城市供水管網漏損的探測及預測方法

發布時間: 2010-07-16 00:00:00   作者:本站編輯   來源: 本站原創   瀏覽次數:

  城市供水管網漏損的探測及預測方法

   

  根據2008年城市供水統計年鑒,我國666個城市的供水平均漏失率為17.61%,666個城市的單位管長漏失量平均為2.02 m3/km/h。2008年全國城市供水漏失總量為59.55億m3,相當于近16座供水量100萬m3/d的特大型水廠的一年供水總量。解決供水系統水量漏損問題已是刻不容緩。

  城市供水管網漏損的探測及預測方法國內外有許多不同的方法,很多研究機構和學者對管網滲漏做出了相當深入的研究,主要包括分區(分區計量管理-DMA、壓力管理分區-PMA、行政分區-ZMA)管理法、管網局部增壓法、模型與探測技術結合法、城市供水管網漏失儀器檢漏等。

  一、分區管理

  供水管網DMA分區在英國等一些國家已經開展和應用了二十多年,形成了相對完善的操作流程,取得了很好的成效。北美和澳大利亞部分地區也成功開展了較小規模的DMA分區控制管網漏失的工作。最近幾年,臺北自來水公司把轄區內的供水管網劃分成700多個DMA分區,也取得了很好的漏失控制效果。我國大陸地區還沒有成功進行城市供水管網的DMA分區的研究與應用實踐,尤其是我國城市供水管網以環狀居多,不同于國外以支狀網居多的特點,所以針對我國環狀管網特點的DMA規劃與實踐尤其值得探討。

  DMA分區管理的概念是在1980年初,由英國水工業協會在其水務聯合大會上首次提出。報告中,DMA被定義為供配水系統中一個被切割分離的獨立區域,通常是通過關閉閥門或安裝流量計,形成虛擬或實際獨立區域。通過對進入或流出這一區域的水量進行計量,并對流量分析來定量泄漏水平,從而利于檢漏人員更準確地決定在何時何處檢漏更為有利,并進行主動泄漏控制(ALC)。DMA(District Metering Area,即獨立計量區域)是指通過截斷管段或是關閉管段上閥門的方法,將管網分為若干個相對獨立的區域,并在每個區域的進水管和出水管上安裝流量計,從而實現對各個區域入流量與出流量的監測。

  二、管網局部調壓法

  該方法主要是采用調整局部管網壓力,使滲漏點的滲漏水滲出地面,或沒有水滲出地面,可以在夜間通過一輛車燈足夠亮的車來判斷管網滲漏與否,主要是因為有暗漏點的附近地面會出現塵埃“布朗運動”現象,增壓后,會產生更強烈的振動,更易觀察到,效率也比較高。缺點是該方法只適合埋深較淺的管道,埋深較大時無法奏效;同時采用增大管網局部壓力會造成原來沒有滲漏的管網發生滲漏情況,擴大了滲漏范圍,對管網給水不利。

  三、模型與探測技術結合法

  建立管網模型是當前管網滲漏預測的主流方法,目前的模型主要有兩大類,一類是點式滲漏模型,另一類是一致滲漏模型。點式滲漏模型是一種理論模型,具有預測功能;一致滲漏模型更接近管網日常工作狀況。目前較多采用的都是一致滲漏模型。

  同時研究水量損失可以結合水動力模型進行輔助檢漏,主要由于水量損失或漏失可以作為節點需水量進行模擬,然而它是一種特殊的節點需水量。漏失通常隨著壓力升高而增加,因此,漏失與水力模型中常見的基于流量的需水量不同,它是一種基于壓力的需水量。基于壓力的需水量不能用傳統的需水量導向方法模擬,只能用基于壓力需水量的模擬模型來解決存在漏失情況下的管道流量和節點水壓等級問題。優化是一種模擬方法,它和模擬模型一樣需要高質量的數據。在現有條件下開展針對供水管網的測壓工作固然需要投入,但它可以提高供水管網更有效和準確建立模擬模型的能力。

  四、城市供水管網漏失儀器檢漏法

  大部分發達國家都很重視漏失檢測儀器和設備的研發和生產,漏失檢測技術同其它科學技術一樣也存在著一個發展的過程。

  1.聽漏棒

  最早出現的查漏儀器是聽漏棒,它結構簡單,只需要一個帶有尖頭的金屬棒和一個類似小碗狀的接聽頭部,用于查聽管件、消火栓或入戶接口。聽漏棒沒有聲音增強,僅靠它來確定漏點是很困難的。

  2.薄膜聽漏

  20世紀60代開始出現了聲音增強的測量儀器,如電子耳,它仍滯留在聽漏棒的工作原理上,用它來確定漏點取得了帶有局限性的成功。進一步可以精確定點的儀器是類似聽診器的薄膜聽漏儀,它是利用一個吊有重塊的薄膜,該薄膜可以對極微弱的大地振動產生相應的反應,然后通過一個膠皮管傳向檢漏人員的耳朵,該設備實際上就是一個機械的聲音增強器。

  3.電子放大聽漏

  在薄膜聽漏儀的基礎上人們又發明了電子放大聽漏儀器,它主要由傳感器、電子放大器和耳機組成。電子放大聽漏儀是利用傳感器把地面振動聲音轉為音頻電壓輸出,然后通過電子放大到用耳機可以聽到的音量。該儀器一般配合聽漏棒使用。首先利用聽漏棒圈定漏水管段后,在用電子放大聽漏儀在漏水管段進行精確定點。這種聽漏方法往往需要夜間工作,因為白天外界干擾聲源多,難以準確捕捉漏失聲音信號。目前,電子放大聽漏儀己從原來的模擬信號處理發展到現代數字信號處理。

  4.探地雷達

  20世紀80年代中期,日本成功開發地表雷達,利用無線電波對地下漏水情況進行探察,可以用圖象顯示地下管道及其漏水孔周圍的情況。地表雷達分辨率極高,可實現漏水點的精確定位,而且有直觀的優點,但是一次搜索范圍極小,只能與漏失檢測儀配合使用。

  5.相關檢漏儀

  20世紀80年代中期,英國、美國、法國、日本等國相繼開發成功金屬管道傳聲的相關檢漏儀。相關檢漏儀主要由一臺相關主機(無線電接收機和微處理器等組成)、兩臺無線電發射機(代前置放大器)和兩個高靈敏度振動傳感器組成。相關檢漏儀雖然也是依賴漏水聲音進行工作,但不是像一般音聽儀那樣依賴漏水聲音在傳播中信號強度變化來確定漏水點,而是利用漏水聲音傳到兩個傳感器時間差來確定漏水點。相關檢漏儀只對具有相同頻率的聲音信號進行相關處理,可以將有用信號即漏水信號和干擾信號自動區分并將干擾信號濾掉。相關檢漏儀不僅比一般的聽漏儀靈敏度高,而且由于能夠處理掉不相關的干擾型號,具有很強的抗干擾能力,即使在白天噪音充斥的城區內,以及穿過鐵路或河底、被冰雪覆蓋的管道等難以用常規聽漏儀檢漏的情形都可用相關檢漏儀檢漏,顯示了它特有的優越性。

  20世紀90年代初,又研制成功了水傳聲的相關檢漏儀。水傳聲式與管道式相關儀有三點不同:發射的信號比管道傳聲的相關儀要強;發射裝置的探頭用軟管系著,直接插入消火栓或用戶進水管,與水接觸后方能有效地發射信號;接收機的靈敏度更高,被測水管的長度可擴大到1000~2000m。

  6.漏水噪聲自動記錄儀

  漏水噪聲自動記錄儀是由多臺數據記錄儀和精度器組成的整體化聲波接受系統。噪聲記錄儀利用漏水聲波的連續性,避開間歇性噪音,并將漏水噪聲及其信噪比予以提升,通過長時間監測來判斷記錄儀附近有無漏水。當裝有專門軟件的計算機對數據記錄儀進行編程后,只要將記錄儀放在管網的不同位置,如消火栓、閥門等管道暴露點,按預設時間同時自動開/關記錄儀,可記錄管道各處的漏水信號,該信號經數字化后自動存入記錄儀中,并通過專用軟件在計算機上進行處理,從而快速探測裝有記錄儀的管網區域內是否存在漏水。該儀器一個顯著的優點是它本身配有聲音過濾器裝置,可以接收到人耳無法聽到而有助于測量的聲頻范圍;另一個顯著的優點是可以整個晚上而不是短暫的幾秒鐘對聲音狀況進行可觀的記錄分析,從而準確性極高。

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