把噪聲記錄儀裝到管網上,裝之前要想清楚的其實只有一件事:這臺設備給出的是一個「點」的判斷,而漏損評估要的是「量」的結論。兩者之間隔著一條完整的計算鏈。CJJ 92-2016《城鎮供水管網漏損控制及評定標準》第 4.4.7 條給出的夜間低流量監測思路,和 CJJ 159-2011《城鎮供水管網漏水探測技術規程》給出的布點與設備要求,正好分處這條鏈的兩端。下面把中間這一段接起來。
白天的管網是嘈雜的。用戶一會兒開閥一會兒關閥,屋頂水箱在補水,綠化在澆灌,同一只進口表上疊著幾十個互相不同步的負荷。漏點全天都在漏,它那點流量卻淹沒在這條起伏的曲線里,怎么放大都看不出來。夜里不同。
管網進入谷段之后,居民家中的*基本關閉,商業用戶的間歇負荷也停了下來。進口表上剩下的東西變得簡單,大致只剩兩塊:一塊是住戶難以完全避免的零星夜用,另一塊是漏點的持續出流。把這兩塊分開,第二塊即這個分區當下的真實漏失流量。
第 4.4.7 條第 2 款把夜間低流量監測列為獨立計量區流量監測的重點,并把時段安排在凌晨 2 點至 5 點之間。條文同時寫明,這個時段管內流速小,進口處的流量計量設備應具備較好的小流量測量性能。兩句一起讀,意思很明確:夜窗既是一個時間選擇,也是對進口表提出的技術要求。少了后者,前者白做。
分區與夜窗其實是互相配合的。沒有分區,夜間低流量是整座城市的一個數,幾十個互不相同的片區摻在一起,看不出該從哪兒下手。有了分區,同一個夜里能在幾十個彼此獨立的范圍里各讀各的數,誰高誰低一比即知。反過來,沒有夜窗,分區之間的橫向比對缺少共同的基準,白天時段用戶行為的隨機起伏會把每個分區的數拉得忽高忽低,比了等于沒比。兩件事一起做,原本難以著手的一筆總賬,被拆成了幾十筆可以逐筆處理的小賬。
水流經過縮徑、彎頭、閥門和管壁粗糙面時會發聲,這類流動噪聲隨流速的升高而增強。夜間用水量落到谷底,管內平均流速隨之下降,白天被水流聲蓋住的那部分漏點聲音才浮出來。這是噪聲法在夜間靈敏度更高的直接原因,也是 CJJ 159-2011 第 2.1.11 條把噪聲法的作用定為「發現漏水異常管段」而非逐個定位漏點的背景——它解決的是「這一長段里有沒有」的篩查問題。
這一點常被忽略。用水量降下去之后,管網沿程水頭損失同步減小,分區進口的壓力通常比白天高出一塊。壓力高意味著同一個漏口的出流量更大,所以夜間漏失流量要高于全天平均值,這個差值不小,后面第七節專門處理。
CJJ 159-2011 第 7.1.2 條給出了檢漏作業的環境條件,其中環境噪聲不宜大于 30 dB。夜間城市背景聲普遍低于白天,這正是把采集安排在夜窗的現實理由之一。同一條第 6.1.3 條從另一側提出要求:檢測點不應存在持續的干擾噪聲。這一條是布設的排除條件,遇到排澇泵站、換熱站、長期運行的通風機組這類固定聲源,點位要讓開,而不是靠算法去扣。
規程給出的時段是經驗區間。具體到某座城市、某一類分區,谷段的起止時刻可能整體偏移,照抄容易出現偏差。確認的辦法是回到數據本身:把分區進口表連續 30 天以上的流量記錄調出來,按 15 min 或 1 h 的間隔取同一時刻的中位數,排成一條典型日的曲線,谷底所在的連續低值區間一目了然。工業負荷占比高的區域,谷段常常整體后移。高校周邊與城中村一類的地方,夜間用水習慣與普通住宅區不同,谷段可能變窄。定好之后寫進作業指引,同一個年度周期內不再改動。
5000 戶與 2 個進水口,是第 4.4.6 條給這兩件事分別劃出的兩個數,現場很少有人去想它們與設備安裝有什么關系。戶數一旦超出,麻煩出現在兩處:一個 DMA 的進口流量隨之放大,漏點那點出流在總量里的占比被稀釋,夜間低流量的分辨率跟著下降。分區內部的管網同時變長,邊界閥門增多,零壓測試通過的概率明顯變小。進水口多于一處時后果更直接,各口流量分別計量后相加,任何一只進入低流速誤差放大區間的表,都會把自己那份偏差帶進總數。
第 4.4.7 條第 4 款把零壓測試寫成了獨立計量區建設的前置步驟。做法是關掉分區的全部進水閥,觀察分區內的壓力變化。壓力持續下降并趨于零,說明邊界封閉,分區與外部管網之間沒有暗水。壓力若穩定在某個非零值不再下降,說明存在旁路串水,此時夜間讀到的流量里混著鄰區來水,后面所有的漏失推算都會偏大。這條測試做不出來,先把邊界修好,布點的事往后放。
CJJ 159-2011 表 6.2.2 給出了直管段上的布設間距:鋼管 200 m,灰口鑄鐵 150 m,水泥管 100 m,球墨鑄鐵 80 m,塑料管 60 m。這張表的依據是聲波在不同管材中的衰減快慢,管材越軟衰減越快,間距相應收緊。球墨鑄鐵這一檔只剩 80 m,看著違反直覺,現場記錯它的情形并不少見。
聽瀾噪聲記錄儀標稱的監測量程為 200 m,指的是單個點位在理想條件下能夠有效監聽的管道長度量級,且標注了「可根據管道類型靈活調整」。它和規程里的布設間距不是一個口徑,不能拿量程去替代表 6.2.2,也不能反過來。
設一個獨立計量區內 DN75 及以上的管道共 12.0 km,其中球墨鑄鐵 7.0 km、塑料管 3.0 km、鋼管 2.0 km。按表 6.2.2 分檔推算,球墨鑄鐵 7000 除以 80 得 87.5,向上取整為 88 段、89 個點,塑料管 3000 除以 60 得 50 段、51 個點。鋼管 2000 除以 200 得 10 段、11 個點。合計 151 個點,扣除管段之間共用的端點,實際布設約 145 處。
若不管管材,一律按 200 m 一處擺放,全段只需 61 處。表面省了一半以上的設備,問題出在塑料管那 3.0 km 上:聲波在塑料管中衰減快,間距放大到 200 m 時,兩個點位中間那一段的漏聲可能已經在到達設備之前衰減到接近背景水平。省下來的部分正好落在聽感本已偏弱的地方。
表 6.2.2 給出的是直管段上的距離,而管網真正出問題的位置往往不在直線段上。彎頭、三通、變徑、閥門井、消火栓改變了聲波的傳播路徑,自身也是接口松動的常見部位,這些地方單獨布點,不計入直線段的分檔。支管末端流速小、壓力低,漏聲弱,需要額外照顧。管網高點容易積氣,水流經過時發聲雜亂,布置時與之拉開距離,別讓它干擾相鄰直線段的判斷。補點數量沒有統一依據,工程上常按直線段點數的百分之十到百分之二十預留,實際以現場復核后的布點圖為準。
凌晨 2 點到 5 點共 180 min。上文算出的 145 處點位如果全部擠在同一個時刻上傳,蜂窩網絡在小區范圍內的并發壓力會很集中。聽瀾支持現場與遠程兩種方式配置采集時間和設備位置,可以按片區把起始時刻錯開。
一種可行的排法是把 180 min 切成 18 個 10 min 的時隙,從 2:00 起依次推進,每個時隙安排 8 到 9 臺,2:00 至 4:50 之間輪流完成一輪。整輪結果在 5:00 前到齊,仍處在規程給出的窗口之內。分區數量較多時,不必每個 DMA 每夜都輪一遍,按第七節給出的排序結果調整頻次即可,重點分區每夜一次,次要分區改為隔夜或周頻。
數據回到平臺之后才進入真正的研判環節。聽瀾通過全網通的蜂窩網絡把采集結果上傳到服務器,藍牙用于近場的參數配置,用戶在多個終端登錄《供水管網在線監測系統》后可以作雙重研判:既看頻譜的分布形態,也直接回放對應的音頻。判斷依據是內置算法給出的兩個量,CNV 反映噪聲特征的關鍵值,LCF 反映泄漏判斷的可信程度,二者共同決定 0 至 99 的量化指標,并按綠、黃、紅三色呈現狀態:綠色表示未發現漏水,黃色表示疑似,紅色表示確認。三色讓大批量點位的日常巡檢變得省事,真正要落實到開挖,仍要回到頻譜與音頻上做人工復核。
設備的可靠性決定了這套流程能不能長期跑下去。聽瀾在傳感器一側內置 64 Mb 的 Flash,可保留 30 天的原始噪聲文件,通信中斷期間的記錄不會丟,服務器端另作長期保存。采集時刻與設備位置支持現場配置和遠程調整,季節轉換或檢修計劃調整之后,不必逐點跑一趟。
設備本身的安裝方式決定了這套排法能不能長期執行。聽瀾采用強磁吸附,可直接吸在管道、閥門、消防栓等金屬部件上,無需開挖和停水,單個點位的裝拆用時通常不到一刻鐘,防護等級 IP68,工作溫度覆蓋 -20 ℃ 至 70 ℃,超過 60 ℃ 的場合需要加裝隔熱探頭。供電為可更換鋰電池,官方給出的標稱壽命有 3 年與 5 年兩種表述,工程排期按偏短的一側取。
夜間低流量減去同時段的合法夜用水量,得到該時段的漏失流量。再把這一時段的漏失流量折算為全天平均,乘上 24 h 得到日漏失量。這條鏈上有三個量需要逐一落實:夜間低流量的讀數口徑、合法夜用的估計基數、折算時的壓力比。三者任意一項偏了,結論跟著偏。
下面按本文設定的示例參數推演,現場應用時須以實際數據替換。
某住宅小區構成的分區記為 A,用戶 486 戶,DN75 及以上管道 12.0 km,日均供水 210 m3/d。進口表在夜窗內讀到的低流量為 2.40 m3/h,戶均夜間合法用水按 2.0 L/(戶·h) 估計,486 戶合計 0.97 m3/h。再加上 24 h 營業的商鋪與二次供水的間歇補水約 0.25 m3/h,合法夜用合計 1.22 m3/h,相減得到夜間漏失流量 1.18 m3/h。
同區域內另有一個分區記為 B,用戶 398 戶,DN75 及以上管道 6.5 km,日均供水 165 m3/d,夜窗低流量 1.45 m3/h。同樣按 2.0 L/(戶·h) 估計戶均夜用,得 0.80 m3/h,加上下半夜的公共部分 0.15 m3/h,合法夜用 0.95 m3/h。夜間漏失流量為 0.50 m3/h。
先粗略按 24 h 恒定折算:A 區日漏失量約 28.3 m3/d,B 區約 12.0 m3/d。這個折算顯然偏大,因為夜間壓力高于全天平均,第七節會把它拉回來。即便如此,排序已經清楚了:A 區的漏失情況明顯重于 B 區。
真正進入檢修排序時,還要把規模因素消掉,用日漏失量除以管道長度,A 區約 2.36 m3/(km·d),B 區約 1.86 m3/(km·d)。除以戶數,A 區約 58 L/(戶·d),B 區約 30 L/(戶·d),兩種歸一方式都指向同一個結論:先動 A 區。布點資源也跟著傾斜,A 區按表 6.2.2 滿格布設,B 區可以減少頻次。
這項推算要能跨年比較,有三件事必須先在臺賬里寫死。一是夜間低流量的取值方式,取瞬時值還是取某一段的平均值,平均多久,一旦定下便不再更換。二是日供水量的統計周期,與用戶的抄表周期對齊,錯月的比較沒有意義。三是邊界發生變更后要重新起算,調整前后的數據不連成同一條趨勢線。三項統一之后,同一個分區在不同年份的數據才談得上可比。這條線拉得越長,判斷分區狀態的變化趨勢時把握越大,而對一次性的橫截面比較來說,只要口徑寫清楚了,也夠用。
漏口出流量與管道壓力之間不是線性那么簡單,工程上常用冪律關系描述,指數在 0.5 到 1.5 之間取值。0.5 對應剛性孔口的孔口出流理論值,漏口隨壓力升高而張開時,指數會向 1.5 一側移動,取 1.0 是管網中多種漏點混合時的常用折中。
沿用 A 區的數據。設該區夜間平均壓力為 0.32 MPa,全天平均壓力為 0.26 MPa,兩者之比為 0.8125。取指數 1.0 把夜間漏失流量 1.18 m3/h 換算到全天平均水平,得到 0.96 m3/h,日漏失量隨之降到 23.0 m3/d,占日均供水量的 11.0%。不做這一步修正時,相應數值為 28.3 m3/d 和 13.5%,高出四分之一左右。
指數取值本身帶來的擺動也不小。同樣的數據改為指數 0.5,全天平均漏失流量為 1.06 m3/h,日漏失量 25.5 m3/d,占 12.2%。改為指數 1.5,全天平均漏失流量 0.86 m3/h,日漏失量 20.7 m3/d,占 9.9%,三個指數之間差了 2.3 個百分點。壓力比測得越準、越接近真實混合漏點的指數取得越準,這一步的不確定性越小。
實現這一修正并不復雜。第 4.4.7 條在同一處要求 DMA 宜同時安裝壓力監測設備,流量與壓力均宜遠傳。有了同步的壓力序列,壓力比是可以直接算出來的,不必去估。
把上一節的敏感性分析換回來重做一遍,會發現真正的變量不在壓力指數,而在夜用基數。
仍用 A 區的數據,其他條件不變,只改戶均夜間合法用水一項。取 1.0 L/(戶·h) 時,合法夜用合計 0.74 m3/h,夜間漏失流量 1.66 m3/h,修正后日漏失量 32.5 m3/d,占日均供水量的 15.5%。取 2.0 L/(戶·h) 時得到 11.0%。取 3.0 L/(戶·h) 時,合法夜用 1.71 m3/h,夜間漏失流量降到 0.69 m3/h,日漏失量 13.5 m3/d,只占 6.4%。
基數從 1.0 擺到 3.0,結論在 6.4% 到 15.5% 之間移動,跨度超過 9 個百分點,這個幅度遠大于壓力指數的 2.3 個百分點。跨閾值尤其危險:6.4% 是一副可以再看看的樣子,15.5% 已經到了必須立即安排排查的程度,兩者的分野完全系在一個估計值上。
把基數做實的辦法是抽樣標定。在分區內抽 20 到 30 只戶用水表,抄讀 22:00 與次日 5:00 的示值,差值即為該戶整夜的合法用水,除以 7 h 得到戶均值。抽樣戶要有代表性,租戶多、夜間上班家庭多的樓層要覆蓋到。標定一年重做一次,季節變化明顯的地區一年兩次。二次供水的水箱補水、公共區域的夜間沖洗這類非居民負荷不能忽略,它們往往比戶內用水還大。
第 5.1.1 條給出的漏損指標有兩個:綜合漏損率與漏損率,其中評定指標是漏損率。術語 2.0.18 把綜合漏損率定義為管網漏損水量與供水總量之比,2.0.19 則把漏損率定義為由綜合漏損率修正后得到的指標。兩者的關系是第 5.2.2 條的算式:漏損率等于綜合漏損率減去總修正值。
夜窗推出來的那個 11.0% 落在哪一邊。它是本文第六節按一組示例參數推演得到的數值,由該分區的物理漏失水量與區域供水總量相除而來,不屬于任何公開統計。回到 CJJ 92-2016 第 5.1.1 條的口徑,它歸入管網漏損水量的一部分。綜合漏損率的口徑比它寬,還包含計量與臺賬側的差額,兩者不能直接畫等號,也不能拿一個去減另一個。
CJJ 92-2016(2018 年第 335 號公告局部修訂后)第 5.2.3 條給出總修正值 Rn 由 R1 到 R4 四項相加,R1 按抄表到戶水量占比計算,取 0.08 與該比例的乘積。R2 按單位管長供水量計算,該量即為 DN75 及以上管道長度與供水總量之比,算式取 0.99 與該量減 0.0693 的乘積,高于 3% 按 3% 計,低于 -3% 按 -3% 計。R3 按年平均出廠壓力分檔,超過 0.35 MPa 且不超過 0.55 MPa 取 0.5%,超過 0.55 MPa 且不超過 0.75 MPa 取 1%,超過 0.75 MPa 取 2%,不超過 0.35 MPa 時不修正,R4 在凍土深度超過 1.4 m 時取 1%。
按一個市級口徑的示例推演:年供水總量 9200 萬 m3,DN75 及以上管道 900 km,單位管長供水量為 0.098 km 每萬 m3,代入得 R2 約 2.82%,抄表到戶水量占比 0.60,R1 為 4.8%。年平均出廠壓力 0.42 MPa,R3 取 0.5%。凍土深度 0.8 m,R4 為 0。總修正值合計 8.12%。若該市綜合漏損率為 17.5%,減去后得到漏損率 9.4%,優于第 5.1.2 條的一級標準 10%。同組數據不做修正時是 17.5%,連二級的 12% 都夠不上,差別有多大,一看便知。
第 5.1.2 條把漏損率分為兩級,一級 10%、二級 12%,這是第 5 章給出的評定分界。《水污染防治行動計劃》(國發〔2015〕17 號)對公共供水管網漏損率提出的控制目標同為 10%,與一級標準的目標值落在同一條線上,評定口徑與行業的目標設定在這里是一致的。
把 R1 到 R4 直接套到 A 區會發生什么。抄表到戶比例按 1.0 計,R1 為 8%。單位管長供水量按 12.0 km 與年供水 7.67 萬 m3 之比算得 1.57,代入 R2 的算式后遠超 3%,按封頂計 3%。R3 按出廠壓力 0.42 MPa 取 0.5%。三項相加 11.5%,已經超過第七節算出來的物理漏失率 11.0% 本身。用錯了層級,整個信號被修正值吃掉,剩下的數是負的。
原因不復雜。R1 到 R4 是為供水企業整體或獨立計價區的評定設計的,0.0693 這個基準來自更高的管網密度和更大的統計樣本。分區層面把它拿來用,只會撞上封頂或被匆忙抹平。分區數據的正確用法是橫向排隊——比誰更差,以及同一個分區自身的縱向比——比修好之前好了多少。評定歸評定,排序歸排序,兩套口徑各歸各位。
夜間評估的結論算出之后還差一道手續。落筆前把不確定度攤開,讀者才知道這個數能撐多大結論。按對結果的影響程度從大到小排列,共七項:
夜間合法用水的估計基數。上文演示過,單項即可造成 9 個百分點的擺動,在全部來源中居首,改善手段只有抽樣標定,一年不少于一次。
夜間低流量的取值口徑。瞬時值、15 min 均值、1 h 均值三者差別明顯,一次沖廁或一個水箱補水的脈沖足以把瞬時值抬高。統一取夜窗內的 15 min 均值,并把窗口內的取值時刻記進臺賬。
DMA 邊界的封閉性。零壓測試沒通過而仍然往下算,鄰區來水會整體抬高結果,誤差方向單一且往往很大。
分區內的壓力分布。進口壓力監測點通常在邊界上,分區內部尤其是高差明顯地段會明顯偏離,壓力比取錯時第七節的修正跟著錯。條件允許時在分區的低點與高點各加一只壓力測點。
布點覆蓋的完整性。未布點或未安裝設備的管段,其漏點對這次評估的貢獻為零。這會讓結果系統性偏低,而不是隨機波動,盤點時按臺賬核對管道長度,算出實際覆蓋比例。
記錄儀讀數與漏失水量之間的轉化環節。這一項常被忽略。設備內部由壓電傳感器拾取振動,經算法給出 CNV 與 LCF 兩個量,配合以 0 至 99 的數值和三色分級顯示狀態。這個輸出回答的是「有沒有漏、漏得強不強」,不是「漏了多少」。把音量換算成流量這條路走不通,兩者之間的傳遞函數受管材、埋深、回填土、漏口形態的共同影響,現場標定不了時不要換算。
單夜代表性。一次夜窗只能說明那一夜的情況。連續多夜取中位數,比挑一個看起來漂亮的值可靠得多。
把設備量程當作規程間距。前文算過,兩類口徑相差一倍有余,且差值恰好落在聽感偏弱的管材上。表 6.2.2 的距離來源自成體系,量程是設備的覆蓋能力,兩者不是一個坐標下的數。
用設備內部的量化指標替代漏失水量計算。記錄儀讀到的聲音強弱與漏口的實際出流量之間沒有固定的換算系數,同一個讀數在不同管材、不同埋深、不同壓力下對應的實際漏量可以差出好幾倍。評估需要的是進口表和壓力和基數的組合運算,設備給的是核查位置時的依據。
把夜間低流量直接當作漏失量。中間隔著合法夜用這一層,扣錯了量級跟著錯。這也是為什么第八節花那么多篇幅勸人去抄幾十只水表。
DMA 劃定之后長期不動。用戶結構變了、閥門操作變了、周邊施工改變了邊界,分區的封閉性會退化。零壓測試按周期復測,不能只做一次便當作終身結論。
規程寫的是「一般在凌晨 2 點至 5 點之間」,給了調整空間。改之前先拿出口表的歷史數據核實地點的谷段落在何時。工業負荷占比高、夜班集中的區域,谷段可能整體后移,這時往后挪比往前挪更穩妥。改動之后務必保持一致,同一套數據里換了窗口,縱向趨勢隨之斷開。
這是第 4.4.7 條第 2 款專門提到的環節,不能湊合。夜間流速低,表具一旦進入其誤差急劇放大的區間,讀到的低流量不足以支撐后面的推算。處理辦法是更換或并列一臺適合低流速的計量設備,而不是用系數去補。
不存在通用值。同一座城市的高層住宅、老舊小區、別墅區可以相差數倍。按第八節的方法抽樣標定,取分區自身的數,比照抄別人的經驗值可靠。實在沒有條件標定時,在報告中把基數作為一個顯式的假設寫清楚,并給出取上下限時的結果區間。
先看是不是真漏。把點位附近的閥門、排氣閥、消防栓逐一核查,排除持續干擾聲源。再看相鄰點位的讀數是否支持同一個判斷,單點紅而兩側都綠,通常是局部安裝狀態的問題,例如吸附面有銹蝕層或松動。確認無誤后,按該點所在管段的管材與埋深安排開挖順序,先做閥門操作試驗與地面聽音復核。
多數情況下是邊界閥門內漏,逐個隔離后再測,能定位到具體哪一只閥關不嚴。其次是分區內存在未經臺賬記錄的連通管,例如施工臨時接管拆除后遺留的支管。壓力降到某一數值后長時間不動,基本可以判定是旁路進水而非一兩次的用戶用水。
不能。分區規模、戶數、管道長度、用水結構全都不同,裸流量值放在一起沒有意義。先做完第六節的減法,把合法夜用扣掉,再按管道長度或戶數歸一,得到的單位指標才具備橫向可比性。歸一方式建議同時保留兩種:按管道長度的指標適合判斷管網本身的狀況,按戶數的指標適合判斷服務對象的實際影響,兩個口徑同時抬升時,把該分區排到檢修計劃的前面。縱向比較同一個分區在不同時期的數值時,還要注意期間是否發生過邊界調整、用戶增減或計量設備更換,這幾類事件之后應當重新起算,不要把前后的數據連成一條線。