供水管道泄漏监测系统, 是通过对压力、流量以及声波这类参数进行实时的采集和分析, 来实现管理目的的。它能够把管网漏损率, 从行业里普遍的20以上的百分比, 降低到1以内的百分之十这个范围之内。
所以说, 它是现在水务企业控制非收入水量, 也就是NRW里面最核心的技术手段。本文打算从检测原理、选型标准以及部署流程这三个维度出发, 给出一套完整的系统建设参考方案。
主流检测原理与适用场景
1. 压力/流量分析法是在管网节点安装高精度压力计和流量计, 该节点位于泵站出口、阀门井分区计量单元DMA之一。通过夜间最小流量和正常流量的偏差能够识别异常泄漏。此法适用于大口径主管网, 成本较低, 但是定位精度有限。通常可以将位置确定到DMA分区。
2. 声学检测也就是声波检测这种方法, 是利用了漏水时候产生的那种低频声波, 它的频率范围在20到500赫兹之间。然后呢, 就是在管道的上面或者是在检查井里面, 部署那种MEMS水声传感器。
通过那个时差定位算法, 能把泄漏点的精度控制在一米以内, 也就是正负1米的范围之内。这个办法适用于直径从100毫米到600毫来中口径的支管道网络里头, 现在它是用来做精确定位的主要手段, 是目前的主力方案。
3. 在管道的沿线位置敷设传感光缆, 通过运用瑞利散射或者布里渊散射的方式来实现对管网的连续且无死角的长距离监测, 其中单根光缆有能力覆盖延伸范围为数公里的管网系统, 该技术主要适用于针对新建的大尺度输水主干管道, 尽管其初始阶段资金投入相对较高, 但具备无需后期维护以及使用时间极长的优势。
4. 所谓红外/电磁耦合法, 其实就是通过管道的外壁出现温度异常情况, 或者检测到电磁场发生了扰动现象, 来间接地对渗漏做出判断的这种手段, 它被当成了辅助手段, 用于那些特定地质条件的区域之中。
选型核心参数
关于检测精度的要求是, 声学法定位精度应该小于或者等于1米；压力流量法DMA分区粒度建议小于或者等于2平方千米。
在采样与通信这方面, 声传感器的采样率必须大于等于一千赫兹, 数据的回传支持NB-IoT或者LoRa方式, 离线缓存的能力要大于等于七十二小时。
该压力传感器的量程覆盖了从0到1.6 MPa的范围, 同时井下设备的防护等级达到了大于或等于IP68的标准。
该平台的能力表现如下, 它会支持GIS管网地图进行叠加显示操作, 它也会支持异常声纹的自动识别功能, 它同样会支持工单从创建到结束的全闭环管理流程, 而且它的API接口是可以直接对接上SCADA系统以及营收系统的。
在合规性这一方面, 数据统计的口径必须得能够满足《城镇供水管网漏损控制及修复服务规程》（CJJ/T 269）所规定的要求。
部署实施要点
1. 先要完成管网普查以及DMA划分, 要把老旧铸铁管、接口老化段列为首批的高风险监测区。
2. 声传感器的安装间距一般应当小于或者等于五十米, 在转弯位置以及三通处需要加密, 其间距应当减小至小于或者等于二十米。井下所使用的传感器必须经过防潮处理并且也要经过防腐蚀处理。
3. 把压力节点和流量节点优先布置在泵站出口、区域边界处设置的阀门以及大型用户的接管位置, 这样能够形成层级计量的效果。
4. 数据平台上线以后, 需要运行四周作为基线期, 先建立正常的声纹库, 接着再开启阈值告警, 这样才能降低误报的情况发生。
5. 当告警工单发出的时候, 会与执行巡检任务的班组以及执行抢修任务的班组进行联动操作, 同时对于响应时间这一指标设定的目标是不能超过两个小时。
常见疑难与对策
误报情况比较多, 这主要是因为施工的时候产生的噪音干扰, 或者是消防用水产生的干扰导致的, 所以必须要把多种传感器的数据进行融合来互相校验, 还要专门设置一个被叫做施工窗口期的时间段, 在这个时间里把这个东西给屏蔽掉。
老旧的铸铁管信号变弱, 这是因为管壁的阻尼比较大, 会导致声波出现严重的衰减现象, 可以选择改用近场压力脉冲法, 或者采用声音加压力加流量的组合方案进行交叉验证。。
关于投资的回收问题, 我们进行这样的估算, 即把漏损率从原本的二百分之二十二降低到二百分之十二, 对于直径为DN六百的主管道而言, 每一公里每年所能节约的水量大概在三万六千立方米左右, 结合综合的一吨水的成本来算，大约在三年到五年这个时间段内, 就可以收回设备的投资。
供水管道泄漏监测系统是一个由感知层, 传输层, 平台层, 业务层这四部分组合成的工程结构, 这种结构是四位一体的。我们建议要以独立计量区, 也就是DMA作为最小的基本单元, 来一步一步地进行实施工作。
首先是要解决在哪里发生泄漏这个问题, 其次是要解决泄漏了多少量的问题。通过这样的步骤, 最终目标是实现整个管网中的漏损情况可以被量化, 可以被追踪, 还可以被控制损失程度。
