摘要：水资源与人民生命息息相关，众所周知，城市供水系统己经成为我国城市建设不可或缺的一项基础设施，但是随着管道腐蚀、老化以及人为破坏等原因所引起问题的不断加重，供水管道泄漏事故发生的概率也越加频繁。基于此，本文针对供水管道泄漏点定位方面进行研究。
关键词：供水管道；泄漏点；定位
引言
中国水资源短缺十分严重，为调水解困国家耗费大量的财力物力。然而日常生活中，自来水管道发生泄漏并造成地表大面积积水，我们才能确定泄漏。如果能及时检测出泄漏发生，采取必要措施，可以减少不必要的损失，节约大量水资源。
1我国城市供水管网泄漏现状
城市供水管网漏损率是城市管网漏水量与供水总量之比。按照下式计算:
漏损率一(年供水总量一年有效供水量)/年供水总量X100%
我国城市化快速发展取得了巨大的成就，同时也带来一系列问题。供水管网施工质量不达标、管网老化、管材混合使用、管材质量差;管网使用年限过长管道腐蚀严重，缺乏维护造成管壁变薄:不注重泄漏检测和管网建设规划、城建施工经常碰触管网等。上述问题是造成目前我国城市供水管网漏损率偏高的主要原因。我国住建部于2002年发布了《城市供水管网漏损控制和评定标准》，它规定我国城市供水管网漏损率不能超过12%。根据《中国城市供水统计年鉴2012》的数据显示，2012年我国600多个城市供水管网的平均漏损率达到13.25%，一些城市甚至在24%以上，其中，大部分省份未达到标准要求，其中西藏的管网漏损率超过50%。中国水协每年三月份发布前一年的《中国城市供水年鉴》，在2013年之前，由于一些省市对统计标准认识不准确，填报的是供水产销差率。这是由于产销差率数据获取简单，漏损率计算时需要考虑用户企业偷水，消防安全用水，水企设备自用水等很难估计的水量，这些数据无法准确统计。
2供水管道泄漏主要形式
2.1管道穿孔
常用的碳素钢管由于长时间埋于地下，与一些具有腐蚀性物质和其他杂质接触，加速了管道腐蚀速度，影响了其正常使用寿命，发生管道穿孔现象，在管壁处产生泄漏。由于铸铁管道腐蚀速度小于钢管，一些城市用铸铁管道代替钢管进行水资源传输。
2.2管道接口焊缝开裂
承插接口和石棉水泥接口密封性和抗腐蚀能力差容易产生泄漏。钢管接口处可能出现焊接问题，如焊缝处未焊牢固仍存在小孔在压力作用下逐渐变大，使得原来的渗漏演化为小的泄漏;还可能存在钢管接口处存在较小错位情况，使得焊缝处较为脆弱的问题;也可能存在焊缝间相互交错的情况，在一个点处的焊缝较多，当有诸如振动或压力等情况出现时，在焊缝处容易裂开产生泄漏。
2.3管道断裂
管道接触的土壤发生断层，管道上方地面承受较大压力，管道腐蚀等情况均可能造成管道断裂，焊缝处或者质量较差的部分管道尤其容易发生断裂。另外，如果管道中的压力分布不均匀，不合理，可能存在局部压力过大，超出管道耐压范围的情况而造成管道破裂。管道发生断裂造成的泄漏一般要大于管道穿孔和焊缝开裂等形成的泄漏，造成较大影响，应尽力避免此种情况的发生。在我国北方管道埋在冻土层，由于北方地区的天气情况，经常会因为结冰造成管道损坏，加之“热胀冷缩”效应管道发生收缩也容易使管道发生断裂。
3供水管道泄漏点定位原理
当供水管道发生泄漏时，由于管道内外存在巨大压力差，喷射出来的水流与管壁摩擦产生振动以及与周围土壤冲击产生声波，称为泄漏信号。泄漏信号沿管道向两端传播，被安放在管道两端的压电式加速度传感器采集，经过无线通讯系统，上传至上位机。如图1，被测管道长度LAB，A、B两端放置传感器，O点为泄漏点，漏点距2个传感器的距离分别为LOA、LOB（设LOA＞LOB），泄漏信号在管道上传播速度为V，则漏水信号从O点传播到A点所用的时间为：
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已知被测管道长度LAB，泄漏信号的传播速度Ｖ。由式（5）、式（6）可知，计算出泄漏信号从O到达A、B两端的时间差Δｔ就可以判断出漏水点的具体位置。因此漏点定位就是求时间差Δｔ，Δｔ可通过互相关分析法来求得。
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图1漏点定位示意
4管道泄漏信号的频率特征
4.1泄漏量的大小对频率分布的影响
国家标准供水管道的直径在［100 1000］ｍｍ之间。相关研究资料表明PE、PVC等塑料供水管道泄漏信号的频率成分主要集中在低频段，铸铁管道泄漏信号的主要频率成分集中在高频段。本文选用频率响应范围较宽的IEPE型压电式加速度传感器，本传感器内部集成运放电路，降低后续电路引入的误差，提高信号的信噪比。目前，我国的供水管网主要由铸铁管道组成，腐蚀和断裂是引起管道泄漏的主要原因，本文主要对铸铁管道泄漏信号特征进行了分析。采集泄漏信号时，将传感器安装于消防栓上，通过调节消防栓开度的大小模拟泄漏信号，为了更加准确反映泄漏量的大小对泄漏信号的影响，传感器安装离漏点为20cm的管道上。通过分析铸铁管道的背景噪声和不同开度下的功率谱，可以得出：
（1）背景噪声的功率相对较低，不是集中在某个频率范围内，而是充满整个频带；
（2）从铸铁管道不同开度下的功率谱分析得出，泄漏信号频率成分主要分布在1.7kHz的高频段；
（3）通过对不同开度下功率谱的比较，泄漏量大小除了影响功率谱的幅度值外，对泄漏信号频率成分分布影响较小。
4.2滤波器频带及检测距离对结果的影响
本文通过带通滤波器把测量信号分成不同的频带，用相关法来计算出泄漏点位置，与实际漏点位置进行比较，从而确定泄漏信号所在主要频率区间，为提高定位精度提供可靠的理论依据。信号经过不同的带通滤波器，得出的延时值不同（相关图中峰值对应的横坐标）。通过数据处理结果，可以看出：
（1）铸铁管道泄漏信号的主要频率成分集中在［1400 2000］HZ之间，定位误差较小，与前面的结论相一致；
（2）当信号经过［1000 2000］HZ和［10001 400］HZ不同的带通滤波器时，信号在［10001 400］HZ频带内的误差明显大于在［1000 2000］HZ频带内的误差，说明在［1000 1400］HZ频带内具有很大的噪声，含有少量的泄漏信号；
（3）当检测距离OB增大时，信号的定位误差也随之增大，说明随着检测距离的增大，信号可能被衰减或发生畸形。
4.3传感器安装位置对定位精度的影响
传感器可能放置在弯头、接口、阀门等上面，当信号经过阀门或接口时的定位误差，信号分别经过［1400 2000］HZ带通滤波器处理后进行相关分析。当泄漏信号经过阀门或接口时，由于阀门或接口上存在橡胶垫或石棉等密封材料，对泄漏信号的主要频率成分产生衰减，引起定位精度的降低。因此，在进行管道探漏时，建议传感器直接安装于管道的正上方。
结语
根据以上管道漏点定位研究，得出如下结论：①泄漏量除了影响功率谱的幅度值外，对泄漏信号频率分布影响较小；②对信号滤波处理时应根据所检测的管道类型设置合理的频带范围；③在检测过程中，检测距离应控制在合理的范围内，不宜过长；④安传感器时应避开阀门或接口，直接安装于管道的正上方。
参考文献
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