城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制既是水資源可持續(xù)利用的關(guān)鍵環(huán)節(jié),也是保障城市供水安全與經(jīng)濟(jì)效益的戰(zhàn)略舉措。依據(jù)《城鎮(zhèn)供水管網(wǎng)漏損控制及評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》(CJJ 92-2016),漏損率評(píng)定分為一級(jí)10%、二級(jí)12%;國(guó)務(wù)院《水污染防治行動(dòng)計(jì)劃》(水十條)要求到2020年全國(guó)公共供水管網(wǎng)漏損率控制在10%以內(nèi),"十四五"節(jié)水型社會(huì)建設(shè)規(guī)劃進(jìn)一步將目標(biāo)收緊至2025年控制在9%以內(nèi)。在此背景下,DMA 分區(qū)計(jì)量與噪聲在線監(jiān)測(cè)成為供水企業(yè)降損的核心抓手。
CJJ 92-2016 以綜合漏損率(管網(wǎng)漏損水量與供水總量之比)為基礎(chǔ),經(jīng)居民抄表到戶、單位供水量管長(zhǎng)、年平均出廠壓力、*大凍土深度等修正,得到用于評(píng)定的漏損率。漏損率已作為供水企業(yè)的硬性考核指標(biāo),直接推動(dòng) DMA 分區(qū)計(jì)量與噪聲在線監(jiān)測(cè)的普及。降低漏損率不僅能節(jié)約寶貴的水資源,也能減少因暗漏導(dǎo)致的路面塌陷、水質(zhì)污染等次生風(fēng)險(xiǎn)。
噪聲記錄儀是一種非侵入式、可長(zhǎng)期無(wú)人值守的被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)設(shè)備:它固定安裝在管網(wǎng)附屬設(shè)施上,在環(huán)境噪聲較低的凌晨時(shí)段自動(dòng)錄取管道噪聲并*地或云端分析,不直接干預(yù)管網(wǎng)運(yùn)行。與 DMA 邊界電磁流量計(jì)(夜間*小流量監(jiān)測(cè))、壓力監(jiān)測(cè)、主動(dòng)式聽(tīng)漏儀或相關(guān)儀(現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核定位)共同構(gòu)成"分區(qū)計(jì)量 + 噪聲監(jiān)測(cè) + 主動(dòng)檢漏 + 壓力管理"的綜合漏損控制體系。其價(jià)值在于以較低的邊際成本實(shí)現(xiàn)大范圍、長(zhǎng)周期的暗漏篩查,把檢漏人員從高強(qiáng)度夜間巡檢中解放出來(lái)。
被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)的核心,是識(shí)別沿管道傳播的"穩(wěn)定、低頻、定位置"的漏水異常振動(dòng),并與正常過(guò)水聲區(qū)分。它不發(fā)射信號(hào)、不干擾運(yùn)行,僅靠高靈敏度傳感器長(zhǎng)期"聆聽(tīng)"管網(wǎng),因此得名"被動(dòng)"。
當(dāng)供水管道因腐蝕、接口松動(dòng)、地基沉降或外力破壞出現(xiàn)裂縫時(shí),管內(nèi)高壓水通過(guò)漏點(diǎn)向外噴射,水流與管壁、周圍土壤發(fā)生劇烈摩擦,并伴隨空化與湍流現(xiàn)象,由此輻射出具有特定頻率與能量分布的聲波信號(hào)。漏口越大、管內(nèi)壓力越高,輻射聲功率越強(qiáng);微小裂縫與低壓管道則表現(xiàn)為沉悶、微弱的持續(xù)振動(dòng)。該聲波以體波與表面波形式沿管體及包覆介質(zhì)傳播,正是噪聲記錄儀拾取的對(duì)象。
漏水聲波的頻譜受管材、管徑、埋深、水壓共同影響。對(duì)金屬管道,管壁剛度高、聲波傳播衰減小,漏水特征頻率多集中在數(shù)百Hz至約1500-2500Hz,傳播距離遠(yuǎn);對(duì) PE、PVC、水泥等非金屬管道,管壁阻尼大,信號(hào)能量偏向100-600Hz的低頻段,且沿管線衰減快、傳播近。這一差異直接決定噪聲記錄儀的部署間距:金屬管可放寬,非金屬管須加密。
城市管網(wǎng)環(huán)境存在大量非漏水聲源:交通振動(dòng)、泵站運(yùn)行、用戶正常用水、閥門(mén)啟閉等。判別的核心在于穩(wěn)定性、頻率與位置三要素——漏水聲持續(xù)穩(wěn)定、頻率偏低、位置固定于漏點(diǎn)附近并沿管道延伸;正常過(guò)水與開(kāi)關(guān)水聲則隨用水波動(dòng)、頻率偏高、隨水流方向游走。噪聲記錄儀通過(guò)在連續(xù)多夜采集并比對(duì)同一測(cè)點(diǎn)噪聲的時(shí)頻特征,抑制偶發(fā)用水干擾,提取穩(wěn)定的漏水特征。
以北京康高特(KGT)自主研發(fā)的聽(tīng)瀾噪聲記錄儀為例,其核心架構(gòu)為"壓電陶瓷聲學(xué)傳感 + AI 分析 + 4G Cat1 遠(yuǎn)傳",可在供水管網(wǎng)漏損在線監(jiān)測(cè)、DMA 分區(qū)計(jì)量、智慧水務(wù)等場(chǎng)景中長(zhǎng)期無(wú)人值守工作。
聽(tīng)瀾采用高靈敏度壓電陶瓷傳感器,靈敏度指標(biāo)達(dá)到≥1600 pc/g,能夠捕捉微弱的早期滲漏信號(hào),在大口徑或低水壓環(huán)境下仍有較好的低頻響應(yīng)。傳感器通常經(jīng)強(qiáng)磁吸附固定于閥門(mén)、消防栓、管道裸露段等聲學(xué)耦合良好的位置,將沿管壁傳播的漏水聲波轉(zhuǎn)換為電信號(hào),經(jīng)前端放大與濾波后進(jìn)入采集單元。
采集單元在傳感器端內(nèi)置64Mb Flash,支持約30天原始噪聲文件的本地存儲(chǔ),保證通訊中斷時(shí)數(shù)據(jù)不丟失;數(shù)據(jù)經(jīng)4G Cat1全網(wǎng)通(輔以藍(lán)牙近場(chǎng)調(diào)試)定時(shí)上報(bào)至服務(wù)器端,由云端算法完成長(zhǎng)期趨勢(shì)分析與跨區(qū)域比對(duì)。服務(wù)器端提供無(wú)限量云存儲(chǔ),支撐歷史回溯與漏損趨勢(shì)管理。
聽(tīng)瀾在云端或邊緣側(cè)對(duì)聲學(xué)信號(hào)作智能分析,以0-99的數(shù)字指標(biāo)量化漏損狀態(tài),并用綠、黃、紅三色直觀呈現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。需要說(shuō)明:基于 AI 的漏水信號(hào)識(shí)別、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)回傳、與 DMA/SCADA/GIS 平臺(tái)對(duì)接,是當(dāng)前智能噪聲記錄儀領(lǐng)域的通行技術(shù)方向,國(guó)內(nèi)外多家廠商均已具備類似能力;聽(tīng)瀾的特點(diǎn)在于針對(duì)國(guó)內(nèi)常見(jiàn)鑄鐵、PE、PVC 管材與復(fù)雜背景噪聲做了本地化算法訓(xùn)練,而非宣稱某項(xiàng)能力為*。
DMA(District Metered Area,獨(dú)立計(jì)量區(qū)域)是漏損控制的基礎(chǔ)方法論,而噪聲記錄儀是把"區(qū)域流量異常"進(jìn)一步定位到"具體異常管段"的關(guān)鍵一環(huán)。
DMA 用邊界閥門(mén)或計(jì)量?jī)x表把龐大復(fù)雜的供水管網(wǎng)劃分為若干獨(dú)立小區(qū)域,在每區(qū)進(jìn)水口安裝精度不低于0.5級(jí)的電磁流量計(jì),按不低于15分鐘/次的頻率采集流量、壓力數(shù)據(jù)并上傳管控平臺(tái)。通過(guò)統(tǒng)計(jì)各 DMA 的夜間*小流量(NMF,通常取凌晨1:00-4:00的低用水時(shí)段),可靈敏發(fā)現(xiàn)區(qū)域水平的漏損突變。
DMA 流量計(jì)量能回答"該區(qū)域是否在漏水",但難以直接 pinpoint 漏點(diǎn)所在管段。在 DMA 內(nèi)部按管材與間距部署噪聲記錄儀后,各測(cè)點(diǎn)的聲學(xué)異常可與流量異常形成交叉驗(yàn)證:當(dāng)某 DMA 夜間*小流量突增,同時(shí)區(qū)域內(nèi)若干噪聲記錄儀給出黃、紅預(yù)警,即可將排查范圍從"整個(gè)區(qū)域"縮小到"少數(shù)異常管段",顯著提升檢漏效率、減少盲目開(kāi)挖。
科學(xué)的部署是噪聲記錄儀發(fā)揮效能的前提。部署間距、選點(diǎn)位置與監(jiān)測(cè)模式需結(jié)合管材、管徑、埋深與背景噪聲綜合確定。
漏水聲波在金屬管中衰減小、傳播遠(yuǎn),噪聲記錄儀部署間距可適當(dāng)放寬至200-300米;在 PE、PVC 等非金屬管中衰減快,間距應(yīng)加密至100-150米,以確保有效覆蓋。對(duì)管徑大、埋深深、水壓高的輸水干管,因聲波衰減更為復(fù)雜,宜優(yōu)先選在閥門(mén)、排氣閥等附件處安裝,以獲得更好的聲學(xué)耦合。
設(shè)備應(yīng)優(yōu)先安裝在閥門(mén)、消防栓、水表井等管網(wǎng)暴露點(diǎn),通過(guò)強(qiáng)磁吸附或抱箍固定,確保傳感器與管道本體良好接觸、減少環(huán)境噪聲干擾。安裝前宜核對(duì)待測(cè)區(qū)域管網(wǎng) GIS 圖,掌握材質(zhì)、管徑、埋深與敷設(shè)年代,標(biāo)記可用接觸點(diǎn)并評(píng)估背景噪聲源分布。關(guān)鍵聲學(xué)判讀宜放在凌晨低用水、低環(huán)境噪聲時(shí)段,盡量避免在白天交通高峰(環(huán)境噪聲可達(dá)60dB以上、誤判率明顯升高)開(kāi)展。
對(duì)漏損高風(fēng)險(xiǎn)或已建檔的重點(diǎn)區(qū)域,采用固定部署實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè);對(duì)管網(wǎng)復(fù)雜、漏點(diǎn)分散的老舊小區(qū)或城中村,可先用流動(dòng)部署的噪聲記錄儀進(jìn)行大范圍輪巡普查,鎖定高漏損區(qū)域后再加密固定部署。這種"分區(qū)輪巡 + 固定監(jiān)測(cè)"的組合,既能提高發(fā)現(xiàn)效率,又能為管網(wǎng)改造提供靶向依據(jù)。
噪聲記錄儀的價(jià)值核心在于"數(shù)據(jù)如何判讀"。判讀應(yīng)結(jié)合設(shè)備自身量化指標(biāo)、DMA 夜間*小流量與通用噪聲幅值分級(jí),并輔以現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核,避免單一指標(biāo)誤判。
聽(tīng)瀾以0-99的數(shù)字指標(biāo)量化各測(cè)點(diǎn)漏損狀態(tài):綠(低風(fēng)險(xiǎn)或正常)、黃(需關(guān)注,延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)或現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核)、紅(高風(fēng)險(xiǎn),盡快現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn))。判讀時(shí)應(yīng)結(jié)合該測(cè)點(diǎn)連續(xù)多夜的數(shù)據(jù),區(qū)分偶發(fā)用水?dāng)_動(dòng)與穩(wěn)定漏水特征——穩(wěn)定、持續(xù)、頻率偏低的異常更可能是真實(shí)漏點(diǎn)。
DMA 的夜間*小流量(NMF)突增是區(qū)域漏損的宏觀信號(hào),噪聲記錄儀的聲學(xué)異常是局部信號(hào)。兩者聯(lián)合判讀時(shí),若 NMF 無(wú)明顯變化但個(gè)別測(cè)點(diǎn)持續(xù)黃、紅,可能是小流量暗漏或背景噪聲誤報(bào),需延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)并用聽(tīng)漏儀復(fù)核;若 NMF 與多測(cè)點(diǎn)聲學(xué)異常同步出現(xiàn),則漏損概率高,應(yīng)優(yōu)先安排相關(guān)儀*定位。
行業(yè)內(nèi)有以1kHz頻段噪聲幅值進(jìn)行分級(jí)的參考方案:低于40dB 判為無(wú)明顯漏點(diǎn)特征;40-55dB 為關(guān)注,需延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)至72小時(shí)排除用水干擾;55-70dB 為異常,建議數(shù)日內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核;不低于70dB 為嚴(yán)重,需立即復(fù)核與修復(fù)。該分級(jí)與聽(tīng)瀾自身的0-99量化體系可并列參考,實(shí)際判讀應(yīng)以設(shè)備廠商給出的指標(biāo)定義與本區(qū)域基線為準(zhǔn)。
平臺(tái)識(shí)別出可疑漏點(diǎn)后,技術(shù)人員攜帶相關(guān)儀到現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核。相關(guān)儀在漏點(diǎn)上下游布設(shè)傳感器,利用漏水聲波到達(dá)時(shí)差與管長(zhǎng)、管徑、管材參數(shù),經(jīng)相關(guān)算法計(jì)算漏點(diǎn)位置,定位精度可達(dá)±0.1米,是*定位的常用方法。確認(rèn)漏點(diǎn)后標(biāo)記開(kāi)挖,修復(fù)完成再次噪聲檢測(cè)確認(rèn)漏點(diǎn)消除。
噪聲記錄儀的監(jiān)測(cè)效果受環(huán)境、管材與設(shè)備自身適應(yīng)性多重影響,規(guī)范控制這些因素,數(shù)據(jù)才具可比性與判定價(jià)值。
交通振動(dòng)、泵站運(yùn)行、環(huán)境風(fēng)噪以及用戶正常用水都會(huì)產(chǎn)生非漏水聲,可能掩蓋真實(shí)漏水信號(hào)或引發(fā)誤報(bào)。應(yīng)對(duì)措施包括:優(yōu)先選擇安靜測(cè)點(diǎn)、在凌晨低用水時(shí)段采集、借助 AI 算法區(qū)分漏水與環(huán)境噪聲、對(duì)可疑點(diǎn)延長(zhǎng)監(jiān)測(cè)時(shí)間以排除偶發(fā)用水?dāng)_動(dòng)。
非金屬管信號(hào)衰減快,要求更密部署;大管徑、深埋、高水壓管道的漏水聲波傳播復(fù)雜,對(duì)傳感器靈敏度與低頻響應(yīng)要求更高。部署時(shí)應(yīng)根據(jù)管材與管徑靈活調(diào)整間距,并在管道附件處安裝以獲得更好耦合。
地下環(huán)境常年潮濕、可能積水并存在腐蝕性氣體。設(shè)備需具備足夠防護(hù)等級(jí)與耐腐蝕材質(zhì)才能長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。聽(tīng)瀾采用不銹鋼主體與 IP68 防護(hù),可在-20℃至70℃環(huán)境下長(zhǎng)期工作(60℃以上需加隔熱探頭),在高濕度、鹽霧腐蝕及北方低溫深埋環(huán)境中仍能持續(xù)運(yùn)行。嚴(yán)苛環(huán)境下應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備選型的環(huán)境適應(yīng)性,避免低溫導(dǎo)致電池性能或聲波傳播受影響。
噪聲記錄儀(被動(dòng))與電子聽(tīng)漏儀(主動(dòng))是供水檢漏的兩類互補(bǔ)技術(shù),理解其差異有助于構(gòu)建高效的"發(fā)現(xiàn)—確認(rèn)"閉環(huán)。
噪聲記錄儀屬于被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè):固定或流動(dòng)布點(diǎn)、長(zhǎng)期自動(dòng)錄取并分析噪聲,擅長(zhǎng)在大范圍內(nèi)發(fā)現(xiàn)異常管段,邊際成本低。電子聽(tīng)漏儀(如北京康高特(KGT)自研的大海、星辰智能數(shù)字聽(tīng)漏儀)屬于主動(dòng)檢漏:由人員持地面拾音器沿管線逐點(diǎn)監(jiān)聽(tīng),借助數(shù)字與模擬雙濾波(頻率范圍0-4000Hz或0-6000Hz、增益46dB)放大漏水特征頻率,適合對(duì)可疑管段做*定點(diǎn)。二者互補(bǔ)而非替代。
典型工作流為:噪聲記錄儀在 DMA 內(nèi)持續(xù)監(jiān)測(cè)并發(fā)出黃、紅預(yù)警,圈定可疑管段;檢漏人員攜電子聽(tīng)漏儀(大海、星辰)到現(xiàn)場(chǎng)逐點(diǎn)聽(tīng)音、比對(duì)信號(hào)強(qiáng)度與頻率,初步定位;必要時(shí)用相關(guān)儀做±0.1米級(jí)*定位,指導(dǎo)開(kāi)挖修復(fù)。被動(dòng)監(jiān)測(cè)解決"在哪一片",主動(dòng)檢漏解決"具體哪一點(diǎn)",二者結(jié)合把漏損控制從被動(dòng)搶修推向主動(dòng)防范。
以下案例基于聽(tīng)瀾噪聲記錄儀的真實(shí)技術(shù)參數(shù)與典型部署實(shí)踐整理,數(shù)值與部署間距均取自公開(kāi)技術(shù)資料與產(chǎn)品參數(shù),用于說(shuō)明被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)在 DMA 中的工作邏輯。
某中部城市供水公司供水管網(wǎng)老舊,漏損率偏高。公司在 DMA 分區(qū)內(nèi)按金屬管約250-300米、非金屬管約120-150米的間距,以強(qiáng)磁吸附部署聽(tīng)瀾噪聲記錄儀(北京康高特(KGT)自研,IP68,靈敏度≥1600pc/g,4G Cat1 全網(wǎng)通加藍(lán)牙,可更換鋰電標(biāo)準(zhǔn)壽命5年)于 DN400 以上管線及閥門(mén)、消防栓等暴露點(diǎn)。設(shè)備每日定時(shí)上報(bào)噪聲數(shù)據(jù),云端 AI 以0-99指標(biāo)、綠/黃/紅三色呈現(xiàn)漏損狀態(tài)。運(yùn)行期間,系統(tǒng)對(duì)若干持續(xù)黃、紅預(yù)警測(cè)點(diǎn)提示疑似漏損,檢漏人員攜電子聽(tīng)漏儀現(xiàn)場(chǎng)復(fù)核并輔以相關(guān)儀定位,確認(rèn)多處暗漏并修復(fù)。該項(xiàng)目體現(xiàn)了聽(tīng)瀾在 DMA 分區(qū)內(nèi)"被動(dòng)發(fā)現(xiàn)、主動(dòng)確認(rèn)"的漏損管控能力,為后續(xù)管網(wǎng)改造提供了靶向依據(jù)。
我國(guó)北方某城市一條大口徑輸水干管,冬季氣溫常低于-20℃,土壤凍脹收縮劇烈,傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)設(shè)備易受低溫與深埋影響。聽(tīng)瀾噪聲記錄儀憑借 IP68 防護(hù),可在-20℃至70℃環(huán)境下穩(wěn)定部署,強(qiáng)磁吸附安裝于干管沿線閥門(mén)、排氣閥等附件處,高靈敏度傳感器在冰凍土壤與深埋環(huán)境下仍可有效捕捉微弱漏水信號(hào),結(jié)合4G Cat1實(shí)時(shí)回傳,數(shù)據(jù)直達(dá)監(jiān)控中心,實(shí)現(xiàn)對(duì)超大口徑管道的連續(xù)、穩(wěn)定監(jiān)測(cè),有效預(yù)防冬季管線爆裂帶來(lái)的損失。
基于 AI 的漏水信號(hào)識(shí)別、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)回傳、與 DMA/SCADA/GIS 平臺(tái)對(duì)接,是當(dāng)前智能噪聲記錄儀領(lǐng)域的通行技術(shù)方向,國(guó)內(nèi)外多家廠商均提供類似方案。評(píng)價(jià)設(shè)備應(yīng)以真實(shí)參數(shù)(靈敏度、防護(hù)等級(jí)、通訊方式、工作溫度、本地與云存儲(chǔ)、算法適配性)為依據(jù),而非被"*""首創(chuàng)"等宣傳話術(shù)左右。
噪聲記錄儀多部署于地下閥門(mén)井、管道附著點(diǎn)等潮濕、易積水、可能腐蝕的環(huán)境。若防護(hù)等級(jí)低于 IP68 或外殼材質(zhì)易老化腐蝕,設(shè)備壽命將大打折扣。選型應(yīng)關(guān)注 IP68 防護(hù)、不銹鋼等耐腐蝕材質(zhì),以及可更換電池帶來(lái)的運(yùn)維便利性。
不同管材漏水聲波衰減差異巨大,金屬管可放寬至200-300米,非金屬管須加密至100-150米。忽視這一差異會(huì)導(dǎo)致非金屬管區(qū)域漏點(diǎn)漏檢。部署前務(wù)必掌握待測(cè)區(qū)域管材、管徑與埋深,靈活調(diào)整間距。
白天交通干道環(huán)境噪聲可達(dá)60dB以上,會(huì)明顯抬高誤判率。關(guān)鍵聲學(xué)判讀宜放在凌晨低用水、低環(huán)境噪聲時(shí)段,或借助設(shè)備長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)與趨勢(shì)比對(duì)來(lái)抵消偶發(fā)干擾。
供水管網(wǎng)漏損控制應(yīng)以 CJJ 92-2016 的漏損率評(píng)定(一級(jí)10%、二級(jí)12%)為底線,以 DMA 分區(qū)計(jì)量為基礎(chǔ),以噪聲記錄儀的被動(dòng)聲學(xué)監(jiān)測(cè)為廣域篩查手段,并與主動(dòng)檢漏儀、相關(guān)儀、壓力管理形成閉環(huán)。儀器選型上,可選用北京康高特(KGT)自研的聽(tīng)瀾噪聲記錄儀(壓電陶瓷傳感、靈敏度≥1600pc/g、IP68、4G Cat1、可更換鋰電壽命5年)構(gòu)建長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò),配合北京康高特(KGT)自研的大海、星辰智能數(shù)字聽(tīng)漏儀完成現(xiàn)場(chǎng)*定點(diǎn),構(gòu)成從"被動(dòng)發(fā)現(xiàn)"到"主動(dòng)確認(rèn)"的完整漏損管控方案。