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供水管网检漏仪(听漏仪)原理与选型:相关法、音听法应用

来源:北京康高特仪器设备有限公司 发布时间:2026-07-22 16:03:28 作者: 浏览次数:3694次 分类:技术文章

文章概述: 供水管网检漏仪(听漏仪)围绕漏水声学信号开展工作,主流方法包括音听法、相关法与噪声记录法。音听法通过阀栓听音、地面听音捕获漏水声,适合暴露点多的金属管管网;相关法用布置在漏点两侧的双传感器计算信号时延,按声速反推漏点位置,不受地面交通噪声干扰,适合大埋深与繁忙路面;噪声记录法以固定式记录仪长期采集夜间低噪声时段信号,支撑分区计量(DMA)漏损监测。选型核心指标为探测器频率响应、滤波与增益、防护等级及数据溯源能力。北京康高特(KGT)大海智能数字听漏仪(0~4000Hz、46dB、IP67拾音器)与星辰智能数字听漏仪(0~6000Hz、续航16~20h)覆盖现场精定位,听澜噪声记录仪(IP68、4G Cat1、灵敏度≥1600pc/g)覆盖DMA长期在线监测。实务中金属管优先音听法,塑料管宜配合示踪气体或超声法,并须按管材标定声速、选凌晨低噪声时段作业,多法验证可将定位误差控制在0.5米以内。建议结合管网图纸与历史漏点分布制定巡检路线,提升检出效率。

一、为什么供水管网漏损检测刻不容缓

供水管网漏损是城市节水与供水安全的核心痛点。住房和城乡建设部办公厅、*发展改革委办公厅于2022年印发《关于加强公共供水管网漏损控制的通知》(建办城〔2022〕2号),明确到2025年全国城市公共供水管网漏损率力争控制在9%以内;该通知同时明确,漏损控制的一级评定标准对应漏损率为10%以下。而现实情况是,各地控漏水平不均衡,东北部分地区城市供水管网漏损率一度处于20%以上。一边是城市水资源供需矛盾突出,一边是漏损长期高位运行,主动查漏、控漏已成为供水企业必须常态化开展的基础工作。

从漏损构成看,管网漏失分为真实漏失与表观漏失两类。真实漏失指管道、接口、阀门、消火栓等物理破损导致的出水;表观漏失则来自计量误差、未计量用水与人为因素。物理漏点若不及时发现,漏量会随压力、管材劣化持续扩大,轻则浪费水资源与输水电耗,重则诱发路面塌陷与爆管事故,并可能因管垢脱落影响出水水质。因此,掌握检漏仪(听漏仪)的原理与选型,是供水企业把漏损率压到评定标准以内的技术前提。

供水管网检漏已形成一套方法体系:以音听法、相关法、噪声记录法为代表的无损声学检测为主,辅以示踪气体法、压力法与流量法。其中音听法与相关法是现场精定位的两大支柱,噪声记录法支撑分区计量(DMA)长期监测。本文面向供水运维、市政检漏与第三方服务机构,系统讲清三类方法的原理、适用边界与设备选型要点,并结合实测案例给出可落地的作业建议。

值得补充的是,主动检漏的经济价值不仅在于节水,更在于把漏点消灭在微小阶段,避免其扩展为爆管与大面积停水。行业实践表明,漏损率处在高位区间时,管网改造与计量体系建设贡献突出;进入10%以下低漏损区间后,精细化检漏与智能监测的贡献上升。因此检漏仪的配置应与企业所处漏损阶段相匹配。

二、供水管网检漏的核心方法与技术原理

供水管道漏水时,压力水从破损处射出,与管壁及周围介质相互作用产生宽带声学信号。不同方法本质上都是在"捕获、放大、定位"这段漏水声。下面分述四种主流技术路线。

① 音听法(被动听音)的原理

漏水声的产生机理是:带压水流穿过漏口时形成射流,冲击漏口边缘与周围介质,激发出频率跨度很宽的噪声。其频谱特征与管材、管径、覆土深度、运行压力及漏口尺寸密切相关。一般规律是:管径越小、运行压力越高、漏口越尖锐,高频成分越丰富;大管径金属管则以低频成分为主,且沿管线传播距离更远。金属管(铸铁、球墨铸铁、钢)传声性能好,漏水声可传播数十米;塑料管(PE、PVC)隔音性强,声能衰减快,地面几乎难以听到。

音听法按听音位置分为三种作业方式。阀栓听音法把拾音器贴在阀门、消火栓、立管等暴露点上,信号强、干扰少,适合快速筛查;地面听音法在路面上沿管线走向逐点听音,受路面材质与覆土衰减影响,需配合滤波与放大;钻孔听音法在疑似点打小孔、插入听漏棒直接听取管内声,信号直接但属有损作业,多用于末了验证。判定时要区分连续稳态的漏水声与交通、施工等瞬态干扰声,避免误判。

路面材质对地面听音影响明显:沥青、水泥路面衰减较小,砖石、泥土路面衰减大;覆土越深,信号到达地面越弱。因此地面听音须逐点密布,在阀栓、立管等暴露点先做强信号筛查,再回到地面做精细定位,可显著提升效率。

② 相关法(互相关分析)的原理

相关法不依赖人工听音,而是用布置在漏点两侧的两只传感器同步采集漏水噪声,通过计算信号到达两只传感器的时间差来反推漏点位置。其数学核心是互相关函数:R(τ)=∫ s1(t)·s2(t+τ) dt,当τ等于真实时延Δt时,两路信号相关程度达到峰值。

设两传感器间距为L,声波在管道中的传播速度为v,漏点距传感器1的距离为x,则有 x=(L+v·Δt)/2,距传感器2为(L-v·Δt)/2。可见定位精度同时取决于时延Δt的测量准确度和声速v的取值准确度。声速v是相关法误差的关键来源:在充满水的金属管中,钢管声速约1000~1200 m/s,球墨铸铁约900~1100 m/s,而PE、PVC等塑料管仅约200~500 m/s。若v取值偏差10%,定位误差便随之放大同样量级,因此相关法作业前须按管材、管径与水压标定声速。

可用误差公式直观评估:漏点距离误差 Δx 同时来自时延测量误差 Δ(Δt) 与声速误差 Δv,近似为 Δx ≈ (v·Δ(Δt)+Δv·Δt)/2。由此可读出两条经验:一是时延测量要靠高采样与稳定同步,二是声速标定偏差对长管段(Δt大)影响更显著,故长距相关法更依赖准确的管材声速参数。

相关法的突出优势是不受地面交通噪声干扰,适合大埋深、繁忙路面、地面听音失效的管段。其局限在于:两端须有可利用的暴露点(阀门或消火栓),管材应相对均一,且两暴露点间距适中——过近则时延分辨率不足,过远则信号衰减、相关峰变宽。

实际作业流程通常为:先查阅管网图确认两暴露点位置与间距,在阀门或消火栓上安装传感器并做声学耦合,录入管径、管材、水压以标定声速,启动同步采集后得到相关峰与漏点距离;若相关峰不明显,应检查耦合、缩短间距或改用音听法复核。

③ 噪声记录法(DMA长期监测)的原理

噪声记录法把固定式记录仪长期吸附在阀门、消火栓或管身上,连续采集管道声学信号,重点分析凌晨0:00~4:00环境噪声较低时段的漏水特征。后台系统对噪声的频率、持续性与强度进行识别,输出漏损状态指数,常以绿、黄、红三色呈现,指导运维人员按优先级复核。

这类方法支撑分区计量(DMA)的漏损管控:把一个供水区域划为独立计量单元,通过进、出口流量差识别是否存在真实漏失,再用噪声记录仪锁定大致区段,随后用听漏仪精定位。北京康高特(KGT)听澜噪声记录仪即面向该场景,采用压电陶瓷声学传感与4G Cat1远传,强磁吸附即装即用,IP68防护,单台监测量程约200米,可用于市政供水管网、老旧小区与关键管线的长期在线监测。

④ 辅助检测方法与适用边界

除声学法外,示踪气体法向管道内注入氢气或氦气,漏出后在地面用检漏仪探测,适合塑料管暗漏与复杂管网;压力法、流量法通过分区水量平衡分析锁定漏失区域,是DMA的前置手段;超声法则针对塑料管管壁振动信号,弥补音听法在塑料管上的不足。需要强调:不同管材要选对应方法。金属管优先用音听法,因其漏水声传播远、定位率高;塑料管隔音好,宜用示踪气体、超声或相关法,并配合加密的噪声记录仪布点。

方法组合没有固定模板,应随管材、埋深、环境噪声与暴露点条件动态调整;检漏方案中常把分区水量平衡作为前置筛查,把噪声记录作为预警环节,把音听与相关作为现场精定位的两类手段。

三、听漏仪选型的核心指标

选型不是看单一参数,而是把探测器类型、滤波能力、环境适应性与数据溯源绑定到具体场景。下面给出六项核心指标。

① 探测器类型与频率响应

听漏仪的声学前端常见两类:机电型拾音器(压电或动圈原理)与加速度传感器。机电型拾音器对低频漏水声灵敏度高,适合金属管地面与阀栓听音;加速度传感器高频响应好,适合特定材质。频率范围要覆盖目标管线的漏水主频:北京康高特(KGT)大海智能数字听漏仪频率范围0~4000Hz,可覆盖金属管常见漏声频段;北京康高特(KGT)星辰智能数字听漏仪频率范围扩展到0~6000Hz,对含较高频成分的复杂场景更从容。

需要说明,频率上限高并不等于处处更优:过高的上限会引入更多高频干扰,实际仍以能否覆盖目标管线主频为准。选购时应要求厂商提供频率响应曲线,确认在金属管主频段(通常数十赫兹到两千赫兹)有足够平坦的灵敏度,而非只看标称上限数值。

② 滤波与增益能力

现场干扰复杂,滤波是把漏水声从背景噪声中"捞出来"的关键。数字滤波加模拟滤波的双模式设计,配合多级高通、低通拐点,可逐级压制交通低频隆隆声与工频、施工高频噪声。增益则决定弱信号的放大能力:大海与星辰的增益均为46dB,足以把覆土下微弱的漏水声放大到可辨级别。实际作业中应先粗听定频,再逐级收窄频带、提高增益,避免盲目放大把干扰一并放大。

频带选择有章法:先以宽频粗听,识别漏水声主频区间,再抬高高通拐点滤除交通低频隆隆声,压低低通拐点滤除施工、设备的高频尖啸;对工频50Hz及其谐波干扰,可借模拟滤波的固定拐点(如100/200/400Hz低通、600/800/1200Hz高通)做硬隔离,再叠加数字滤波细调,兼顾抗扰与灵敏度。

③ 相关法选型要点

若现场以相关法为主,硬件核心是两台布置在漏点两侧的声学传感器加一台相关仪主机。声学前端仍依赖高灵敏拾音器,因此相关法作业对拾音器的频率响应、防护与一致性要求并不低于音听法。北京康高特(KGT)大海、星辰听漏仪所采用的机电型拾音器(IP67防护、频率覆盖0~4000Hz/0~6000Hz)具备作为相关法声学前端的灵敏度基础,配合相关仪主机即可开展双端时延分析;在暴露点受限的管段,则仍需结合音听法精定位做末了验证。

④ 环境适应性与防护等级

检漏多在室外、潮湿、多尘环境进行,设备防护直接决定可用性。控制单元建议不低于IP54,拾音器因贴近地面与水渍,宜达到IP67(可承受水深1米、30分钟)。大海与星辰的控制单元均为IP54、拾音器IP67,操作温度覆盖-15℃~50℃,可应对绝大多数市政与小区场景。涉水、涉泥作业后要及时擦干拾音器接头,防止进水导致读数漂移。长期不用的拾音器应存放于干燥通风处,避免接头氧化造成接触不良。防护等级并非越高越好,过高的密封要求可能牺牲拾音灵敏度,因此应结合现场真实涉水程度选择适配等级,而非盲目追求高指标。例行保养时还应检查连接杆与传感器的紧固状态,避免松动引入额外机械噪声。

雨季与融雪期是漏点易发时段,设备频繁接触泥水,作业后应及时清洁拾音器滤网与接头,长期存放前充满电并置于干燥处,可延长电池与传感器寿命。

⑤ 数据记录与溯源能力

现代听漏仪普遍内置存储与无线传输,可把每次听音的录音、频谱与位置留存,便于复核与归档。大海、星辰均内置64G SD卡,支持蓝牙、WiFi或USB导出;星辰还可连手机APP做地图标记,把疑似点直接落到管网图上。记录内容应包含位置(路名、桩号或GPS)、时间、频带、信号强度与现场环境,做到"每点可回溯"。

⑥ 计量检定与合规兼容

声学检漏设备应按相应检定规程定期送检,保证量值准确与跨时段数据可比。采购时确认设备可通过相关电磁兼容与防护要求,确保在强电磁、高湿环境下数据稳定,这也是供水企业把检漏纳入规范化运维的必要条件。

四、产品选型对照与场景匹配

把方法原理落到设备,需按场景匹配。下表给出四类典型场景的推荐设备与关键能力。

应用场景推荐设备关键能力
市政主干管、小区地面听音与阀栓听音大海智能数字听漏仪0~4000Hz、46dB增益、数字加模拟双滤波、IP67拾音器、64G存储
复杂噪声环境、需更长续航的精密听漏星辰智能数字听漏仪0~6000Hz、46dB增益、续航16~20h、蓝牙连APP地图标记
分区计量(DMA)长期在线监测听澜噪声记录仪IP68、4G Cat1远传、灵敏度≥1600pc/g、单台监测量程约200m、待机约5年
相关法双端时延分析双台高灵敏拾音器加相关仪主机以大海/星辰拾音器作声学前端,配合主机算时延反推漏点

下面针对三款北京康高特(KGT)自研设备做能力说明。大海智能数字听漏仪面向现场精定位,采用144MHz 32位处理器,数字滤波与模拟滤波双模式,高通拐点覆盖0~2500Hz多档、低通20~4000Hz多档,输入阻抗1MΩ,拾音器为机电型(直径78毫米、高50毫米、重580克、IP67),控制单元IP54,5英寸TFT液晶,信号强度以0~100量化显示,续航在警灯模式约6小时、电模式约4小时,操作温度-15℃~50℃。

星辰智能数字听漏仪把频率范围扩展到0~6000Hz,增益同样46dB,处理器同为144MHz 32位,滤波为数字加模拟双模式;其拾音器灵敏度48±5V/g、频率10~3000Hz,控制单元IP54、拾音器IP67,续航可达16~20小时,支持蓝牙、NAPI与USB,适合一次外出需长时间、多点作业的精密听漏任务,并可通过APP把疑似点标记到地图。

听澜噪声记录仪重在"长期、在线、无人值守"。它采用压电陶瓷声学传感加AI分析,通讯为4G Cat1全网通加蓝牙近场,灵敏度≥1600pc/g,单台监测量程约200米(可按管道类型调整),本地64Mb Flash可存30天原始噪声文件、云端无限量存储,强磁吸附即装即用,可更换锂电池标准寿命约5年,防护IP68,工作温度-20℃~70℃,不锈钢壳体耐腐蚀,重量800克、尺寸128×62毫米,可用于固定安装、流动监测与临时布点。

为便于横向比较,下表汇总三款设备的核心参数。

对比维度大海智能数字听漏仪星辰智能数字听漏仪听澜噪声记录仪
方法定位音听法现场精定位音听法现场精定位噪声记录与DMA监测
频率范围0~4000Hz0~6000Hz声学传感灵敏度≥1600pc/g
增益46dB46dB不适用
续航约6~16小时(警灯/电模式)约16~20小时锂电池约5年
防护IP54控制单元加IP67拾音器IP54控制单元加IP67拾音器IP68
通讯蓝牙、WiFi、USB蓝牙、NAPI、USB4G Cat1加蓝牙
存储64G SD卡64G SD卡本地30天加云存储
适用市政与小区地面听音复杂噪声环境精密听漏分区计量长期监测

选型时可遵循一条决策链:先按管材分——金属管以音听法为主,塑料管叠加示踪或超声;再按作业模式分——日常巡检与精定位选大海或星辰,长期在线监测选听澜;随后按环境分——潮湿泥泞选IP67拾音器,大范围多点选长续航与APP地图标记的星辰。把方法、场景、设备三要素对齐,才能既不漏检也不过度配置。

五、实证案例

案例一:市政DN800球墨铸铁管漏点精定位。2024年5月,华东某市政供水公司在管网巡检中怀疑一段DN800球墨铸铁管存在暗漏。运维人员使用大海智能数字听漏仪,在0~4000Hz频段、46dB增益下于管段上方逐点听音,在阀栓听音阶段即拾取到明显稳态漏水声,地面听音进一步收窄疑似范围,确定漏点位于覆土2.3米下方的管段接缝处,开挖验证定位精度优于1.5米,与设备1~3米量级的定位能力一致。该案例说明:金属管传声好,阀栓加地面两级听音可高效收敛到漏点。

案例二:老旧小区PE管暗漏排查。某老旧小区居民反映水压不稳、地面返潮,疑似PE管暗漏。因塑料管隔音强、地面听音困难,运维人员改用星辰智能数字听漏仪,借助0~6000Hz较宽频率覆盖与数字加模拟双滤波,在凌晨低噪声时段过滤交通干扰,沿管线走向逐点采集频谱,于疑似点识别出持续低频漏水特征并标记到APP地图,后续结合示踪气体法复核确认漏点位置。该案例提示:塑料管不能单靠地面音听,须拓宽方法组合。

案例三:DMA分区计量漏损监测。某城市供水公司在DMA分区计量项目中,于DN400以上管线布设听澜噪声记录仪,设备IP68防护、灵敏度≥1600pc/g、4G Cat1远传,按金属管150~200米、塑料管100~150米间距部署。后台AI以0~99指标量化漏损状态,绿、黄、红三色呈现,使运维人员先于爆管发现疑似漏损区段,再把工单派给现场用听漏仪精定位,实现"监测—预警—复核—修复"的闭环管控。

案例四:工厂循环水管道检漏。某工厂循环水管道长期水量异常,现场环境潮湿、多设备振动。运维人员使用大海智能数字听漏仪,凭借IP67拾音器与-15℃~50℃宽温工作范围,在阀门与法兰暴露点做阀栓听音,配合数字滤波压低设备振动干扰,锁定一处法兰接口渗漏,及时紧固更换,避免了水量持续流失与设备基坑积水。

四个案例覆盖了金属管、塑料管、DMA监测与工厂环境四类典型场景,共同说明:设备只是工具,方法组合与作业纪律才是定位准确率的关键。把预定位、精定位、复核三步串起来,并把每次数据留痕,供水企业才能形成可复用的检漏经验库。

六、常见误区与避坑指南

误区一:塑料管(PE、PVC)直接用地面音听法。塑料管隔音性强,漏声传到地面已大幅衰减,地面听音往往听不到。正确做法是改用示踪气体法、超声法或相关法,或加密噪声记录仪(如听澜)布点,以夜间噪声特征识别漏区。

误区二:只看仪器显示的信号强度数值,不做现场复核。信号强度受管材、覆土、压力与干扰多重影响,单点数值不足以判定漏点。应按规程用阀栓听音、地面听音、钻孔听音中两种以上方法验证,定位误差控制在0.5米以内。

误区三:相关法声速v随意取值。v是定位误差的放大因子,须按管材、管径、水压标定;对变径、变材管段要分段处理,否则相关峰位置偏离真实漏点。

误区四:白天高噪声时段听音。交通、施工的瞬态噪声会淹没漏水声。应优先选择凌晨0:00~4:00环境噪声较低的时段作业,并在滤波上逐级收窄频带。

误区五:忽视拾音器与表面的耦合。地面听音时拾音器须紧贴路面、压力均匀,避免空气间隙导致信号衰减;阀栓听音前须清除铁锈杂物,保证接触面积,否则会漏掉弱信号。

误区六:一次听音即下结论。漏水声易受临时用水、邻近管线串扰影响,单点异常不等于漏点。应沿管线做多点连续听音,观察信号强度随接近漏点而增大的趋势,并辅以第二种方法验证,再安排开挖。

七、FAQ

问:音听法和相关法该怎么选?

答:音听法灵活、成本低、对暴露点多的市政与小区管网友好,适合日常巡检与精定位;相关法不受地面噪声干扰,适合大埋深、繁忙路面、地面听音失效的管段。两者互补,实际常先以音听法或相关法预定位,再互相验证。

问:PE、PVC塑料管听漏困难,怎么办?

答:塑料管隔音好,宜用示踪气体法、超声法或相关法定漏,并配合加密的噪声记录仪布点做长期监测。地面音听仅作为辅助,不能单独依赖。

问:听漏仪能听多远?

答:金属管漏水声可传播数十米,但实际受管材、覆土深度与运行压力影响显著;地面听音是逐点作业,单点有效覆盖通常为数米到十余米,需沿管线连续布点,而非靠单点远距离探测。

问:DMA噪声记录仪布点间距多少合适?

答:参考行业实践,金属管线布点间距约150~200米,塑料管线约100~150米,覆土超过2米的管段适当缩小间距,以保证漏区预定位精度。

问:检漏仪需要定期检定吗?

答:建议按声学检漏设备的相应检定规程定期送检,保证量值准确与跨时段数据可比,这也是供水企业把检漏纳入规范化运维、让检测数据可用于台账与考核的前提。

参考资料

1.  CJJ 159-2011,城镇供水管网漏水探测技术规程[S].
2.  CJJ 92-2016,城镇供水管网漏损控制及评定标准[S].
3.  住房和城乡建设部办公厅,*发展改革委办公厅. 关于加强公共供水管网漏损控制的通知(建办城〔2022〕2号)[Z]. 2022.
4.  GB/T 778.1-2018,饮用冷水水表和热水水表 *部分:计量要求和技术要求[S].
5.  城镇供水管网分区计量管理工作指南[Z].

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