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供水管網(wǎng)漏損檢測與識別技術研究進展
[ 編輯:admin | 時間:2020-10-23 13:58:15
| 瀏覽:4279次 | 來源:中國市政建設網(wǎng) | 作者: ]
漏損問題在給水管網(wǎng)中是普遍存在且難以避免的。據(jù)《2018年城市供水統(tǒng)計年鑒》顯示，載入年鑒的各城市在2017年的管網(wǎng)漏損總量超過60億m3，平均漏損率為14.56%，這與“水十條”明確規(guī)定的控漏目標相比仍存有差距。與此同時，居高不下的管網(wǎng)漏損不僅會造成水資源的嚴重浪費與能源的額外耗散，影響節(jié)水型社會建設與環(huán)境可持續(xù)發(fā)展，還會給供水企業(yè)的經(jīng)營帶來巨大壓力。因此，高效開展漏損控制工作、有效降低管網(wǎng)漏損率已成為世界各地供水企業(yè)的迫切任務。 通過整理國內(nèi)外供水管網(wǎng)漏損檢測技術的研究成果，重點對目前較為新穎的漏損點檢測與漏損區(qū)域識別技術做出簡述。 一、漏損檢測硬件技術 漏損檢測硬件技術是一類依靠硬件設備對管道進行現(xiàn)場搜索，從而精準確定漏損點位置的主動漏損識別技術。比較傳統(tǒng)和成熟的硬件檢漏技術主要包括使用聽音桿、噪音記錄儀、相關檢漏儀等作為檢漏設備的一系列聲學方法。與此同時，一些正在發(fā)展的漏損檢測硬件技術如智能球、探地雷達、分布式光纖傳感等同樣需要受到關注。 1.1 傳統(tǒng)聲學檢測 包括聽音法、相關分析法、噪聲法等在內(nèi)的傳統(tǒng)聲學檢測方法是目前在供水企業(yè)中普及率高、應用成熟的一類基于管段漏水聲音探測的漏損檢測硬件技術。 1.2 智能球 智能球(smart ball)是一種在管道內(nèi)部對泄漏噪聲信號進行檢測的球形設備，它由泡沫外殼、鋁制防水內(nèi)核以及內(nèi)置傳感器、測量儀表、電池、電子元件組成。 1.3 探地雷達 探地雷達(ground penetrating radar，GPR)是一種無損檢測技術。 1.4 分布式光纖傳感 分布式光纖傳感技術(distributed optical fiber sensing，DOFS)集傳感與傳輸功能于一體，順著管道布置單根傳感光纖，可以沿光纖傳輸路徑獲取數(shù)萬點溫度或應變傳感信息。 以上幾種不同硬件檢測技術的主要特點總結如表1所示。
二、漏損檢測軟件技術 漏損檢測軟件技術是一類相較于硬件設備更加智慧、更加高效的現(xiàn)代技術，其在采集供水管網(wǎng)大量壓力、流量等監(jiān)測數(shù)據(jù)的基礎上，通過使用數(shù)學模型、計算機算法等軟件工具，完成漏損點的檢測或漏損區(qū)域的辨識，指導實際檢漏工作，應在計算得到的漏損點附近的管道上或識別的漏損區(qū)域內(nèi)重點開展。 這類技術在一定程度上克服了漏損檢測硬件技術費時費力、依賴檢漏人員的經(jīng)驗、檢測成本高昂、在較大規(guī)模復雜管網(wǎng)中應用效果不佳等局限，引起了國內(nèi)外許多學者的關注，本文重點介紹目前較為新穎和具有代表性的幾種漏損檢測軟件方法。 2.1 采用靈敏度矩陣法識別單個漏損點 供水管網(wǎng)水力模型是供水行業(yè)推進智慧水務建設、提高供水管網(wǎng)運行管理水平的重要軟件工具，在管網(wǎng)水力水質模擬、管網(wǎng)優(yōu)化設計、管網(wǎng)故障診斷等諸多方面均有應用。部分學者在利用具有一定精度的管網(wǎng)水力模型對真實管網(wǎng)水力狀態(tài)、管網(wǎng)系統(tǒng)隨時間動態(tài)變化進行模擬分析的基礎上，引入靈敏度分析，建立了靈敏度矩陣法，完成了對管網(wǎng)中單個漏損點位置的識別。 2.2 采用優(yōu)化校核法識別多個漏損點或漏損區(qū)域 另一類具有代表性的漏損檢測軟件方法是Wu等在2010年基于管網(wǎng)水力模擬和管網(wǎng)模型校核思想提出的壓力相關漏損定位(pressure-dependent leakage detection，PDLD)法。 這種方法將發(fā)生在管網(wǎng)中的漏水事件視為發(fā)生在管網(wǎng)模型某些節(jié)點上的噴射流，其大小與射流系數(shù)以及節(jié)點壓力有關；隨后，將供水管網(wǎng)漏損識別問題視為一個優(yōu)化問題——以漏損位置(模型節(jié)點索引)和漏損水量大小(節(jié)點射流系數(shù))為決策變量，以最小化管網(wǎng)壓力或流量實際監(jiān)測值與模型模擬值的差值為目標函數(shù)，采用遺傳算法等優(yōu)化算法進行求解；最終，求解結果中若出現(xiàn)射流系數(shù)大于0的節(jié)點，則認為此節(jié)點上存在漏水量。 2.3 采用數(shù)據(jù)驅動模型識別單個漏損點或漏損區(qū)域 數(shù)據(jù)驅動法利用模式識別的原理，通過對樣本特征進行提取、分析和處理，得到樣本的類別屬性。在供水管網(wǎng)中，安裝在管網(wǎng)內(nèi)的流量計、壓力傳感器等監(jiān)測設備能夠記錄下反映管網(wǎng)運行狀態(tài)的流量和壓力等數(shù)據(jù)。當有漏損事件發(fā)生時，管網(wǎng)中的水力監(jiān)測數(shù)據(jù)或其他測量信號將出現(xiàn)不同程度的異常變化。通過構建數(shù)據(jù)驅動模型，對這種異常變化進行辨識和分析，判斷管網(wǎng)的漏損狀態(tài)，識別管網(wǎng)中的漏損點或漏損區(qū)域。 以上3類軟件檢測技術的主要特點如表2所示。
三、結論 1.漏損檢測硬件技術依靠硬件設備對管道進行現(xiàn)場搜索，通常具有很高的漏損識別精度，可以準確找到漏損點的實際位置。 2.漏損檢測軟件技術相對硬件技術來說更加智慧，具有成本費用更低、人工勞動強度更低、檢測效率更高、使用不受管道尺寸和管道材料的限制等優(yōu)點，具有廣闊的應用前景。
3.總體來說，目前雖尚沒有完全可靠和各場景通用的漏損檢測方法，但出現(xiàn)了一種軟硬件技術結合檢漏的趨勢——漏損檢測技術，由單純地依靠硬件設備現(xiàn)場檢查轉向以軟件方法為核心、軟硬件結合檢漏的綜合方法。 
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