壓力法在供水管網檢漏中的應用

彭高潔， 袁 程， 鄧仁健

(1.湘潭中環水務有限公司，湖南湘潭411104；2.湖南科技大學土木工程學院，湖南湘潭411201)

供水管網漏損是國內外供水企業運行管理過程中無法避免的問題[1]。管網漏損會使供水管網水壓偏低，影響用戶的正常用水，還會加大企業運營成本，導致城市水資源的浪費。由于城市供水管網具有復雜性、隱蔽性、數據多樣性等特點，漏水點往往不能及時發現。因此，如何快速且精確地找到漏水點就成為解決供水管網漏損的首要問題。隨著信息化的快速發展，供水管網的壓力等關鍵數據信息能夠及時、準確地反饋。將這些信息結合先進的管理與理論，并引入到供水管網的實際管理中，能夠更加高效地解決供水管網的漏損問題。壓力法[2]檢漏旨在運用信息化壓力監測設備，監測管網中的壓力變化，進而判斷供水管網是否發生漏水并確定漏水范圍。基于此，筆者重點研究了壓力法在開放式和承壓式漏水中的應用，以期為城市供水管網的檢漏、聽漏等工作提供參考。

1 壓力法檢漏的原理與基本程序

根據相關研究或者實際操作方法，壓力法檢漏的一般要求如下：

① 根據供水管道條件，依次布設壓力監測點并編號，其中第1個點宜設置在供水主干管的位置，最后1個點宜設置在漏水點之后。壓力監測點宜設在離主管較近的位置，例如消防栓、水表箱等，盡量減少其他用水對主管監測壓力的影響。

② 當在壓力監測點上安裝壓力監測設備時，應排盡設備前的管內空氣，并保證壓力監測設備與管道連接處不漏水。

③ 當采用壓力法檢漏時，應避開用水高峰期，選擇管道供水壓力相對穩定的時間段觀測并記錄各監測點的管道壓力值。一般建議在凌晨2：00—4：00進行，該時間段的數值較為準確，壓力監測點的記錄與間隔時間應相同。

⑤ 應使用RTK等測量設備測量每個監測點的黃海高程，并根據供水管道輸水和用水條件計算管段的理論單位長度水頭損失。

⑥ 采用壓力法檢漏時，應將各監測點實測的管道供水壓力值轉換成測壓管水頭值，并繪制該段管線的實測測壓管水頭表格或曲線。

按照式(1)計算測壓管水頭值：

Pa=h+Pt

(1)

式中Pa——測壓管水頭，m;

h——壓力監測點的地面高程，m;

Pt——測試壓力值，m。

根據式(2)計算管道壓力坡降[3]：

本研究選用的73個薔薇屬植物均為二倍體[31-33]，其中22個為古老月季品種(Old garden roses, OGR)；其余51個為野生種、變種和變型(表1)。根據分析需要將51個種劃分為2個類群：(1)薔薇野生種(wild species, WS)，包括33個種或變種；(2)月季組(Sect. Chinenses DC., SC)，包括18個基因型。研究材料部分采集于云南省農業科學院花卉研究所國家觀賞園藝工程技術研究中心種質資源保存基地，另一部分由云南艾薔薇園藝科技有限公司提供。

Δh=1.1i×L

(2)

式中 Δh——水力坡降，m;

i——單位長度水頭損失;

L——管道長度，m。

2 壓力法在實踐中的運用

2.1 開放式漏水

2018年2月，湘潭市岳塘區馬家河石灰廠附近村民反映水壓偏低，影響正常用水。時值年關，為了不影響用戶過年，管網維護中心立即派出維護人員趕往現場聽漏。但由于管線長達1000多米且管網末端壓力不足0.1 MPa，聽漏難度相當大，始終無法確定具體的漏水位置，決定采用壓力法來尋找漏水點。

如圖1所示，在供水管網主干管上安裝1臺壓力監測設備(編號為1#)，在漏水支管上安裝3臺壓力監測設備(編號分別為2#、3#和4#)；壓力遠傳監測設備每15 min采集1次壓力數據，持續監測2 d，4個點的監測壓力變化見圖2。

圖1 壓力監測點安裝示意Fig.1 Location of pressure monitoring point

圖2 各點的壓力曲線Fig.2 Pressure curve of each point

由圖2可知，每天2:00—5:30被檢測管網監測點的壓力比較穩定，故選用2月8日3：00的壓力數據作為計算依據，詳見表1。

表1 馬家河管網監測點計算Tab.1 Calculation of monitoring points of Majiahe pipeline network

根據式(2)計算出4個節點之間的單位水頭損失[4]如表1所示。根據結果可知1#、2#壓力點之間與2#、3#壓力點之間的單位水頭損失值相同，而3#、4#壓力點之間的單位長度水頭損失值偏小，因此可以判斷漏點位于3#、4#壓力點之間。Δh=12.5 m，i=0.035，根據式(2)可求得漏點距離3#壓力點357 m。

通過計算得到的具體位置，最后通過精確聽漏，基本確定漏點位置在距離3#壓力點360 m處，最終開挖結果也與計算結果基本一致。

2.2 承壓式漏水

在管網檢漏中多次應用壓力法，能較快且準確地找到漏點，但在實際運用中也發現了一些問題。例如在雨湖區寶豐街道的管道漏水檢漏中，采用壓力法，在主管道和漏水支管上分別安裝了2個壓力遠傳監測設備。通過對比發現，在一水廠夜間減壓供水期間(通過降低城市夜間管道壓力，降低漏損和爆管率)，主管壓力隨之下降，而漏水支管的壓力并未下降，壓力與白天相比基本不變，不符合常理。寶豐街道測壓管水頭曲線如圖3所示。

圖3 寶豐街道壓力測壓管水頭曲線Fig.3 Water head curve of pressure pipe of Baofeng Street

分析認為該管道漏點應該是類似地下水的承壓式漏水，白天漏水浸潤至土壤且無處排水或排水較慢時，造成承壓。夜間主管壓力下降，土壤內依舊有承壓水，管道內外壓力差大幅減小，導致漏水量減少，因此夜間壓力未隨主管壓力波動。隨后找到漏點并開挖的過程也驗證了這一推斷，該處土質嚴實且無處排水，是造成承壓漏水的原因。

3 結語

在供水管道檢漏中應用壓力法，能較快且準確地找到漏水點。尤其是采用現代信息化技術，能夠更加頻繁、準確、及時地記錄和分析壓力數據。同時，通過壓力法積累的管道漏水等壓力大數據，在未來的管網水力模型建立等應用中也能發揮至關重要的作用。