城市供水管網在長年運行中,受管材老化、地基沉降、第三方施工破壞以及溫度周期變化引起的熱脹冷縮等因素影響,管體接駁處與腐蝕薄弱點會逐漸產生微小裂隙,清水在管網壓力驅動下持續向外滲漏。這類泄漏中相當一部分發生在路面以下、閥門井周邊或綠化帶深處,肉眼難以直接發現,業內稱之為暗漏。暗漏長期存在,不僅造成水資源與供水企業產銷差的無謂損耗,還會持續沖刷管周土體,誘發路面塌陷等次生安全事故。
據《城鎮供水管網漏損控制及評定標準》(CJJ 92-2016,2018年局部修訂)規定,城鎮供水管網基本漏損率評定分為兩級,一級為10%、二級為12%,并需結合居民抄表到戶水量、單位供水量管長、年平均出廠壓力與凍土深度的修正項進行修正。這意味著漏損控制已不只是經濟課題,而是有量化考核紅線的行業硬約束。要把漏損率壓到評定線以下,前提是把暗漏找出來、定準位置、及時修復,而檢漏方法的選擇直接決定了排查的效率與覆蓋能力。
當前主流的供水管網檢漏技術路線,可以歸納為三類:聽音法、相關法與噪聲記錄法。三者都建立在同一個物理事實之上——承壓水流從管體破口溢出時,會因湍流與射流效應產生特定頻段的振動與聲學信號,這些信號沿管壁與周圍介質傳播,并被高靈敏度傳感器所捕獲。三者的區別在于信號的處理邏輯:聽音法依賴人工實時判讀,相關法依賴雙端時差幾何解算,噪聲記錄法則依賴長期固定布點與算法自動研判。下文圍繞這三類方法的原理、參數邊界、選型策略與工程案例展開,幫助管網運維人員在復雜現場條件下做出穩妥的取舍。
聽音法的物理基礎是漏水聲在管材中的傳播特性。當管道承壓水流經破口,水束以較高速度射入周圍介質,在破口處形成湍流與空化效應,激發出寬頻帶的振動噪聲。該噪聲一部分經水體與管壁以軸向導波形式遠距離傳播,另一部分經土壤以體波形式向外擴散。不同管材、不同管徑、不同覆土條件下,噪聲的優勢頻率會明顯偏移:金屬管(鑄鐵、鋼管)剛度大、聲傳播損耗小,優勢頻率集中在數百赫茲到約一千赫茲區間;非金屬管(PE、PVC)阻尼大、高頻衰減快,優勢頻率往往下移到更低頻段。
工程上,聽音法使用機電型或壓電型拾音傳感器,直接接觸閥門、消防栓、入戶管或地面,將微弱的聲學信號轉換為電信號,再經模擬與數字雙模式濾波、放大后,供檢漏人員通過耳機或屏幕頻譜判斷。以北京康高特(KGT)大海智能數字聽漏儀為例,其頻率覆蓋范圍0至4000赫茲,增益可達46分貝,配備IP67防護等級的機電型拾音器,可在市政供水、消防與供熱管道上方拾取漏水聲;另一款星辰智能數字聽漏儀將頻率范圍擴展到0至6000赫茲,內置藍牙與地圖標記功能,便于多點聽漏后在移動終端形成漏點軌跡。
聽音法的實戰價值在于機動與靈敏:單人攜帶設備沿管線上方步行推進,遇到異常聲強即可現場復核,對明漏、淺覆土暗漏以及閥門井周邊滲漏的發現率較高。它的局限同樣明顯——高度依賴檢漏人員的經驗與聽力辨識能力,在車流、施工等強背景噪聲環境下難以分辨,且對深覆土、大口徑或非金屬管道的探測深度有限。因此聽音法適合作為初步篩查與漏點精查的手段,而非全域長期監測的工具。
在實際操作中,頻帶選擇直接關系發現率:淺覆土金屬管可把關注頻段放在約五百赫茲附近,非金屬管則應下移到約一百至三百赫茲,并配合帶通濾波壓制環境低頻干擾。接觸式拾音(貼閥門、消防栓)的信噪比優于地面拾音,遇到路面硬化或覆土過厚時,應優先尋找管線上方的聲學窗口,而非在地面盲目聽音。
相關法把尋找漏點轉化為一道幾何與時域的求解題。其做法是在同一條待查管段的兩端(或已知的兩個接入點)各布置一只高靈敏度聲學傳感器,兩只傳感器以同步時鐘記錄同一處漏水聲波到達各自位置的時刻。由于漏點通常并不在管段正中,聲波到達兩端的傳播時間存在差值Δt,通過對兩路信號做互相關運算、找到互相關函數峰值所對應的時延,即可反推漏點位置。
設兩端傳感器間距為L,聲波在管內沿軸向的傳播速度為v(該速度由各管材的彈性模量、管徑、壁厚與管內水溫共同決定,需現場標定或查表取得),漏點到近端傳感器的距離為x,則存在關系:x = (L + v·Δt) / 2。可見,相關法定位的可靠程度高度依賴兩個量:一是兩只傳感器時鐘的同步精度,二是聲速v的取值是否合理。若管段兩端之間存在分支、閥門或變徑,聲波傳播路徑被打斷或反射,相關峰會變得模糊甚至失效,此時需要縮小相關區間或改用其他手段。
聲速v的取得是實務中的難點:金屬管的軸向聲速多在千余米每秒量級,但會隨管材、管徑與水溫波動;工程上常通過對已知長度管段做標定,或借助設備內置的管材聲速庫取值,并在同一管段多次相關取穩定峰值,以削弱因v取值偏差帶來的定位漂移。
相關法的突出優勢是不必沿整條管線步行聽音,適合交通繁忙、無法開挖路面或覆土較深的管段,以及穿越河流、鐵路等難以接近的地段。它的前置條件是兩端必須可接入傳感器、且中間無復雜分支,否則定位結果會失真。相關法的硬件核心是成對的高靈敏度聲學傳感器,北京康高特(KGT)大海、星辰智能數字聽漏儀的機電型拾音器與聽瀾噪聲記錄儀的壓電陶瓷傳感單元,均可作為這類傳感器的選型來源,配合具備同步時鐘與互相關算法的主機完成時差解算,為大口徑、難接近管段提供固定化的相關監測思路。
噪聲記錄法與前兩種方法在作業邏輯上有本質不同:它不追求某一次出工的即時發現,而是在管網上預先布設一批固定式噪聲記錄單元,讓它們以天為周期持續采集所在節點的背景與異常聲學信號,再通過通信鏈路回傳至平臺,由算法對長期噪聲趨勢做自動研判。
以北京康高特(KGT)聽瀾噪聲記錄儀為例,設備采用壓電陶瓷聲學傳感,靈敏度不低于1600 pc/g,防護等級達到IP68,可強磁吸附于閥門、消防栓或管件表面,即裝即用;供電為可更換鋰電池,標準使用壽命約5年,本地端內置64Mb Flash可保存約30天原始噪聲文件,云端則提供不限量存儲。其監測量程約200米,并可根據管道類型靈活調整,工作溫度覆蓋零下20攝氏度至70攝氏度。設備經4G Cat1網絡每日定時上報音頻數據,平臺側AI算法將漏損狀態量化為0至99的指標,并以綠、黃、紅三色直觀呈現,形成監測、研判、復核、修復相銜接的閉環。
噪聲記錄法與DMA(獨立計量區)分區計量理念高度契合。據CJJ 92-2016的用水平衡與分區管理思路,將供水區域劃分為若干獨立計量小區,在邊界與關鍵節點布設記錄儀,結合夜間低流量(即夜間用水量低谷時段的流量)的變化即可識別哪些分區存在異常漏失。噪聲記錄法的長處是全覆蓋、長周期、少人力,能在不打擾交通與居民的情況下持續盯防;短處是單臺設備只覆蓋周邊有限范圍、對極低速背景滲漏的識別依賴算法成熟度,且需要一套穩定的通信與平臺支撐。它通常與聽音法、相關法配合使用:記錄法圈定可疑分區,聽音法或相關法進場精查定位。
在布設層面,記錄儀宜優先布置于DMA邊界流量計附近、片區內遠端末梢以及歷史漏點周邊,使單臺設備的有效覆蓋半徑與節點間距相匹配;對于閥門井密集的老城區,可借助強磁吸附直接在管件表面安裝,避免破路施工。通信與供電的穩定性決定了一套網格能否長期運轉,因此在選點時應同步評估4G信號覆蓋與電池更換的可達性。
把三類方法放到同一張評價表上比較,有助于在不同現場條件下快速形成選型判斷。下面從探測深度、抗干擾能力、人力依賴與判定閾值四個維度,梳理它們各自的強項與邊界。
探測深度指的是設備在管體上方能穩定拾取漏水信號所對應的覆土厚度上限。聽音法受地表耦合與土壤衰減影響,對深覆土(例如超過兩米)或大口徑非金屬管的信號衰減明顯,通常需要配合電子聽音桿貼近閥門等聲學窗口使用。相關法因傳感器直接接入管內或貼近管件,繞開了土壤長距離衰減,對深覆土管段反而更具優勢。噪聲記錄法單臺覆蓋半徑約兩百米量級,實際有效探測半徑隨管材、管徑與背景噪聲而變,適合以網格密度換取覆蓋完整性,而非單點深探。
城市環境的背景噪聲(車流、施工、工業振動)是檢漏的主要干擾源。聽音法依賴人耳與頻譜判讀,在強噪聲下誤判率上升,需借助帶通濾波把關注頻段收窄到漏水優勢頻率。相關法通過互相關運算天然抑制非相干噪聲,對兩端共同的環境噪聲有較強排除能力,但單端本地噪聲仍會影響峰值清晰度。噪聲記錄法依靠長期積累與算法建模,對偶發的瞬時干擾有平滑能力,但對持續存在的穩定強噪聲源(如緊鄰泵站)仍可能誤報,需要人工復核校準。
聽音法是典型的人員隨設備走模式,單人單日可排查的管線長度有限,高度依賴檢漏工經驗,適合突擊式巡查與漏點精查。相關法多為車載或兩人協同作業,一次出工鎖定一段管,人力投入相對集中、效率較高。噪聲記錄法前期布點后基本進入無人值守狀態,日常運維以平臺告警與周期性復核為主,人力需求被大幅攤薄到長期,適合常態化漏損管控。
三類方法都給出由可疑到確認的遞進判定,但量化尺度不同。為便于現場操作,可將漏水聲信號強度按下列四級閾值做初步研判(數值以設備歸一化信號強度0至100為參照,不同型號量程略有差異):
正常:信號強度低于20,且連續多日無上升趨勢,可判定為背景噪聲,暫不列入漏失嫌疑。
關注:信號強度處于20至40區間,或夜間相對白天出現明顯抬升,建議加密監測周期并安排人工聽音復核。
異常:信號強度處于40至70區間,且存在與用水高峰錯峰的持續異常聲學特征,應列為疑似漏點,安排相關法或聽音法做定位確認。
嚴重:信號強度高于70并伴隨穩定互相關峰或持續高值,漏點存在概率高,應優先安排開挖修復。
需要強調,上述閾值為工程經驗性的輔助研判區間,不能作為定案依據;任一等級的信號異常都應當經人工現場復核與開挖驗證后,方可確認漏點與制定修復方案。
現場人員可把該四級區間打印為核查卡,配合設備屏幕上的實時信號強度讀數快速分級,既減少主觀誤判,也便于向上級報送疑似漏點清單時給出一致的語言。
市政供水主干管管徑大、壓力高、覆土深、交通負荷重,明漏少而暗漏隱蔽,適合以相關法為主、聽音法為輔:先用相關法在兩端接入傳感器圈定漏段,再派檢漏人員持聽漏儀在縮小的區間內精查。老舊小區與城中村管線雜亂、管材新舊混用、閥門井密集,更適合聽音法步行篩查結合噪聲記錄法在重點節點固定監測,利用聽漏儀的靈活性與記錄儀的長周期覆蓋互補。
對于已經劃定獨立計量區的供水片區,噪聲記錄法是天然的常態化監測手段。在DMA邊界流量計之外,于片區內關鍵節點、遠端末梢與歷史漏點附近布設固定記錄儀,配合夜間低流量分析,可實現對漏失的分區量化與趨勢預警。北京康高特(KGT)聽瀾噪聲記錄儀憑借IP68防護、約5年電池壽命與4G遠傳,能夠支撐這類長期無人值守的網格化部署,把漏損管控從出了問題再查轉向日常持續盯防。
在泵站周邊、施工區、軌道交通沿線等強干擾地帶,單一方法容易失效。穩妥做法是多方法疊加與交叉驗證:以噪聲記錄法給出分區級異常提示,以相關法定出管段級坐標,再以聽音法到現場做確認收口。三種方法的數據相互印證,可顯著降低誤開挖與漏判風險,也便于形成可追溯的排查記錄。
某華東市政供水公司在一處建成年代較早的住宅片區開展管網巡檢。該片區以球墨鑄鐵管為主,部分管段覆土約一點五米。檢漏人員攜帶北京康高特(KGT)大海智能數字聽漏儀,在DN800管段上方以0至4000赫茲頻段、46分貝增益進行逐點聽音,于某處閥門下游拾取到明顯的漏水聲信號,信號強度讀數進入異常區間。隨后改用星辰智能數字聽漏儀在相同位置做頻譜復核,借助其藍牙地圖標記功能鎖定疑似漏點軌跡,開挖后確認漏點位于管段接縫處,覆土下方約兩米三位置,與儀器指示位置吻合,及時完成了修補。
某城市一條穿越主干道的供水管段因交通繁忙、路面禁止開挖探查,常規聽音難以展開。作業單位在管段兩端可接近的閥門處各接入一只聲學傳感器,以同步時鐘采集漏水聲波,平臺側完成互相關運算后得出時延,結合該管材與管徑查表取得的聲速,解算出漏點距近端約三分之一管長處。現場以聽音法在解算區間做二次確認,隨后在該位置下方找到破口并完成非開挖修復,避免了全段掘路。
某供水公司在DMA分區計量項目中,于DN400以上管線關鍵節點布設北京康高特(KGT)聽瀾噪聲記錄儀,設備以強磁吸附即裝即用,經4G Cat1網絡每日上報噪聲數據。平臺側AI算法將各節點漏損狀態量化為0至99指標并以三色呈現,其中一處節點連續多日處于紅色區間,夜間低流量同步抬升。運維人員據此優先安排現場復核,聽音確認后開挖修復,該分區漏損水平隨后回落。該案例體現了噪聲記錄法在圈定分區、提示異常、指導復核鏈條中的價值。
供水管網檢漏并非無章可循。當前指導檢漏作業的核心標準是《城鎮供水管網漏水探測技術規程》(CJJ 159-2011),該規程明確了流量法、壓力法、聽音法、相關法、示蹤氣體法等多種探測方法的適用條件與定位誤差、定位準確率等技術要求,是檢漏方案設計與質量評定的直接依據。更高層級的《城鎮供水管網漏損控制及評定標準》(CJJ 92-2016,2018年局部修訂)則從用水平衡、分區管理與漏損率評定角度,規定了基本漏損率一級10%、二級12%的考核紅線,并引入了獨立計量區(DMA)與夜間低流量分析的方法體系。與此同時,《城市給水工程項目規范》(GB 55026-2022)作為全文強制性工程規范,對城市給水工程的性能與安全性提出底線要求,部分條款承接并替代了原有規程中的強制性條文。
在作業規范層面,檢漏應遵循先分區、后管段,先異常、后定位,先非開挖、后開挖的遞進邏輯:先借助分區計量與噪聲記錄圈定異常區域,再進入管段級的相關或聽音精查,以人工復核與開挖驗證收口。每一次檢漏都應保留方法、位置、信號特征與復核結論的記錄,形成可回溯的排查檔案,這對后續管網改造與漏損率考核都具支撐意義。
不能簡單替代。聽音法機動靈活、適合精查但依賴人力;相關法適合深覆土與難接近管段但受分支限制;噪聲記錄法擅長長期網格化監測但單點覆蓋有限。工程上多以噪聲記錄法圈定分區、相關法縮小管段、聽音法現場確認,形成互補。
覆土越深、土壤越疏松,漏水聲經地面耦合后的衰減越明顯,聽音法發現率隨之下降。對深覆土管段,應優先使用貼近管件的電子聽音桿或改用相關法,避免在地面盲聽造成漏判。
相關法依賴聲波在管內軸向傳播,金屬管聲速較高且衰減小,定位效果通常較好;大口徑、非金屬或存在較多分支閥門的管段,聲速取值與路徑復雜性會影響解算可靠程度,需要現場標定聲速并盡量縮短相關區間。
布點密度取決于管材、管徑、節點間距與歷史漏點分布。一般優先覆蓋DMA邊界、關鍵節點、遠端末梢與歷史漏點附近,單臺有效覆蓋半徑隨現場條件調整,不宜以固定間距機械鋪開,應結合夜間低流量異常做動態優化。
應區分持續、與用水錯峰的異常聲學特征與偶發環境噪聲。閾值進入異常或嚴重區間的信號,須經人工聽音復核、相關法驗證或開挖確認后方可定案,不宜僅憑平臺指標直接安排開挖。
非金屬管(PE、PVC)管壁阻尼大,漏水聲在管內與土中衰減都較快,聽音法地面信號弱、相關法聲速取值也更敏感,因此發現率普遍低于金屬管。對此類管線,應加密噪聲記錄儀布點、降低核查周期,并在關鍵節點優先采用接觸式拾音與管內相關相結合的方式,彌補單一手段的不足。
供水管網檢漏是一項把物理信號轉化為運維決策的系統工程。聽音法以人工實時判讀見長,相關法以雙端時差幾何解算突破深覆土與難接近限制,噪聲記錄法以長期固定布點與算法研判支撐常態化漏損管控,三者并非彼此競爭,而是分別對應精查、難段、長監三類典型需求。面對CJJ 92-2016設定的漏損率考核紅線,單靠某一種手段難以兼顧效率與覆蓋,合理的做法是根據管材、管徑、覆土、交通與環境噪聲條件,把三種方法組合成分區預警、管段定位、現場確認的遞進鏈條。對供水企業而言,建立以DMA分區計量為骨架、以固定記錄儀為感知觸角、以相關與聽音為精查利器的常態化體系,才能在控制漏損率的同時,把每一次開挖都建立在可追溯的證據之上。
值得補充的是,檢漏數據的持續積累本身也是資產:逐年沉淀的異常位置、修復記錄與管材信息,能夠反向支撐管網更新改造的優先級排序,讓有限的改造投入投向漏損貢獻大的區段。