张美丽 李超

1. 湖北省水利水电科学研究院 湖北 武汉 430070；

2. 湖北省水利水电科技推广中心 湖北 武汉 430070；

3. 湖北水翼信息技术有限公司 湖北 武汉 430070

1 湖北省农村供水管网现状及漏损情况

目前，湖北省农村供水管网大多数呈树状分布，管线距离长，地形复杂，加压、减压点较多，一旦发生爆管等问题，人工巡查困难，维修成本高、效率低，时常影响群众正常饮水。同时，村镇供水受限于资金投入不足，前期工程建设标准低，工艺简单，无法满足供水保证率（水量），管网漏损率较高。

近年来，行业上主要采用产销差、漏损率等指标来评价供水企业的漏损控制管理水平[1]，利用水量平衡分析技术进一步量化管网漏损率。《城镇供水管网漏损控制及评定标准》[2]中对背景漏失水量，明漏水量，暗漏水量做了详细规定，但在实际中，漏点可能已经存在了多个探漏周期才被发现,漏失水量，浪费水资源，同时给供水企业造成巨大的经济损失。

2 供水管网漏损原因

通过对湖北省十堰市郧西县的十八个农村水厂的运行维修记录进行分析，发现造成管网漏损的原因主要有：

2.1 供水管道及附配件产品质量不达标或使用年限长而破损引起漏损

水厂供水管网的供水管材采用的是钢管、塑料管和镀锌管。钢管主要用于过河管道，塑料管用于地下埋设主支管道，镀锌管主要用于进户管道。过河钢管为了节省投资一般都依附于桥梁边侧，没有专门的过河桩基支承，因此钢管常处于振动状态，长期暴露在外锈蚀严重而加之管壁薄、材质不达标、管内也没有经过防腐处理，爆管概率较高。据统计，近十年中，爆管就达五十多起，主要表现在焊接口锈蚀脱落或破裂和管道腐蚀穿孔；塑料管虽说埋在地下，但强度较低，刚性差，易老化和断裂，其使用期限有一定的限制，特别埋设在道路两侧，田块中间或过路的塑料管道受到机械的碾压等因素而爆管，暴露在外的塑料管道经风化易折和自爆；镀锌管管壁薄、防腐镀锌层在运输安装过程中脱落，埋设在地下或暴露在空气中，管道极易受到腐蚀，使用3-5年管体穿空，丝口腐烂断裂，引起爆漏。

管道附配件引起漏损也不容忽视，如常见的阀门漏水，通常阀门杆周围密封不严、法兰连接处密封件脱落等都会引起不同程度漏水，一些排气、排污阀关闭不严，发生跑冒水。另外管道附配件在市场上还有假冒伪劣产品，这些产品一旦采用将导致漏损，当然安装不良也会引起漏损。在购置管道附件时应选用合格而工作性能优良的产品，并且要加强施工人员的专业安装水平培训，提高技能，避免因安装不当导致水漏失。

2.2 由于施工工艺水平差或不当施工而导致漏损

施工过程中忽视地基的处理。主管道管道接头形式一般采用的是承插式，如果对地基不处理，在受外力作用时，引起沿线土质产生不均匀沉降，致使管口接头松脱，产生漏水现象。在过河管道的支墩施工中没有按要求进行地基夯实或处理，支墩沉降或倒塌而不能支撑管道，导致管道悬空造成管道破裂或断裂漏水。

接头施工处理不当。如接头丝口、法兰密封不严，时间一长造成滴漏；套接头太浅，若管道稍有轴向力作用时，就出现接头脱落漏水；钢管接头焊接不好，留有沙眼，没有防腐处理，易腐蚀漏水。

阀门井砌筑不规范。不按图纸施工或布置管道及阀门位置不当导致发生漏水后难以维修，日常维护工作难以进行，加大漏损。

2.3 设计方面的原因造成爆管而引起漏损

设计阶段未通盘考虑管网水压，造成供水压力过高引起爆管漏损。农村居民居住分散，管网管线长，设计时要合理布置主支管道，既要避免局部特别是地处边远末稍村组供水压力不足现象，又要防止管网供水压力过高的现象。供水压力持续高压或压力的骤变，均会引起存在爆管隐患的管道发生爆管事故。爆管时供水压力与漏水量成正比。因此供水压力大容易爆管且漏水量也大。部分水厂就存在着管道布设不当，主管道压力高而边远村组群众仍用不上水的问题。

设计阶段未充分解决水锤对管线破坏造成的漏损。水锤是管道水流速度急剧变化而引起一系列的压力交替升降的水力冲击现象，它在供水装置管路中的破坏力是惊人的，对管网的安全平稳运行是十分有害的，容易造成爆管事故。在水厂设计时，要考虑对机泵进行变频调速控制，对整个供水泵房系统操作实行自动控制，并配套在机泵出口安装水力控制阀（或快闭式止回阀），在管网各主干管上安装水锤消除器和泄压阀，在各管道波峰点安装自动排气阀。

当然，农村供水过程中的私拉乱接等未计量非法用水和管道自身清洗等用水也是漏损的一部分。

目前关于漏失水量的研究主要集中于管网漏失量化[3]、漏损时间预测[4]，漏点流量估计[5]等方面，缺乏从微观上解析管网漏点随时间演变规律的相关研究。本研究采用漏点从可以被现有技术探测（实际未被发现）到被巡检工人发现的过程，建立漏点存在时间和漏点流量之间的数学关系。

3 漏损控制工作思路

管网漏损的原因多种多样，其中管道腐蚀、老化是漏损的主要原因，这是一个复杂的变化过程[6]。如何做好漏损控制工作，工作思路正确与否，尤为重要。

通过多年对农村供水情况的了解与分析，我们认为应该从以下方面做好漏损控制工作。

3.1 设计方面

3.1.1 在设计阶段，要配备给排水专业人才进行深度设计，对设计水厂及供水管网要有丰富的经验，对管网路线的选择，管网的水力计算，管材的选择，计量表的选型及安装部位等方面要进行系统的分析及方案设计。

3.1.2 优化设计，合理布局。对水厂制水、供水设计方面存在的问题，要优化设计，逐步更新到位，对管网布设不合理的要逐步调整到位，对老化的管线及时予以更新。

3.1.3 在工程设计时，适时利用新技术、新方法，通过现代化、信息化手段辅助降低管网漏损，例如，设计分区计量系统，采用带有远传功能的流量计、压力传感器，配合专业的信息化软件，实现漏损的动态管理。

3.2 建设方面

3.2.1 严把材料与施工质量关。在管网更新改造或维修时，管材使用符合国家标准且质量过硬的产品，安装严格按规范进行。同时健全管线工程更新或检修验收制度，对材料和施工质量不合格的不予通水。

3.2.2 农村供水工程的建设方、监理方及施工方都需要对工程质量进行严格要求，确保项目按设计施工，关键部位进行必要的隐蔽验收，反映到供水管网施工方面，要着重注意，沟槽的开挖质量、管道、管件的安装质量、覆土回填等方面的工作。

3.3 管理方面

3.3.1 加强基础管理工作。建立健全供水管网档案，组织人员对管网进行全面普查，对管线安装年限、管材、运行情况登记成册，全面掌握供水情况；另外在现有管网技术资料的基础上，注意收集、补充、更新、整理在管网维护与抢修工作中与现有管网资料不符或漏标的管道、阀门、消火栓等资料，并使其尽量全面、详细、准确。漏损一旦发生，这些基础管理工作是优化抢修方案和快速开展抢修的保证。

3.3.2 在检漏上下功夫。经常性地开展管线巡查，农村管网埋设在路边、田边、沟边的较多，绝大多数渗漏、爆漏容易发现。随着农村城镇化、工业化的推进，基础设施的改善，供水管道越来越多安装在水泥路面、沥青路面下，一般渗漏不会冒出地面，这要求提高暗漏检测水平，购置先进的检测设备，提高暗漏探测的准确率，以有效地检测发现管网漏点。

3.3.3 做好人员的培训，提高治漏业务水平。为了减少漏损，对管道维护人员进行培训是十分重要的。对管道维护人员要进行规范作业培训、检修技能培训，提高管道抢修的质量与速度。

4 漏损控制方法及应用

漏损控制的重（难）点工作是找到漏水区域，发现并定位漏点。漏损控制的方法主要有：人工听音法、分区计量法、区域调压法等。

目前，国内主要通过听音法进行检漏，收集供水管网的漏点信息和管线信息，建立漏点数据集。我们应用自行研发的物联网网关装置+5G通信+平台实现漏损监测，该装置集成有声波信号检测芯片、低噪声高增益数字放大电路、MCU、NB-IoT、LORA通信模组等，将网关部署在同一段管网上的多处重要监测节点，利用设备内置多种数据、模型及声波样本、通信低时延的特点，对多个监测点同一时间内流量、压力、声波进行比对分析，判断管网是否存在泄露，并推送异常信息到数据平台及用户，同时记录声波，把相关数据存储到数据库，为后期漏损分析提高准确率，进行样本扩充。

图1为采集到的声音数据信息。根据采集到的声音数据进行数据分析，判断存在漏点的可能性，如果存在漏损，系统才会上传噪音数据。

图1 声频数据分析图

在5G+NB-IoT这种技术的加持下，加主动控漏进行过程化的模式实现漏损控制。

利用物联网技术，不仅实现了节点间的数据传输，而且很好地保证了数据在时间上的同步性，通过建立实验环境，模拟泄露场景，研究管网泄漏引起的流量、压力变化，分析并建立数学模型，同时提取发生泄漏时，泄漏点相邻的两个节点噪声音频特征，如图2所示，判断管网泄露情况，定位泄漏发生部位，可以帮助用户定位出大致的泄露范围，查找泄露点。

图2 相邻节点噪声音频特征图

漏损分析包括：供水量分析、售水量分析、漏损水量分析和相关的各漏损参数分析，具体（漏损）参数如下：①（区块）供水量；②（区块）售水量（账务水量）；③ 损水量与漏损比率；④漏（区块）背景物理漏损水量；⑤（区块）日（物理）漏损水量；⑥日可消减（物理）漏损水量；⑦单位接管数（单位管长）日可消减水量（费用），R 值；⑧日表观漏损水量；⑨表观漏损指数；⑩（单位表卡）日可消减表观漏损水量（或费用）；⑪ 总可消减水量；⑫（物理）漏损指数（ILI）；⑬可消减夜间漏损水量；⑭干预费用；⑮探漏和修复活动收益；⑯收益回报率（回报周期，月）；⑰经济漏损水平；⑱当量漏口数。

图3 管网漏损指数分析图

经验判断，压力降低 10%，漏损也降低 10%，漏损经验公式可表示为漏损流量与压力的指数函数关系，指数为 0.5~2.5 之间，如果漏口为刚性的，则指数为 0.5，柔性漏口在压力作用下，可能会扩大，面积的扩大可能与压力是线性，甚至平方关系，那么指数有可能是 1.5，甚至是 2.5，一般建议指数取1.15，或指数选取可以根据区块总体物理漏损情况以及刚性管（或柔性管）的占比来进行确定，如上图（图中 P 为刚性管百分比，ILI 为物理漏损指数，N1为压力~漏损指数方程指数）所示。

5 结束语

在实际测漏应用场合中，对众多监测点进行实时监测，有效正确地采集监测数据，并将采集的数据传输到远程监控中心。通过转换和采集，将各种外部感知数据汇集和处理，并将数据通过各种网络接口方式传输到互联网指定中心处理平台，通过分析计算，可以及时发现管网供水异常，同时测算出区域的漏损情况、并辅助查找漏点，有效降低管网漏损率和产销差率。

关注分区流量、压力、声波等数据变化，一方面减少漏损发现的时间，另一方面对检漏及后续维修可起到监督作用，有助于总结经验，评估成效，变检漏为捡漏。注重结果分析，通过声音判断管网漏点，对存在误报和漏报的情况，实际应用中结合管网资料、样本数据等进行进一步分析。

随着现代传感器、物联网等技术的发展，充分总结供水工程日常工作经验，并不断将这些经验植入到新的高科技设备中，形成人机结合，优势互补的体系。 “十四五”规划重点产业链项目中对核心信息技术等的重点关注表明，供水工程在“水”传统业务经验基础上，应该充分加强与现代技术的有机结合，以取得更好更高质量长远的发展。