]。此外，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實時傳感監(jiān)測結(jié)合還有效避免因設(shè)備老化或外部因素導致的突發(fā)事件，管理人員可以根據(jù)收集到的數(shù)據(jù)提前進行維修或更換。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)還可以幫助管理人員實現(xiàn)對整個給水管網(wǎng)的宏觀管理，基于數(shù)據(jù)和風險預(yù)測制定出更加合理和科學的維護計劃，大大提高了城市供水的安全性和穩(wěn)定性。

4.2 智能圖像與聲學分析

智能圖像與聲學分析技術(shù)正在改變傳統(tǒng)的檢測方式，為城市供水安全提供了新的技術(shù)手段。一方面，智能圖像技術(shù)可以精確地定位管網(wǎng)中的裂縫、老化和其他潛在的風險因素。利用高分辨率攝像頭，可以得到管道內(nèi)部的清晰圖像，這些圖像可以進一步通過計算機視覺技術(shù)進行分析，以自動檢測和標識出潛在的風險點。隨著深度學習和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，圖像分析的精確性和速度都得到了顯著提高。例如，當攝像頭捕捉到某個區(qū)域的圖像時，通過預(yù)先訓練的模型，系統(tǒng)可以迅速判斷這個區(qū)域是否存在泄漏、破損或其他問題。另一方面，聲學分析技術(shù)在給水管網(wǎng)檢測中也起到了關(guān)鍵作用。泄漏點或裂縫會產(chǎn)生特定的聲波特征，通過部署在管網(wǎng)中的高靈敏度麥克風或其他聲學傳感器，可以捕獲到這些聲波。隨后，通過專門的聲學分析軟件，可以識別這些聲波特征，并準確地確定泄漏點或裂縫的位置。聲學技術(shù)的優(yōu)勢在于，它可以實時監(jiān)測管網(wǎng)狀態(tài)，一旦出現(xiàn)異常聲音，即可迅速發(fā)出警報，從而確保及時的應(yīng)對措施。結(jié)合智能圖像與聲學分析，不僅可以實現(xiàn)對城市給水管網(wǎng)的實時監(jiān)測，而且可以在問題尚未變得嚴重之前及時進行干預(yù)。這種綜合應(yīng)用極大地提高了檢測的精確性和效率，使得城市供水更加安全和穩(wěn)定。

4.3 預(yù)測性維護與數(shù)據(jù)分析

預(yù)測性維護技術(shù)的目標是在問題真正發(fā)生之前采取預(yù)防性措施。數(shù)據(jù)是預(yù)測性維護的基礎(chǔ)。例如，通過對歷史數(shù)據(jù)的回溯分析，系統(tǒng)可能發(fā)現(xiàn)某一段管網(wǎng)在每年的某個時期都會出現(xiàn)流量異常的情況，這可能與氣候、用戶需求或其他外部因素有關(guān)。基于這一發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)可以預(yù)測在下一個相同時期，這一段管網(wǎng)可能再次出現(xiàn)問題，從而提前進行維護和調(diào)整。這一過程的實現(xiàn)，依賴于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與實時傳感監(jiān)測。日常數(shù)據(jù)在被傳輸?shù)街醒胩幚硐到y(tǒng)前，首先經(jīng)過初步處理和篩選，以確保數(shù)據(jù)的有效性和準確性。中央處理系統(tǒng)則負責對這些數(shù)據(jù)進行深入的分析與處理，利用先進的數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)、機器學習算法，將歷史數(shù)據(jù)與當前數(shù)據(jù)相結(jié)合，預(yù)測給水管網(wǎng)可能出現(xiàn)的問題。除了基于歷史數(shù)據(jù)的預(yù)測，數(shù)據(jù)分析還可以幫助發(fā)現(xiàn)管網(wǎng)中的隱藏問題。通過對水質(zhì)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測和分析，可以及時發(fā)現(xiàn)水中的污染物或雜質(zhì)，提前采取措施，確保供水的安全性。因為預(yù)防性的維護總是比應(yīng)急維修更加經(jīng)濟有效，因此這種方法還極大地節(jié)約了維護成本。

4.4 智能移動機器人技術(shù)

在城市給水管網(wǎng)的檢測與維護中，智能移動機器人技術(shù)近年來逐漸嶄露頭角，為傳統(tǒng)的管道維護帶來了技術(shù)革命。與傳統(tǒng)手段相比，這種技術(shù)具有干預(yù)少、效率高和準確度高的優(yōu)點。智能移動機器人通過內(nèi)置的高精度傳感器和高清攝像頭，在管網(wǎng)內(nèi)部移動，實時捕捉和傳輸關(guān)于管道的圖像、溫度、流速和其他關(guān)鍵指標的數(shù)據(jù)。結(jié)合先進的圖像處理技術(shù)，機器人能夠自動識別管道的裂紋、銹蝕、堵塞和其他異常狀態(tài)。而且，其內(nèi)部裝載的智能算法能夠基于收集到的數(shù)據(jù)預(yù)測可能的風險點，提前向維護團隊發(fā)出警報[5]。此外，智能移動機器人能夠在復(fù)雜的管網(wǎng)環(huán)境中自主巡航，確保在檢測過程中能夠到達管網(wǎng)的每一個角落。隨著無線通信和遠程控制技術(shù)的發(fā)展，操作員可以在遠離現(xiàn)場的地方操控機器人，大大提高了工作的安全性和效率。智能移動機器人技術(shù)為城市給水管網(wǎng)檢測提供了一個高效、精確且安全的解決方案，預(yù)示著未來城市供水維護的新方向。

5 結(jié)語

城市給水管網(wǎng)泄漏問題是一項全球性的難題，給水管網(wǎng)泄漏檢測技術(shù)的發(fā)展對城市供水系統(tǒng)的安全運行和水資源的有效利用具有重要意義。信息技術(shù)和智能技術(shù)的應(yīng)用為城市給水管網(wǎng)泄漏檢測提供了新的思路和技術(shù)手段，使得泄漏檢測更加準確、高效、可靠。信息技術(shù)的應(yīng)用可以建立高效的管網(wǎng)信息管理系統(tǒng)，提高數(shù)據(jù)分析和處理的精度，從而實現(xiàn)早期預(yù)警和精準排查；智能技術(shù)的應(yīng)用則可以實現(xiàn)自動化監(jiān)測和分析，提供精準的診斷和預(yù)測服務(wù)，降低泄漏檢測的成本和時間。這些技術(shù)的發(fā)展將促進城市供水系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展，保障水資源的安全和可持續(xù)利用。