管网漏水探测中应重视的几个问题

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、相关仪 
    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。 
二、影响声学探测效果的因素有哪些？ 
    在确定有暗漏存在的区域，漏点通常采用声学设备来定位。声学设备探测水从压力管道泄漏出来时产生的噪声或振动，漏水噪声沿管道传播一定的距离（传播距离取决于管径和管道材质）首先，探测人员通过监听给水设施（阀门、消防栓、水表等）上的噪音确定漏水管段，然后采用听漏仪在怀疑漏水管段上方地面上以大约一米的距离监听漏水噪音，对漏水点进行定位，也可以采用相关仪对漏点进行精定位。 通常情况下，相关仪确定的位置比听漏仪更可靠。也可以采用其它非噪声技术来确定漏点，如示踪气技术，红外图象技术和探地雷达。只是目前这些技术在漏水探测方面应用有限，仅作为噪声检测方法的补充手段，用于一些特殊环境，适用性较差。基于声学原理的漏水探测方法，其应用效果取决于以下几个因素：管径、管材类别、管道埋深、管道连接方式、管道周围介质类型、地面性质、地下水位高度、漏点形状和尺寸、漏点发生部位、水压、环境噪声、仪器设备的灵敏度和滤波设置 
1、管材和管径：管材和管径对沿管壁传播的漏水噪声的衰减有很大影响，例如金属管道的传声距离就比非金属管道远得多，因为后者对噪声信号的衰减要强得多；管径越大，漏水噪声信号衰减越厉害，漏水探测的难度也越大。管材和管径也决定了漏水信号的主频：管径越大，管材刚性越低，主频率也越低.，此时漏水信号极易与外界其它低频干扰信号（如泵，道路交通等）混淆。 
2、管道埋深：管道埋深决定了地面听音的成败。漏水噪音沿管道上方介质传播至地面的过程中，其能量不断被周围介质所吸收，管道埋设越深，传播至地面的噪声信号越弱。超过一定深度，噪声信号完全掩盖在地面干扰信号中，导致无法用地面听音设备探测漏点。 
3、管道连接方式：管道的连接方式影响了漏水噪声沿管道传播的距离，刚性连接比柔性连接传声更远。 
4、管道周围介质类型：一般来说管道周围介质为砂石时比为黏土时，探测效果要好得多。 
5、地面性质：管道上方为混凝土路面或沥青路面时，地面听音效果较好，方砖、硬泥地路面次之，草地效果较差。 
6、地下水位高度：当管道位置低于地下水位高度或漏点“包裹”在泄漏出的水中时，此时的漏水噪声变得很低沉，就像我们捂着嘴说话一样，漏水噪音的传播距离大打折扣。 
7、漏水点的形状、尺寸和漏水发生的部位：漏水点的形状不同、尺寸不同、部位不同，漏水噪音的特性也不尽相同。漏水从管壁上的裂缝、腐蚀孔泄出所产生的噪声的强度和频率高于从管道接口处和阀门处泄出所产生的噪声的强度和频率。通常漏点越大，噪声信号越强。但对特别大的漏点，特别是引起管道失压的漏点，噪声信号反而变弱。 
8、 管内水压：管内水压越高，漏水噪声信号强度越大，相反亦然。当管内水压低于0.1MPa时,漏水点的探测难度会很大，一般情况下，很多漏点无法被探测出。此时只有采用增加管内水压或采用其它探测方法才能测出漏点。 
9、环境噪声：环境噪声的强弱直接影响了漏水探测工作的成败，因此漏水探测工作一般宜选择在环境噪声较弱的时候进行。 
10、仪器设备的灵敏度和滤波设置：不同的仪器设备，其灵敏度、频率范围、信号处理能力不尽相同。仪器设备的探头灵敏度越高，仪器设备的信号处理能力越强，越能提高信噪比，该仪器设备的探测能力就越强，越能检测定位较小的漏点。先进的声学漏水探测设备均将信号放大和滤波功能组合在一起，以使漏水噪声信号更“突出”，先通过滤波将漏水噪声主频外的干扰信号滤掉，然后将主频信号放大，提高信噪比率。使微弱的漏水信号都能被检测出来。 
三、怎样对塑料管道进行漏水探测 
    大多数检漏人员都知道，在金属管道上检漏，采用声学方法效果较好，但对塑料管道，声学检漏设备的使用效果就不太理想了。因为目前声学检漏仪器设备主要还是根据金属管道的特性来研发的，而非金属管道与金属管道的传声特性有很大差异，非金属管道的传声能力远不及金属管道，同时发生在非金属管道上的漏水噪声的主频成分与金属管道也不同，主要为低频。那么，塑料管上的漏水点就无法探测了吗？当然不是，几年前，北美一个科研机构，叫IRC的，在美国水协（AWWA）的资助下，就如何在塑料管道上检漏的问题作了一些实验和研究。他们用PVC管，在不同部位，人为造了几个大小不一的漏点，把管道埋在地下，模拟了一个漏水现场，请了加拿大和美国的5家检漏队伍来检漏，这五家队伍分别来自自来水公司和专业检漏公司，为了避免人为因素影响探测结果，检漏时要求每支队伍先用相关仪，相关检测完成后才能使用听漏棒、听漏仪等其它仪器设备。结果只有一家准确地探测出了漏点，在研究人员的建议下，改变了相关仪的滤波设置，调整了管壁传声速度后，结果又有三家队伍准确地确定了漏点。研究结果表明，对塑料管道进行漏水探测，优先采用改进了的相关仪检测法，改进的内容包括：⑴、采用高灵敏度探头，包括水听器；⑵、手动调低滤波设置；⑶、通过实验获取当地准确的塑料管传声速度。其次采用听漏仪进行管道上方地面听音的方法。 
四、怎样做好漏水探测工作 
1、 胸有成竹，有的放矢 
    做任何工作，首先要有信心，要有奋斗的方向。信心不是盲目自信， 而是来源于对达到目标的途径进行分析的结果。要作好漏水探测工作，实现漏损控制目标，要明确五个问题，第一个问题是：漏多少？也就是你所探测的管网到底有多少漏水量，必须通过计量手段解决这一问题，这样你就可以制订奋斗的目标，也就有了工作的动力。第二个问题是：哪儿有漏？明确了这一点，就会找到工作的重点，制订对症下药的工作方案。第三个问题是：为什么会漏？漏水的原因很多：腐蚀、管材质量不佳、安装质量差、水压过高、水锤、地层位移、过载、交通震动、温差变化大等等。此时，必须查阅以往的维修记录，走访维修人员，了解某一区域漏水的主要原因。为总公司提出相关建议。第四个问题是：怎么找漏？充分调查供水管网状况，选择适用仪器设备，确定探测方法和探测周期。第五个问题是：怎么保持探测成果？是不是通过一次探测，把漏水点找出来，加以修复，困扰多时的水损问题就会一劳永逸地得到解决呢？答案当然是否定的，因为漏水的产生是动态的，随机的。不可否认，有些水司的管理者就怀有这种美好的愿望，花了不少钱，找了一些漏点，效果也确实立竿见影，水损当时有一定程度的下降。但过不了多长时间，水损率又上来了，甚至比以前还高。这时有些水司管理者就怀疑有无必要进行漏水探测工作。因此怎么保持探测成果其实也是探测人员必须关注的一些问题，漏水探测工作其实是一个互动的过程，需要管网管理者与漏水探测人员经常交流，互相改进，相互提高。只有这样，漏损率才会降低，漏损得到有效控制。 
2、 左顾右盼，顺藤摸瓜 
    要作好漏水探测工作，必须高度重视环境调查工作，作业人员进行环境调查时，必须仔细观察，左顾右盼，不放过任一疑点。对发现的任一异常，均应顺藤摸瓜，找到产生异常的原因。 
3、周密计划，守株待兔   
     要作好漏水探测工作，必须制定周密的漏水探测计划，并按计划切实进行探测。《新守株待兔》里说，新农夫在拣到第一只被树撞昏的兔子后，认真观察了兔子的奔跑路线，记录下来，进行分析，发现还有几棵树会有兔子撞上，于是他把这些树全记录了下来，当然，他不可能同时在每一棵树下等着兔子来撞，为了捡到更多的兔子，他制订了周密的巡检计划，一段时间下来，居然收获颇丰。其实检漏就跟新农夫捡兔子一样，要注意观察漏水的发生规律，研究表明，漏水具有“群居”现象，一旦某处发生漏水，其附近可能会接连出现漏点，为了抓到漏水这只“兔子”，我们必须把每一次漏水的信息都记录下来，然后制订巡检计划，按计划进行巡查。     
3、以静制动，昼伏夜出 
    目前常用的漏水探测方法都基于声学原理，为了突出漏水噪声，就必须心静，环境静。心静要求探测人员工作时专心致志，不能心浮气躁，环境静就决定了漏水探测最佳工作时间多在夜间。 
4、 规范操作，因地制宜 
    进行漏水探测时，必须严格按仪器设备的操作规程来操作仪器，否则易导致探测失败。同时要分析现场情况，根据现场特点和仪器的使用范围来优选探测方法和探测仪器设备。 
5、 吃苦耐劳，破除心障   
    漏水探测是一项艰苦、细致的工作，要求探测人员不怕苦、不怕累、不怕丢脸面。漏水探测常常必须打开各类窨井，若探测人员顾及脸面，不愿揭井盖，那可能很多漏点就会与他擦肩而过。因此，选择怎样的人直接决定了漏水探测工作的成败。