复合多维监测技术 解题供水管网漏损
城市供水管网安全运行是城市建设和人民生活的基本保障。随着我国社会经济的快速发展和城市化进程的加快，城市供水管网的建设规模日益增长。然而，由于城市供水管网漏失，导致每年损失的水量超过实际蓄水量，不仅造成了大量优质水资源的浪费、干扰正常生产生活秩序，而且可能带来供水水质风险和地下公用设施损坏等次生危害。因此，对于供水企业来说，防控由于管网漏损或破损导致的供水事故、水量损失和水质风险是管网运行管理中的重要内容。
供水管网漏损现状
供水管网作为城市重要基础设施，漏损率长期居高不下水资源极大浪费
•全国每年漏损量：83亿立方
•全国平均漏损率：15%（部分超过25%）
•全国企业经济损失：200亿元以上
•检漏/修漏投入：数千万/年（中、大型城市）
资料来源：住房和城乡建设部
长期渗漏导致管线安全事故，造成巨大社会负面影响
水资源浪费：管道漏失会导致水资源的大量浪费，加剧缺水现状
水质污染：管道漏失会导致水质污染，影响人们的饮用水安全
地面坍塌：管道漏失会使土壤具有活动性，导致空气坍塌，危及附近建筑物的安全，安全事故层出不穷
供水压力降低：管道漏失导致压力泄漏，用户需要的供水压力降低，影响供水质量
维修成本增加：管道漏失会增加维修成本，影响经济效益
政策导向
2022年住建部和发改委联合发文：到2025年，试点城市（县城）建成区供水管网基本健全，供水管网分区计量全覆盖，管网压力调控水平达到国内先进水平，基本建立较为完善的公共供水管网运行维护管理制度和约束激励机制，实现供水管网网格化、精细化管理，形成一批漏损治理先进模式和典型案例。公共供水管网漏损率高于12%(2020年）的试点城市（县城）建成区，2025年漏损率不高于8%;其他试点城市（县城）建成区，2025年漏损率不高于7%。
埃睿迪视角
供水管网漏损管理不能一蹴而就，这是一个动态管理的过程。旧有的漏损点不断被发现和修补，新的漏损点不断发生并被识别，当管网漏损修补的速度与管网漏点新发生的速度达到总量平衡时，管网的漏损率维持在一个固定的值。
每一种监测技术都有其适用场景和应用局限性，将多维度监测技术进行复合应用，才能解决大面积区域、复杂供水管网的漏损综合问题。
在大面积区域采用卫星检漏技术，在重点监管片区布设DMA分区计量系统，在漏损风险点附近开展听漏、测漏巡检勘察同时结合数字化、信息化、大数据和人工智能技术，整合多维监测系统，更有效的解决供水管网漏损管理问题。
管网漏损的检测方法
传统检测方法
1.直接观察法
最基本的漏损方法是直接观察法。直接观察法就是沿某一路线走以寻找出现在地面以上的漏失。虽然直接观察并不是非常高超的技术，但是也不能低估，特别是对于缺乏良好和经常维护管道的公用事业部门，直接观察也是对于大的断裂和爆管定位非常快速的方法。
2.听漏法
听漏法已出现好多年，它是漏损探测中最常见的一种方法。操作者可使用不同的仪器采用两种不同的方法。第一种是通过管道配件确定可以听到漏失声音的地方，第二种是确定地下漏失点的准确位置。
第一种方法检测配件如：消防栓、水表和阀门。经常被称为消防栓检漏法。这种检测方法原理通过检测漏失声音的频率来确定漏失点。使用的仪器有机械听漏棒和电子听漏棒。
第二种听音法是使用地面扩音器，原理也是利用漏失声音频率进行漏失点的定位。地面扩音器带有两种特殊类型装备——机械或电子地音探测器。
3.对照法
通过对用水户用水量及时进行对照，找出其中差距，分析原因，进行有针对性的查漏。
主流检测方法
一、基于DMA流量数据的管网漏损综合监测技术
DMA分区计量系统是基于物联网技术的DMA水损控制管理体系，实现管网全覆盖DMA分区管理，确定分区评价指标，确定漏损控制的优先级别。基于物联网技术的DMA水损控制管理体系，实现管网全覆盖DMA分区管理，确定分区评价指标，通过在线监测及时确定漏失范围，深入分析分区数据及时判断新增漏失，制定DMA漏损控制的优先级别，优化管网的运行和运营管理。现在很多供水单位都在使用管网分区管理，这就为管网漏失的监测评价提供了另一层尺度。将DMA流量判断和漏失探测仪监测相结合，形成综合的漏失监测方法，即根据DMA夜间最小流量曲线和漏失探测仪的报警信号，能同时得到漏失大小和漏失位置信息，可以大大提高漏失检测效率。
二、基于DMA分区和管网水力模型的管网压力调控技术
管网压力控制，相对来讲是见效最快的漏损控制措施。因为漏失点的泄漏速率是与压力直接相关的．压力降下来后漏失速率会立即有所降低。但是，要进行压力控制需要对管网进行分区管理，同时需要在区域入水口处安装相应的压力控制设备，这一投资高于漏失点检测和修复，但低于管网更新改造。因此，压力控制是管网漏损控制的重要技术手段之一，在满足用户用水需求的前提下，通过合理降低管网压力，可以有效降低漏失水量、破损频率和漏失自然生长率，实现节水、节能、降耗和延长管网资产寿命的目的。
目前我国在管网分区管理、压力调控方面进行了一些尝试，但仍缺乏足够的水力模型数据支持。在某大型城市供水管网10个DMA进行压力控制试验，发现压力控制对于漏损控制均有一定的效果，并且不同DMA对压力控制的响应效果不同。平均每km管道上，每降1m的压力可以节水0.11L／s。由于DMA一般在管径300mm以下的管道中实施，因此，若将上述压力控制效果扩展到整个市，则可以估算出压力控制所取得的效果，节水潜力巨大。但同时，由于不同DMA控压节水效果差异较大，压力控制不应盲目地去开展，而是应该有针对性地进行。
调研收集全国36个DMA数据，通过背景流量评估模型可以得到DMA基本属性对可达最低夜间流量的影响，从而定量地计算出在某一目标压力下可以达到的最低夜间流量水平，进而明确压力控制的效果。根据管网基础属性和目标控制压力，可以计算出在不同漏失控制策略下的节水效果，进而分析每种漏失控制策略的成本和效益，最终针对不同的DMA选择适当的漏失控制策略。
DMA压力控制是在管网末端进行压力调控，而要实现全管网的压力控制，从水厂泵站端进行压力控制是最经济、高效的措施。对于单水厂供水的管网来说，水厂泵站压力调控比较简单，只需要确定好管网中的最不利点之后，再由此来反推水厂出厂压力即可。但对于多水厂供水的环状管网来说，任何一个水厂的压力调控都会影响到整个管网的压力空间分布，因此，情况要复杂得多。通常供水单位可以通过每个水厂逐步减压的方式进行尝试，最终得到一个相对较低的管网平均压力。
在我国，一些城市如北京、上海、广州等已经应用了管网压力调控技术，并取得了良并取得了良好的效果，证明该技术可提高供水质量、降低漏损率、保护管道和基础设施、提高用户满意度和降低运营成本等。管网压力调控技术在实际应用中需要结合具体情况进行方案设计和实施。一般来说，管网压力调控技术需要安装大量的传感器和设备，并进行数据分析和处理，但还需要不断地改进和优化技术，以提高其成熟度和可靠性。
三、基于噪声原理的管网漏损监测技术
噪声监测分析仪利用震动声学原理，使用一块强力磁铁吸附于供水管网中，当管道发生泄漏时，能够产生比普通水流音强量级较高和音频频率较高的噪声沿管道传播，当泄漏较大时噪声频率幅度较高，当泄漏较小时噪声频率幅度较低。
噪声监测分析仪能通过远传技术，将采集的管道音频文件上传至渗漏预警平台，用户可通过平台播放音频文件，也可对音频文件进行频谱分析，进一步地对漏损状态进行确诊。通过布设噪声监测记录仪可以代替人工夜间听漏现场排查工作，通过大数据的采集和判定，听漏工作人员只需白天前往报警定位点进行进一步确认，可极大提高听漏效率及漏点判定的准确性，通过完整的预警体系，化被动堵漏为主动控漏。
小结：噪声管网漏损监测具有非侵入式检测、实时监测、远程监控、适用范围广、检测精度高等优点，但也存在缺点，需要因地制宜的开展使用该技术的应用，同时不断的改进和优化算法模型，从而达到提高管网管理和运营效率和质量的目的。
新技术应用
1.基于分布式光纤振动传感技术的供水管道泄漏和外力破坏监测
压力输水管道在输送水资源的过程中，因受到水腐蚀以及外力破坏等因素的影响从而会造成压力输水管道出现破裂、爆管等的泄漏问题。由于压力输水管道内压力的存在，则输水管道内的水在泄漏点将以很强的冲击力射出管外，同时带动泄漏点处的管壁发生振动。
而基于相位敏感光时域反射仪的分布式光纤振动传感系统则能够在线实时捕获事件的振动信号，为此可以将传感光缆贴敷于压力输水管道的内壁从而实时监测因泄漏而导致压力输水管道管壁振动信号既而获取压力输水管道的泄漏事件信号。布式光纤振动传感系统由于其具有较高的探测灵敏度，能够实现长距离多点事件的在线监测，供水管道泄漏发射的弹性波传播到达管道的表面，或者管道周围施工产生的振动波，可以引起光纤传感模块的表面振动，光纤探测模块机械振动对光纤中的光信号进行调制，然后再被声发射主机设备解调、处理和记录，将信号幅度大小、频谱范围等特征实时显示出来，通过系统比对确定管道泄漏点。
基于分布式光纤振动传感技术(Φ-OTDR)的供水管道泄漏和外力破坏监测是一种新型的在线监测技术，它利用光纤传感技术的高灵敏度、高精度、抗干扰等特点，实现对供水管道泄漏和外力破坏的实时监测和预警。该技术的基本原理是利用分布式光纤传感器，对供水管道进行全面的监测。当管道发生泄漏或受到外力破坏时，会引起管道的振动，这些振动会以声波的形式传播到光纤传感器上，从而被准确地检测到。
分布式光纤振动传感器具有多个优点。首先，它能够实现对管道的全面监测，可以检测到管道任何一个位置的泄漏或破坏。其次，它具有极高的灵敏度和精度，能够准确地区分出微小的振动和噪声。此外，它还具有抗干扰能力强、寿命长、可靠性高等优点。
2.基于卫星遥感的管网探漏技术
卫星遥感管网探漏技术是指利用遥感卫星对供水管网及其周边区域进行扫描和监测，通过解译获取土壤介电常数等信息，从而发现土壤中渗漏失的迹象，来确定漏点的位置。利用L波段SAR卫星穿透性强的特点，一次性扫描获取目标区域的全极化SAR遥感数据，分析提取管线渗漏导致的管线周边土壤含水量差异，检测识别疑似漏失区域，辅助地面快速查找并定位漏点位置，将传统的大范围盲检聚焦到100-150米范围的疑似区域核查，大幅提高探漏效率，切实降低管网漏损率，并且能探知到传统巡检较难到达的区域。
卫星遥感管网探漏系统处理分析流程
SAR是一种主动式微波遥感技术，具有不受气候和环境影响、能够长时间稳定连续地获取地表信息等优点。近些年星载 SAR及其衍生技术不断发展，被广泛应用于农业、林业、海洋、灾害监测等多个领域。
随着城市供水管网规模的不断扩大和复杂化，传统的管网检测方法已经无法满足现代供水管网管理的需求。而卫星遥感技术具有高效、精准、非接触式检测等优点，可以很好地解决这个问题。此外，卫星技术的不断进步和发展，卫星遥感技术的探测能力和分辨率也将不断提高，将在供水管网检测领域发挥越来越重要的作用。同时，商业应用需求的不断增长也将推动卫星遥感管网探漏技术的快速发展。因此，我们可以预见，在未来的几年内，卫星遥感管网探漏技术将成为供水管网检测领域的重要技术手段。
管网漏损控制是节约水资源、提高管网运行效率的重要措施，也是降低管网水质恶化风险的重要保障。
漏损管理是一项复杂的系统工程，对于规模较大的供水管网，漏损控制和管理的难度更为突出。对于供水企业，漏损控制的好坏直接体现了企业产供销全过程管理水平和资源使用效率，各供水单位在管网漏损控制方面做了大量的工作，初步取得了一些成效，当仍还有许多需要继续完善的内容，如加强漏损解析方法的精确性、建立更准确的计量损失水量和漏失水量计算方法、完善基于DMA的漏损控制技术、优化基于管网分区和智能调度的压力调控技术等。
未来，埃睿迪将继续深耕DMA数据资料管理和分析利用，例如完善基于最小夜间流量变化的新增漏失甄别预警技术，开展DMA进口至各级水表（流量计）、楼门表至户表两级水量对比分析，建立融合最小夜间流量和总分表水量差的管网漏损量化考核指标体系，以逐步形成更精细化的综合管理体系和指标。此外，对不同的管网分区应根据其特性制定不同的管理目标，对压力调控效果在不同分区的差异应进行深入分析以指导压力控制的优化实施等。
