高校供水管網滲漏監測管理研究

張孝中，鄭憬文，蔣 崎

（中國藥科大學，江蘇南京 211198）

0 引言

2019年黃河流域生態保護和高質量發展座談會上，習近平總書記強調，要把水資源作為最大的剛性約束，堅持以水定城、以水定地、以水定人、以水定產，合理規劃人口、城市和產業發展。國家節水行動方案也指出，到2020年全國公共供水管網漏損率控制在10%以內，而我國公共供水系統的管網漏損率平均達20%～50%，發達國家平均達15%［1］。全國共有2 663所普通高校，在校大學生約3 694萬人，作為城市用水大戶的高校群體，水利部、教育部、國家機關事務等部門也聯合印發了《關于深入推進高校節約用水工作的通知》［2］，節水工作越發嚴格迫切。節水工作中查漏檢漏的滲漏控制是一個重點環節，公共機構節水管理規范也明確要求公共機構管道設備運行完好，漏損率要小于2%，而教育部直屬高校中也僅有部分學校能滿足相關要求，大部分院校漏損率均高于5%，全國高校的漏損率情況不容樂觀，漏損率可達14%甚至更高［3-4］。針對如何提高滲漏監測效率，本文通過探討分析測漏工作中的問題，以期為更好地開展高校查漏檢漏工作提供參考。

1 高校漏損率大的原因分析

1.1 管網建設質量

管網的漏損狀況取決于設計、施工和維護質量。管網及配件材料的選取、管線的綜合布線設計、設計荷載的選取決定了管網的最大壽命；管材自身質量、回填材料及施工質量的控制以及后續維護保養的周期決定了管網的使用壽命。施工質量不達標引發管段接口滑脫、管網沉降破壞，管網綜合布管不合理形成排水及環境電化學腐蝕破壞，管材質量控制不嚴造成砂眼、隱形裂縫，管材材質選取不當產生周期性變化物理破壞，使用維護中，高壓用水、水壓波動形成的水錘破壞以及用水器具、管件配件的損壞都是漏損的根本原因［5-8］。

1.2 漏損監測不及時

漏損主要為明漏和暗漏兩種表現，暗漏量既大又難以發現。高校供水有政策保障，高校用水者難以對水危機產生切身的體會，高校節水管理隊伍的缺陷和管理體制影響了漏損的及時監測，高校用水權責分離問題難以根本解決。公辦高校更多的將經費投入在科研支持和新建項目中，節水經費投入較少，配套監測設備和節水技術難以滿足實際需求。相關工作人員較少，日常巡查不及時，管理者難以投入大量精力研究漏損監測，同時高校存在圖紙不全的問題，管理人員多數依靠經驗識別管網，暗漏的查找需要大量的數據分析和現場實際探查，查漏、維修工作效率低下，而高校各部門的工作交叉也會影響漏損監測效果，例如高校一般將供水管理設在后勤部門，消防系統設在保衛部門，而消防管網的滲漏也是一個普遍性的問題［9］。

1.3 節水意識有待進一步加強

有調研表明，水費由學校統包，學生缺水的危機感不強烈，用水量多少與學生個人關系不明顯，學生節水意識和動力缺乏，總體而言，有環境相關專業背景的學生要相對較好，具有較為積極的節水意識和節水行為，多數同學的意識有待進一步提高和加強［10］。也有研究表明，學生具備基本的節水行為和態度，但是未必愿意投入時間和精力于節水工作［11］。同時，部分管理者自身的節水意識也不強烈，加劇了水資源漏損的管理難度。學生和教職工是學校的用水主體，增強節水意識，加強節水主體責任，多方位、多角色的參與，才能促進漏損的及時發現、及時維修。

2 常用漏損監測技術

結合各地供水公司在搶修、撿漏、普查的經驗，管道漏損檢測技術主要為：被動檢漏法、聽音法、探地雷達法、相關分析檢漏法、區域檢漏法。

2.1 被動檢漏法

被動檢漏方法較為普遍，主要表現為明漏，通過地面返水、水壓不足、排水管道內水流異常等狀況來被動地發現滲漏。檢漏方式較為滯后，監測時效性差，水資源浪費較大，同時還可能伴有塌方等現象，危及管網、交通和建筑物的安全［12］。一般通過管理人員或用水人員的巡視反饋滲漏監測成果，對于用水及管理人員的責任心要求較高。

2.2 聽音法

采用適用工具儀器測聽、比較管網噪音，即管道有泄漏時，通過儀器收集、放大漏點處的振動聲或摩擦撞擊聲波，判斷管網狀態［13］，核心設備為聽漏棒和電子放大聽漏儀。此法適用于安靜環境下的管網滲漏甄別，主要查聽管件、自來水管網的建筑入戶接口以及消火栓位置，通過閥栓聽音查找漏水的線索和范圍，然后根據管線走勢通過地面聽音逐步排查至漏損點。此法受外界噪聲影響明顯，對檢漏人員的經驗、地形和管線圖要求較高。人工聽音時，受環境影響大，人耳很難判別，準確率低。工作范圍大，工程量大，人力成本較高，測漏效率低，檢測不及時，漏損較大，而且易受天氣影響。

2.3 探地雷達法

利用無線電波進行詳細探查，可以顯示漏水孔周圍實際狀況。能夠實現漏水點精確定位，直觀表達。但一次性可搜索范圍過小，需要漏水檢測儀器配合使用。此法可以有效規避塑料管道聲音信號的衰減影響，在塑料管材為主的管網中應用較為廣泛［14］。

2.4 相關分析檢漏法

相關分析檢漏法是當前最先進一種檢漏方法，特別適用于環境干擾噪聲大、管道埋設深或不適宜用地面聽漏法的區域。用相關儀可以快速準確地測出地下管道漏水點的精確位置。一套完整的相關儀主要是由一臺相關儀主機（無線電接收機和微處理器等組成）、兩臺無線電發射機（帶前置放大器）和兩個高靈敏度振動傳感器組成。通過裝設在管線兩端的傳感器接收漏水所產生的連續的不規則振動音，根據兩個傳感器間的距離、聲音到達的時間差、振動音傳播速度等數據進行相關計算，求得漏水點的位置。監測滲漏能力較強、靈敏度高，可在單一的管道中可以發現數個滲漏點；不依賴操作者的經驗和技巧［15-16］。但設備受管材、安裝位置、設備壽命和環境制約，某國產品牌相關測漏儀對不同管材的測漏距離如表1所示，在三通等變向處需加裝設備。

2.5 區域檢漏法

區域檢漏法是將管網進行獨立分區，并在每個區域和獨立建筑的管段上安裝流量計，從而實現對各個區域流量的監測。通過對日常用水量以及夜間最小流量的數據分析來定量滲漏狀況，進而逐級判斷縮小滲漏的區域，此法需要安裝大量的遠傳水表、流量計和數據記錄儀，需破管安裝水表和閥門，易對水質安全造成隱患，建設成本很高，工程量很大，影響供水的穩定性，而且需要專業的技術人員維護系統，比如閥門更換、儀表定期檢測、管道沖洗等等，此法對表計質量和分析人員管理能力有一定要求［17］。

3 滲漏監測常見問題分析討論

3.1 圖紙資料的共性問題

漏損量大的情況多數發生在高校的老校區和快速建設的新校區，發展歷史較長的高校老校區地下管網年久失修、管材使用壽命和日益增長的用水需求矛盾促生了較多漏點，陸續更迭的改造及人員變更也加大了管線管理難度；新校區的大規模建設存在工期短、人員雜的問題，一方面工程質量難以得到保證，另一方面，相關技術資料也可能遺失。許多高校甚至沒有管網圖，僅憑工作年限較長的管理人員依靠經驗判斷管線走向。圖紙資料缺失的共性問題迫使聽音法、區域檢漏法及相關檢漏法無法深入檢漏，嚴重影響了滲漏的及時監測。

表1 相關儀測漏距離 （單位：m）

對于上述問題，一方面可以自行開展管線普查工作，價格約在每千米單種管線2 000～3 000元，此種方式投入經費可根據學校的管線復雜程度而定；另一方面，作為社會公共機構大戶的學校可以尋求地方政府相關管理部門的支持協作，隨著城市管線管理水平的提高，政府也在不斷地探測收集管線資料，向政府開放學校的管線測繪工作有助于政府關于社會資料的收集，也有助于學校管線成果的收集和經費的節約，取得的測繪成果可以奠定后續規劃建設以及滲漏監測工作的基礎，是一個雙贏的模式。

3.2 消防系統的滲漏問題

高校的主要用水建筑相對比較簡單，主要為行政辦公樓、公共教學樓、宿舍、體育場館、食堂和實驗樓。消防系統主要為噴淋和消火栓系統。高校部分功能單元模塊在整體設計中也應用了區域消防概念。而區域消防設計模塊的范圍決定了室外消防系統和室內消防系統在戶外的管線敷設規模。實際工作中，后勤或保衛相關職能部門針對此內容的檢漏經常簡單理解為室外消火栓的明漏而忽略了消防系統的滲漏，直到消防維保過程中，因樓宇內部消防系統壓力不足，甚至無壓力、無水時才考慮到滲漏問題。另外，室外消火栓如果是以滿足二路供水條件依附市政供水管網建設的情況，將實際體現在主供水管網的滲漏量中。

針對這種類型的滲漏監測，應當結合消防系統設計原理，在關鍵位置加裝流量表計作為監測預警。消防系統一般為非流動水源，在室內消防系統的外延管線滲漏監測方面，可以在樓頂高位水箱補水管增加相應流量監測表計，在室外消防系統的外延管線和室內消防水池滲漏上，也可以在室外、室內消防水池的補水管上增加相應流量監測表計。

3.3 定性和定量的滲漏監測

高校用水人員的節水意識和管理人員的工作負荷和責任心決定了滲漏監測的效率。為全面規劃我國節約型校園的發展建設，2008年，住房和城鄉建設部、教育部聯合編制并頒布了《高等學校節約型校園建設管理與技術導則》，開始指導和規范高校節能監管體系的建設［18］。多數高校也建立了節能監管平臺，節能監管系統實時反映了管網的三級計量數據，為區域檢漏法提供了技術數據支撐。但是作為壓力損失部件，流量表計無法無限制安裝，區域檢漏法只能確定滲漏的范圍，通過定量數據分析，識別某一區域的滲漏狀態，同時流量監測儀表的匹配性和維護程度也影響著數據的準確性。根據相關節能領跑高校的反饋，智能遠傳水表的品牌質量參差不齊，部分高校因水表質量差，存在信號傳輸質量問題，數月后系統完全癱瘓，而質量較好的水表中，DN80以下小口徑表計也常出現故障，對滲漏監測和定量計量造成一定管理難題。遠傳水表的實時傳輸功能有助于提高管理人員數據收集分析的效率，進而提高滲漏分析效率，但價格較高，常用規格DN100以下的表計單價約1 500～2 500元，DN150～200的表計單價約4 000～4 500元。而常規入戶管徑通常在DN80～150，為提高滲漏監測效率，可針對DN80以上表計采用遠傳表計，納入實時監測，其余表計可最低配置普通表計，并在區域表上設置遠傳表計。另外，DN200以上表計因最小精度幅度較大，易形成較大統計誤差，而通常此規格表計安裝在校園供水主管入戶端，建議參考供水公司做法，調整為并聯管線入校，轉化為DN200以下管徑進行實時計量，提高準確性。

隨著物聯網、云計算的發展，相關分析檢測法設備不斷升級，設備可以不破壞管件進行安裝，通過人工智能和物聯網技術的應用，經智能學習和大數據分析，即可在滲漏發生時準確判定滲漏并定位漏點位置，向管理人員發送報警信息，滲漏監測效率和準確性大為提高。此類設備主要難題在于續航時間以及信號傳輸效率，以往設備電池容量小，供電難以解決，信號傳輸受埋深、覆蓋物狀態、水淹和腐蝕的環境影響，目前設備的制作逐漸變得小巧精細，防水等級也提高至IP68等級，并通過加裝天線解決了埋深等對設備自身的信號傳輸穩定性，區域設備信號的傳輸也由LORA的基站傳輸升級為NB-IoT方式，減少了基站的投入費用。另外，設備電池使用壽命基本可在5年以上，并可以拆換，單價約為150元，續航能力的提升提高了設備的性價比。

區域檢漏法的定量分析一方面可以判定滲漏，另一方面也可以推進高校的用水定額管理，從而進一步提高用水人員的節水意識；相關分析測漏設備提高了監測效率，對滲漏點的快速定性定位減輕了管理人員的工作壓力，為管理人員深入研究滲漏監測提供了有效時間。

3.4 老舊管網的更新

高校的供水管網主干網的管徑通常為DN200～400，管材主要以球墨鑄鐵管和塑料管為主，進戶支管常為DN65～200，管材主要以鑄鐵管和塑料管為主。消防管網主干網管徑通常為DN100～200，支管常為DN65～150，管材主要以鑄鐵管和塑料管為主。球墨鑄鐵管、塑料管的腐蝕性滲漏較少，此類滲漏多發生在支撐不良、沉降區域，以管件接口處滲漏為主。鑄鐵管的腐蝕性滲漏較為多發，尤其以砂眼滲漏、管段腐蝕破壞滲漏為主，也是暗漏的主要源頭。聽音法的難點除了圖紙技術資料，還需要專業隊伍去識別滲漏，而一個點位的滲漏監測外包費用約為3 000元，老舊管網通常薄弱點較多，一個點修復后，其余薄弱點位承壓后開始陸續滲漏，此類后續滲漏點位的發現和滲漏量取決于聽音法的頻次，管理和修復費用投入較大。相關分析檢測法安裝滲漏監測相關儀后雖然可以實現連續監測，但對于損壞管網的重復維修，難以起到根本解決作用。此時，可以根據同一區域反復監測到的滲漏點位，評估管網的使用狀況，結合管線改造對學校工作秩序的影響程度，對管網進行整體或部分改造。

4 滲漏監測實例及效果

中國藥科大學玄武門校區建于1946年，地下管網經長年更迭改建，管線交錯復雜，給水管網漏水嚴重。2016年6月，結合校區路面出新項目，完成了整個老校區的供水主線和室外消防主線管網的改造，耗時2個月，改造費用約400萬元。改造完成后，根據節能平臺中老校區科研大樓和綜合服務樓的區域表計數據異常顯示，利用區域檢漏法和局部管線更新法，查出了滲漏源。結合同期用水數據及水費對比，玄武門校區的用水量從每日1 400噸下降至600噸，每天節約水量800噸。其中，研究生實驗樓的用水量從每日620噸下降至220噸，綜合樓的用水量從每日350噸下降至每日25噸。供水管網改造完成后年節約水費約100萬元，取得了良好的經濟和社會效益。

中國藥科大學江寧校區建于2004年，2019年7月，學校試點對江寧校區學生公寓組團的供水管網和消防管網上安裝了相關測漏儀65臺，經費投入約90萬元，安裝點位如圖1所示，相關測漏儀在相應管件部位進行綁扎安裝，不破壞管道，安裝方式如圖2所示，設備采用NB-IoT和4G傳輸方式反饋數據，通信由運營商完成，無須另外敷設傳輸線纜，安裝和維護簡便，收集的數據經過大數據及人工智能技術完成漏點識別。初次安裝后，經過2天的智能模擬，設備于第3日發現9處不同滲漏點，即時安排維修后，根據維修前后抄表數據顯示，僅AB組團的用水量從每日610噸下降至160噸，合計每日節約450噸，后2019年7月至2020年1月相關測漏儀對此區域實時報警25個滲漏點位。按照滲漏量核算，已完成投資回收。同期請專業隊伍利用聽音法在校園其他區域進行測漏，通過一個月時間的巡查監測，發現整個校區漏水點20個，此法測漏工作中人員頻繁出入公共建筑和校園，還需通過鉆孔確認滲漏點位，易出現較大位置的偏差，探孔位置易破壞地面，對于外來人員和現有地面成品設施帶來一定管理難度。同時經被動檢漏法校園巡視，發現漏水點8處，合計預估節水量每日200噸。

圖1 相關儀安裝點位

圖2 相關儀安裝方式

相較于聽音法和被動檢漏法，根據滲漏點的維修反饋，相關測漏儀報警滲漏點位均為支網暗漏，相關儀報警點位偏差20 cm以內，并實現了同一管段多個漏點的同時監測報警。通過相關儀的安裝，測漏效率和準確性大幅提高，降低了管理人員的工作強度和管理難度，加快了滲漏維修的工作效率。

5 建議與結論

根據上述監測技術的分析及應用實例表明，滲漏控制難點在于暗漏的控制，圖紙技術資料的收集有利于滲漏的深度監測，同時滲漏監測的重點主要在用水支網，高校應當注重管線資料的搜集，可尋求與地方政府合作，共享管線資料成果。

高校應加大滲漏監測設備的投入，加強定量與定性技術的應用，確保滲漏監測的即時性。對于管網狀況良好的高校，在應用區域測漏法判斷的基礎上建議加大聽音法分析檢漏的頻次，對于管網狀況一般的高校，建議采購相關測漏儀設備以達到即時反饋的效果，此種類型投資回收期較短。對于管網狀況十分惡劣的高校，可根據實際情況進行管網全部改造，或保留主管網對區域支管進行改造，并加裝相關測漏儀。同時，為了提高被動檢漏法的效果，應加強節水宣傳教育，推進用水定額管理，提高用水人員的節水意識，加強校園巡查，達到及時反饋的效果。

消防管線的滲漏重點主要集中在室外管網，應注重對相關消防高位水箱、消防水池補水管的流量監測，為降低消防水池滲漏造成的補水影響，應定期每月對消防水池采取儲水試驗進行滲漏監測。