供水管道泄漏检测技术及应用策略研究

【摘要】供水管道是关系到国计民生的重要设施，在供水的过程中泄露是一个常见的问题，基于互相关法式微泄漏噪音检测技术是先进的供水泄漏检测技术，本文以此为重点，对于供水公司在实际工作中的运用进行探讨分析，以供参考借鉴。

【关键词】供水管道；泄露；噪音检测；技术应用

水是稀缺的自然资源，水资源匮乏已让节水成为一个全球话题。但每年还是会因为供水管道的泄露造成庞大的水资源损失，欧美等国家的管网泄漏率平均达到了12.31%，亚洲国家也大多在10%左右徘徊。这使得供水管网的泄漏检测必须尽快找到先进而科学的管理办法，使水资源成为人类共同的财富。

一、传统检测技术概述

传统的管道泄漏检测方法主要利用的是声学原理，听音棒、漏水探测仪等是主要的使用设备，把这些设备和管网外露的部分进行接触，用听觉详加辨析设备震动的声音，从而判断出这些管道是否泄露。深藏在管道内的阀门、水表等等也可以利用漏水探测仪进行声音的捕捉，从而判断运行状况。但是这种方法较为简陋，仅凭检测人员的耳朵非常容易造成误差，而且随着人流车流的干扰，误差率会急剧增加，超过50Hz的频率，人的耳朵就已经分不出信号的差别，因此，传统方法的局限性越来越大，逐渐退出了供水管道泄漏的检测工作。

二、泄漏噪声互相关分析检测技术

20世纪80年代，国外的研究人员开始在供水管道领域中实验泄漏噪声的化相关分析技术，取得了较好的反馈，近年来，国外针对泄漏的检测集中在管道材质方面，采用的数据分析处理技术，把互相关函数的计算归并进去，大大提高了验算的准确性。国内引入之后，又做了进一步优化。

（一）互相关的定义

互相关指两路信号之间的相似性。因为两路信号的时间不同步，会造成一前一后两个数值，利用这两个数值的相关函数，需要进行幅值和极性的计算，把数值之间的延迟量△T分离出来，然后进行相关性的计算与判断

T1 =L1/V，T2 =L2/V，

因为△T=T1-T2 =（L1 -L2）/V，L1=D-L1，△T=（D-2L1）/V

所以，L1=（D-V·△TV）/2

在这里，T1表示传感器1收到信号的时间，T2表示传感器2收到信号的时间，D表示空间中两个传感器之间的距离，△T是两个信号之间的时间延迟，即峰值时的时间。V指管道内的声波的传播速度，它和管道的半径有着直接的联系。

（二）漏水噪声监测设备的构成

漏水噪声监测设备是由声音的传感器、无线信号的发射器、无线信号的接收器、数据的处理模块等部分组成。检测设备会放在被测管道的两个重要节点来收集信号。如消防栓、闸阀等。噪声信号通过声音的收集，将传感器的距离、信号延迟的时间、声音在管道中传播的速度等等计算出来，就可确定管道的泄露位置。

三、LeakFinder的运用

掌握了泄漏噪声互相关的分析原理之后，各国的科学家不断改进这项技术，目前使用最为广泛的是LeakFinder技术，在互相关分析检漏原理之上，又加入了信号的处理与分析检测软件。这是一种给予互联网技术的更加精密的方法。它在计算机上安装了声卡不及能够反映出漏水的情况，还能记录与重复播放漏水的噪音信号。这个信号随即被高强度的计算设备进行了详细的定位，所有的传感器、感应点、信号调整模块等等都被纳入到这个完整的系统中，使计算的精度进一步加强。

LeakFinder主要由数据采集模块 、信号调制模块、频谱分析模块、输出模块组成。它们在工作中各司其职，发挥着独立而紧密的功能。

（一）数据采集模块

传感器是一个介质，一面不断的收集各种各样的信号，一面把收集到的信号转化成为数据发送到计算机上，然后经过 A/D 转换和分析处理后，数据就成为标准的wav和ASCII格式，并被保存下来。计算机的声卡不断的记录，也可以无限重复的播放，从而确定漏水的位置。用户在采集数据的参数时，可以自定义这个参数，包括采样的频率、如何记录这些声音、熟知的分辨率是多少、记录的时间段等等。虽然可以调控的因素比价多，但是经过多次反复实验，能够确定最佳参数指标，采样的频率在11025Hz至44000Hz之间，把分辨率设置在16位上，并且可以灵活的进行A/D之间的转换，单声道和立体声之间也可互相转换，记录的时间大约在30-60秒。

（二）信号调制模块

在大多数的情况下，互相关泄露分析噪声技术必须把振幅过高、波段过窄的噪音剔除掉，不让他们和互相关峰值中对应的某些内容发生背离。在信号的调制模块中，用户可自行定义频率范围，或让它们定义在一个高通的位置，或定义在一个低通的位置，总之是将干扰的信号控制到最低。有些情况下还会采用信号滤波的方法，如前值滤波、后值滤波等，最大成都的拦截干扰信号。事实证明，前值滤波的效果要比后值滤波好。

（三）频谱分析模块

这是一个可让用户自行定义噪音喜好的参数和滤波的墨块。材质不同的管道、距离不同的传感器，任何一个微小因素的变化都让频率的变化千差万别。例如在塑料的管道中，噪音信号的振幅小，频率范围窄，这时的高通频率要设置在50Hz-100Hz之间。金属管道的干扰信号较多，应该把频率设置在200Hz-800Hz之间，对频谱的分析让我们又进一步细化出自动分析、相关分析和互相关分析三种方法。

（四）输出模块

噪音信号的自动频谱、相关分析、互相关分析都可运用曲线图来清晰表明它们之间的关系。曲線图可更加清楚的表现出声音的延迟、设备的泄漏的情况。设备的管径、管深、漏点的类型、大小等等也被包含在其中。但是有一点是一致的，那就是管径越大信号衰减越快，金属的衰减速度快于塑料的。所以该方法还能对金属材质的泄漏速度进行一些缓解，使其和塑料可以同步优化，进一步减小计算的误差和干扰因素。

结语：

基于互相关法的泄漏检测技术在推广过程中得到了不断的完善，这也让这一方法的优越性被充分的挖掘出来。有研究数据表明，该方法的精度可以达到90%以上，而且无论是什么样的材质，都能取得较高的竞速，可见其适用性是极为广泛的，值得推广应用。

参考文献：

[1]马力辉，崔建国.城市供水管网漏损探讨[J]山西建筑； 2003 ， 29 （2） ：90-91

[2]赵文库城市供水管网施工及漏损防治策略[J]工程技术：引文版 ， 2016 （4） ：74.

作者简介：刘小玲，女，广东东莞，助理工程师，从事供水管道维修与测漏。