供水管道泄漏监测系统, 是那些专门用来管市政供水管网的东西, 它主要盯着DN80以及比DN80还要大的输水干管, 还有配水管网这一块, 它把声学传感、压力波分析、光纤传感技术这些办法全都集成进一套设备里了, 它的目的就是为了能精准地把漏水的位置定出来, 还能实时预警告诉你哪里漏了, 这个东西的核心的目标呢, 就是要让管网的漏损率下来, 行业平均大概是在12%到15%的样子, 你要把它压到6%以下去，这样一来就能直接减少供水企业因为漏水而产生的那些不算收入的水量损失了。
核心工作原理
供水管道泄漏监测系统, 主要是基于三种物理上的机制, 它们在一起协同工作。
通过声学方法进行探测, 这是因为泄漏点的位置会有高压水流突破管壁的情况发生, 这种突发状况会产生一种特征噪声, 该噪声的频率通常在两百赫兹到两千赫兹之间区间内, 此时系统会通过沿着管道敷设置的声学传感器阵列来捕捉信号, 并且会对多个传感器的信号时差进行比对操作, 借此来进行三角定位, 从而最终确定泄漏点的具体位置, 这一过程的定位精度可以达到正负零点五米的范围。
压力波分析是这样的, 当管道发生泄漏或者突然爆管的时候, 管里面的压力会发生瞬时的变化, 这个变化会产生压力波, 系统会利用安装在管段关键节点的压力传感器来捕捉压力骤降的特征, 然后结合管段水力模型来计算泄漏的流量以及具体的位置。
可以在管段的外壁上面敷设一种叫做分布式光纤传感器的东西, 这种操作的目的就是利用布里渊散射或者瑞利散射这样的一些效应, 从而实现对管体内的应变、温度以及微振动进行连续不断的监测, 所以这个手段非常适用于长距离的主干管。
关键技术参数
部署方案
通常是分三级来进行部署的。
1. 基础级方案是这样的做法, 就是在重要配水支管的末端那里去安装声学噪声记录仪, 大概每500~1000m设置一处, 然后配合上人工在夜间进行巡检工作, 这种方法是适合中小城市使用的。
2. 标准级是这样的做法, 在DN300以及更大的干管的关键节点上, 部署压力波监测终端, 每隔2公里到3公里就设一个站, 数据会实时回传到SCADA中心, 这种方案适合中等规模的城市。
3. 该级别是高级级, 具体做法是在主干管的外壁敷设光纤传感网络, 然后结合AI漏损识别算法来实现全线在线监测与自动定位, 这种方案适合大型供水集团及重要输水工程使用。
选型要点
在匹配过程中, 要把管径和管材作为优先考量的因素。这是因为球墨铸铁管、PE管以及钢管的声学衰减特性各不相同。基于这种差异, 必须对传感器的频段进行有针对性的配置。
需要对定位精度这一项承诺进行核实, 所以要要求供应商把内容写清楚, 具体来说就是要在合同附件里面明确指出在正常工况之下的时候, 泄漏的定位误差要小于或者等于正负一米的这个范围, 并且采用的是声学法来进行测量, 同时还需要附上由第三方出具的检测报告作为证明材料。
评估系统的兼容性的时候, 监测终端必须支持Modbus或者IEC 60870或者是OPC协议。这样才能够和既有的SCADA平台或者是GIS平台进行无缝的接入操作。
请确认关于全生命周期成本的事宜。光纤方案的初期投入比较高, 不过其每年的运维成本是比较低的。声学方案虽然设备单价比较低, 但是需要定期校准, 这两方面都必须合并在一起进行核算。
常见疑难与对策
因为背景噪声存在干扰, 比如来自于交通和施工的声音。所以我们需要采取对策, 可以采用自适应滤波技术。也可以采用多通道相干检测技术。或者安排在有夜间低噪声的时段去采样。
当水流量属于小流量状态, 并且是缓渗现象, 也就是说每分钟的水流小于或者等于1升的时候, 因为单纯依赖一种声学方法进行探测, 其敏感度是不够的, 所以我们建议叠加使用管段分区计量也就是DMA的方法, 通过对压力梯度进行分析, 以此来提高检出的概率。
老旧管网里面, 使用的各种材质是比较混杂的, 需要分段去建立管道的数字孪生模型, 对每一段来依次进行衰减系数的校准, 以此来避免由于采用统一的定标方式而导致的误报情况。
以上参数的整理, 以及所依据的分类标准, 都是严格对照《城镇供水管网漏损控制及评估标准》（CJJ 126）, 还有《供水管网压力监测系统技术条件》（CJJ/T 217）里面的相关规定条款而进行的。
