供排水管网检测技术发展现状

白若男

【摘 要】地下管线问题已经成为生态文明建设中的热点问题，其中供排水管道漏损问题尤为重要。在管网的运行和维护过程中，需要选取适当的漏损检测方法对管网进行定期监测和维护。经调研发现，目前已有不少漏损检测方法，但尚缺乏系统的经验总结。文章对市面上常见的供排水管道检测技术手段进行梳理，以期为研究者提供参考资料，为相关工作者提供实践经验。

【关键词】供排水;管道检测;地下管线;管道渗漏

【中图分类号】U992.4 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2022）02-0043-03

每一个城市的发展都离不开完善的公共设施，地面上的公共建筑、各类道路，地下的供排水管网、天然气管道、电缆等设施都有各自的使命，需要一起承担保障城市安全运转的重大责任。地下管网是现代化城市运行与发展中必不可少的重要部分，特别是在人居环境日益受到重视的今天，供排水管网系统能否安全、稳健地运行，关系到绿色城市能否正常运转，是绿色城市重要的保障。

目前，供排水管网在运行过程经常存在漏损，漏损不仅会造成水资源的浪费，影响人们的日常生活，还需投入大量的资金进行管网的修复或改造，大大增加城市维护和运行成本。因此，需要对管网进行定期监测，查找漏损位置，进而减少管网漏水事故，保障供水安全和城市水环境。

1 给水管网检测技术

1.1 给水管网检测作用

自来水管渗漏问题是水厂经常会遇到的问题，这是很难彻底解决的问题，也是事关百姓用水安全的关键问题。地下管网的错综复杂性、管网的质量和通水能力的未知性都大大增加了其检测和维修难度。就供水管道而言，渗漏会导致产销比大大降低，引发道路镂空、沉降等问题[1]。因此，供水管网的漏损率也是衡量供水企业管理水平的一项重要指标，直接影响供水企业的经济效益。如何针对供水管网的特点加强供水企业的管理，降低管道漏损率、节约水资源、提高经济效益，是一项长期而艰巨的任务[2]。

大多数的水管漏水都是从小漏渐渐变成大漏，漏点周围泥土被水长时间浸润和冲刷而逐渐漏空，水直接被大地吸收。随着地下水管漏水时间的延长，漏点周围地下水饱满后水直接流到污水井、雨水井，增加了雨污管网负担，引发一系列问题。因此，必须通过日常维护和定期检测提前发现渗漏位置，早做修复，提高产销比，降低安全风险[3]。

1.2 给水管网检测技术

给水管网渗漏现象普遍存在，目前通常在发现问题后，会采用一些技术手段排查渗漏点，然后进行修补，而具体采取哪种检测方法，就要结合地下情况判断。

1.2.1 区域装表法

区域装表法是通过读取漏水引起计量差而判断漏损位置和漏损量。具体实施方法是首先选定某一区域作为供水管网的计量区域，然后寻找流入和流出该区域的位置并安装计量表，假设流入流出的总水量位置无误，也没有其他计量损耗，那么流入口、流出口的计量差额必是此区间的漏水损耗。可以看出，水量表装得越多、分割的区域越小，获得的信息量越大，对实际漏水情况的认识更清楚。但是，区域装表法不能确定漏水点具体的位置，所以不能作为破路修复的主要依据，仅能作为参考资料[4-6]。

1.2.2 听音法、声振法

听音法和声振法是利用漏水引发振动和发声效应判断漏损情况。通常是借助某种传声工具听漏水产生的声音，检测人员可以通过声音的强弱与音质等特点判断漏损的具体位置。传声工具有听漏棒、测漏仪等常见的设备，目前是国内外普遍应用的一种有效方法[7]，具体原理如下。

管道供水是依靠压力传输水的，因此供水管道沿程都有水压存在，因此倘若供水管道有破损，破损位置的水会在水压的作用下向管外喷射;水在喷射过程中会与漏损孔隙产生摩擦并发出噪声。噪声沿着管道的两侧分包传播，通常数十米的范围内都可以听到该噪聲，有的噪声可以传播几百米[8]。

此外，埋设在地下的管道，其喷射出来的压力水会冲击土层，引起砖石块、土质等轻微震动，该震动同样会沿着土层传播至地面附近，人则可以在地面听到低频的声音。

同时，从漏损点喷出的压力水可能在冲出管道后发生扰动（回旋），产生气泡，检测人员会听到气泡声。压力水的喷出口位置震动会产生声音，引发的其他位置的附加震动还会产生声音[9]。

以上描述的各种声音都是管道漏损形成的，但是其直接相关因素并不相同;因此，检测人员听到的可能是其中的一种或者几种声音的混合，所以漏水声是多变和复杂的[10]。

1.2.3 红外法

红外法是根据漏水引发红外辐射局部变化（温度效应）判断漏损。当地下管道发生漏水，漏水位置的局部区域与周围将产生一个温度差，如果能感知到该温度差，则可以间接地感知到漏损位置。选用的感知温差的方法即为红外热成像技术，红外热成像技术其本质是利用光电技术来检测物体热辐射的红外线特定波段的信号，获取的信号则可转换成容易分辨的图像和图形，人们通过识别该图像和图形判断漏损情况。

需要特别注意的是，红外辐射可能会受其他因素影响，地下的漏水情况可能因其他因素而发生变化，所以红外法在一些区域同样仅仅可以作为辅助判断的依据[4]。

1.2.4 探地雷达法

探地雷达（Ground Penetrating Rader，GPR），是天线发射和接收高频电磁波探测介质内部物质特性和分布规律的一种地球物理方法，依据的原理是不同介质的介电常数不同。其实是移植使用“雷达”于地下判断漏损。

供水管线产生漏损后，会在漏损点周边产生一定程度的土壤富水，富水区介电常数高于周边普通土壤，含水量越高，介电常数越大，地质波速变低，可依据此特征判定所探测区域的富水范围，从而推断泄漏的范围和泄漏点位置。

但是，由于地下介质与空气不同，分层杂乱性大，对电磁波穿透程度有限，特别是在水管周围已有积水，喷口朝下的情况不易看清，加之目前这类仪器价格昂贵，精确性高的设备主要依靠进口，因此尚未达到普及使用阶段。

1.2.5 相关检漏法

相关检漏法的本质属于声振法，主要也是根据声音的传播规律判断漏损情况。一般而言，漏损点将会发生震动，引起的震动也会向管道两侧分别传播，假如在管道两侧分别放置传感器接收声波，那么这两个传感器接收到的信号将会有一个时间差，该时间差取决于管道的声速和漏损的位置。

与听音法相比，相关检漏法更具有客观性，利用管道的传声作用，传感器直接安装在管道上进行测量，再由仪器计算位置，排出了很多干扰因素。当然，使用相关检漏法的前提条件是可以找到两个可以放置传感器的位置，使得传感器能够直接接触管道;这就要求检测人员掌握较为丰富、准确的管线资料，清楚管道的走向、弯曲位置、口径、声音的传播速度等信息。此外，相关检漏法的配套设备价格高，对检测人员的素质要求也高，需要具备一定的计算机使用能力。

目前，国外的相关检测仪有不少流入中国市场，为大型自来水公司提供产品和服务。但是，我国现有的管网情况复杂，目前还没有专用的监测点可以安装传感器，难以发挥相关检测仪的优势，大多数情况还需要其他传统手段完成检测工作。

2 排水管网检测技术

鉴于城市排水管道可能出现的种种问题，在西方发达国家，对城市地下水排水管道的检测和普查平均5年进行一次。国内各大城市逐步认识到排水管道检测的重要性，引进了内窥检测设备和技术，已开始对管道进行系统的普查和检测[11]。

2.1 排水管道检测的缺陷分类和作用

2.1.1 缺陷分类

排水管道检测缺陷可以分为两类：？譹？訛功能性缺陷，包括沉积、树根、残墙坝根、障碍物、结垢、坝头和浮渣等;？譺？訛结构性缺陷，包括变形、支管暗接、破裂、渗漏、腐蚀、异物入侵、错口、起伏、脱节、脱落等。

2.1.2 检测作用

排水管道的检测主要有6个作用：？譹？訛排查居民、商店或工厂的非法排污口或混接口;？譺？訛检测污染区域、管道渗漏、腐蚀、破损;？譻？訛完成管线普查工作，寻找被隐藏的检修井位置或不明管段的位置;？譼？訛调查管道内部淤积、排水不畅等情况;？譽？訛新建管网或老旧管网改造工程的竣工验收工作;？譾？訛检测污水排放情况[11-12]。

2.2 管道外检测技术

管道外检测技术主要有4种：探地雷达法、红外温度记录仪法、撞击回声法、表面波光谱分析法。这几种方法具有无损的特点，安全系数高[13]。

2.2.1 探地雷达法

探地雷达（GPR）是天线发射和接收高频电磁波探测介质内部物质特性和分布规律的一种地球物理方法，依据的原理是不同介质的介电常数不同。GPR在管道外检测工作中，主要用于量测土壤层的孔洞深度和尺寸，混凝土管的层理和饱和水渗出的范围，还有探测管道下的基础。

GPR不需要开挖等操作，施工成本低，但仪器本身价格昂贵，并且输出图像复杂，对操作者的经验要求较高。

2.2.2 红外温度记录仪法

红外温度记录仪法的原理是通过温差的测量推测土壤层的空隙和渗漏情况。由于排水管道周边的土壤和渗漏位置附近的土壤会有温度差，因此通过温度图像就可以判别渗漏情况。

但此方法不能查明孔隙尺寸，只能用于渗漏点的定位和腐蚀孔洞的定位。此外，该技术对温度传感器的依赖性较强，对技术人员的经验要求也较高。

2.2.3 撞击回声法

撞击回声法的原理是利用应力波在管道的传播规律分析管道的结构和相关信息。锤击会产生应力波，地下的装置能够产生反射波和内部的裂纹，当应力波在不同的速度下传播时，就会通过不同的路径在管道外的土壤中散射，此时分析仪就可以将不同频段的波进行分量，进而绘制出相关的信息。撞击回声法常用于检测大口径的排空混凝土管和砖砌管道。

2.2.4 表面波光谱分析法

表面波光谱分析法主要是利用一个传感器和一个频谱仪对管道及周边的土壤进行分析，进而检测管壁的位置和土壤条件。一般而言，该方法主要用在大口径的管道检测工作中。

2.3 管道内窥检测技术

2.3.1 管道CCTV检测

管道CCTV检测（即管道视频检测）是采用闭路电视采集图像，进行影像显示和记录的集成系统，传输方式为有线方式，系统的主要组成部分包括3个：主控制器、绕线车和摄像爬行器。一般而言，管道CCTV检测主要适用于200～2 000 mm管径的排水管道。

检测时，操作者通过手柄操控爬行器，手柄可以远程控制爬行器在管道的行进方向和爬行速度，还可以控制爬行器上摄像头的旋转、变焦和照明。管道内部的高清影像信号则可以通过线缆传输到主控制器上。管道内部的具体情况可以实时地传输到检测人员手中并存储，检测工作完成后，检测人员就可以根据整体的影像资料进行管道缺陷的分析，进而编写检测报告。该项检测为目前管道检测行业里面应用最广泛的项目，数据客观且可靠，检测手段成熟，效率较高[10]。

2.3.2 管道声纳检测

管道声纳检测主要原理是利用声波的反射探测管道内的物体，并对其进行定位，其优势在于能够提供量化的、准确的数据，能够鉴定、判别管道的破损状态。具体是借助水这一介质对管道内壁进行扫描，采用的扫描工具为声纳检测仪。一般一個声纳系统主要包括3个部分：发射探头、电缆绕线车和主控。可以看出，管道声纳检测方法的优势在于不需要排干管道中的水，但受到其探测原理本身的限制而只能检测液面以下的情况，不能检测管道中无液体存在的部位[10]。

2.3.3 潜望镜法

潜望镜为便携式视频检测系统，该检测系统所运用的镜头具备高变焦倍数和高效的照明灯光系统，操作人员将镜头安装在可伸缩连接杆上，然后将镜头下放至管口位置，通过一个控制器同时调节亮度和焦距以获取清晰的影像资料。潜望镜对检测比较深的窖井和窖井附近的管道十分有效，适用的管径主要在150～2 000 mm。在管道普查工作中，潜望镜检测比较便捷，但因其无法进入管道，所以对管道内部缺陷的检测，还是管道CCTV检测机器人更具可行性[11]。

3 结语

供水行业的发展参差不齐，地下管道情况复杂，尚未出现具有普遍适用性的漏损检测方法和管理模式。本研究对目前常见的城市供排水管网的渗漏检测技术进行了总结和梳理，对每一项技术原理和适用性进行了分析，对工程应用有指导意义。此外，随着越来越多的供水企业、环保企业重视管网的运行和管理，也将帮助企业更快地积累相关经验。

参 考 文 献

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