城市供水管网在长年运行中,受管材老化、地基沉降、第三方施工破坏以及温度周期变化引起的热胀冷缩等因素影响,管体接驳处与腐蚀薄弱点会逐渐产生微小裂隙,清水在管网压力驱动下持续向外渗漏。这类泄漏中相当一部分发生在路面以下、阀门井周边或绿化带深处,肉眼难以直接发现,业内称之为暗漏。暗漏长期存在,不仅造成水资源与供水企业产销差的无谓损耗,还会持续冲刷管周土体,诱发路面塌陷等次生安全事故。
据《城镇供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ 92-2016,2018年局部修订)规定,城镇供水管网基本漏损率评定分为两级,一级为10%、二级为12%,并需结合居民抄表到户水量、单位供水量管长、年平均出厂压力与冻土深度的修正项进行修正。这意味着漏损控制已不只是经济课题,而是有量化考核红线的行业硬约束。要把漏损率压到评定线以下,前提是把暗漏找出来、定准位置、及时修复,而检漏方法的选择直接决定了排查的效率与覆盖能力。
当前主流的供水管网检漏技术路线,可以归纳为三类:听音法、相关法与噪声记录法。三者都建立在同一个物理事实之上——承压水流从管体破口溢出时,会因湍流与射流效应产生特定频段的振动与声学信号,这些信号沿管壁与周围介质传播,并被高灵敏度传感器所捕获。三者的区别在于信号的处理逻辑:听音法依赖人工实时判读,相关法依赖双端时差几何解算,噪声记录法则依赖长期固定布点与算法自动研判。下文围绕这三类方法的原理、参数边界、选型策略与工程案例展开,帮助管网运维人员在复杂现场条件下做出稳妥的取舍。
听音法的物理基础是漏水声在管材中的传播特性。当管道承压水流经破口,水束以较高速度射入周围介质,在破口处形成湍流与空化效应,激发出宽频带的振动噪声。该噪声一部分经水体与管壁以轴向导波形式远距离传播,另一部分经土壤以体波形式向外扩散。不同管材、不同管径、不同覆土条件下,噪声的优势频率会明显偏移:金属管(铸铁、钢管)刚度大、声传播损耗小,优势频率集中在数百赫兹到约一千赫兹区间;非金属管(PE、PVC)阻尼大、高频衰减快,优势频率往往下移到更低频段。
工程上,听音法使用机电型或压电型拾音传感器,直接接触阀门、消防栓、入户管或地面,将微弱的声学信号转换为电信号,再经模拟与数字双模式滤波、放大后,供检漏人员通过耳机或屏幕频谱判断。以北京康高特(KGT)大海智能数字听漏仪为例,其频率覆盖范围0至4000赫兹,增益可达46分贝,配备IP67防护等级的机电型拾音器,可在市政供水、消防与供热管道上方拾取漏水声;另一款星辰智能数字听漏仪将频率范围扩展到0至6000赫兹,内置蓝牙与地图标记功能,便于多点听漏后在移动终端形成漏点轨迹。
听音法的实战价值在于机动与灵敏:单人携带设备沿管线上方步行推进,遇到异常声强即可现场复核,对明漏、浅覆土暗漏以及阀门井周边渗漏的发现率较高。它的局限同样明显——高度依赖检漏人员的经验与听力辨识能力,在车流、施工等强背景噪声环境下难以分辨,且对深覆土、大口径或非金属管道的探测深度有限。因此听音法适合作为初步筛查与漏点精查的手段,而非全域长期监测的工具。
在实际操作中,频带选择直接关系发现率:浅覆土金属管可把关注频段放在约五百赫兹附近,非金属管则应下移到约一百至三百赫兹,并配合带通滤波压制环境低频干扰。接触式拾音(贴阀门、消防栓)的信噪比优于地面拾音,遇到路面硬化或覆土过厚时,应优先寻找管线上方的声学窗口,而非在地面盲目听音。
相关法把寻找漏点转化为一道几何与时域的求解题。其做法是在同一条待查管段的两端(或已知的两个接入点)各布置一只高灵敏度声学传感器,两只传感器以同步时钟记录同一处漏水声波到达各自位置的时刻。由于漏点通常并不在管段正中,声波到达两端的传播时间存在差值Δt,通过对两路信号做互相关运算、找到互相关函数峰值所对应的时延,即可反推漏点位置。
设两端传感器间距为L,声波在管内沿轴向的传播速度为v(该速度由各管材的弹性模量、管径、壁厚与管内水温共同决定,需现场标定或查表取得),漏点到近端传感器的距离为x,则存在关系:x = (L + v·Δt) / 2。可见,相关法定位的可靠程度高度依赖两个量:一是两只传感器时钟的同步精度,二是声速v的取值是否合理。若管段两端之间存在分支、阀门或变径,声波传播路径被打断或反射,相关峰会变得模糊甚至失效,此时需要缩小相关区间或改用其他手段。
声速v的取得是实务中的难点:金属管的轴向声速多在千余米每秒量级,但会随管材、管径与水温波动;工程上常通过对已知长度管段做标定,或借助设备内置的管材声速库取值,并在同一管段多次相关取稳定峰值,以削弱因v取值偏差带来的定位漂移。
相关法的突出优势是不必沿整条管线步行听音,适合交通繁忙、无法开挖路面或覆土较深的管段,以及穿越河流、铁路等难以接近的地段。它的前置条件是两端必须可接入传感器、且中间无复杂分支,否则定位结果会失真。相关法的硬件核心是成对的高灵敏度声学传感器,北京康高特(KGT)大海、星辰智能数字听漏仪的机电型拾音器与听澜噪声记录仪的压电陶瓷传感单元,均可作为这类传感器的选型来源,配合具备同步时钟与互相关算法的主机完成时差解算,为大口径、难接近管段提供固定化的相关监测思路。
噪声记录法与前两种方法在作业逻辑上有本质不同:它不追求某一次出工的即时发现,而是在管网上预先布设一批固定式噪声记录单元,让它们以天为周期持续采集所在节点的背景与异常声学信号,再通过通信链路回传至平台,由算法对长期噪声趋势做自动研判。
以北京康高特(KGT)听澜噪声记录仪为例,设备采用压电陶瓷声学传感,灵敏度不低于1600 pc/g,防护等级达到IP68,可强磁吸附于阀门、消防栓或管件表面,即装即用;供电为可更换锂电池,标准使用寿命约5年,本地端内置64Mb Flash可保存约30天原始噪声文件,云端则提供不限量存储。其监测量程约200米,并可根据管道类型灵活调整,工作温度覆盖零下20摄氏度至70摄氏度。设备经4G Cat1网络每日定时上报音频数据,平台侧AI算法将漏损状态量化为0至99的指标,并以绿、黄、红三色直观呈现,形成监测、研判、复核、修复相衔接的闭环。
噪声记录法与DMA(独立计量区)分区计量理念高度契合。据CJJ 92-2016的用水平衡与分区管理思路,将供水区域划分为若干独立计量小区,在边界与关键节点布设记录仪,结合夜间低流量(即夜间用水量低谷时段的流量)的变化即可识别哪些分区存在异常漏失。噪声记录法的长处是全覆盖、长周期、少人力,能在不打扰交通与居民的情况下持续盯防;短处是单台设备只覆盖周边有限范围、对极低速背景渗漏的识别依赖算法成熟度,且需要一套稳定的通信与平台支撑。它通常与听音法、相关法配合使用:记录法圈定可疑分区,听音法或相关法进场精查定位。
在布设层面,记录仪宜优先布置于DMA边界流量计附近、片区内远端末梢以及历史漏点周边,使单台设备的有效覆盖半径与节点间距相匹配;对于阀门井密集的老城区,可借助强磁吸附直接在管件表面安装,避免破路施工。通信与供电的稳定性决定了一套网格能否长期运转,因此在选点时应同步评估4G信号覆盖与电池更换的可达性。
把三类方法放到同一张评价表上比较,有助于在不同现场条件下快速形成选型判断。下面从探测深度、抗干扰能力、人力依赖与判定阈值四个维度,梳理它们各自的强项与边界。
探测深度指的是设备在管体上方能稳定拾取漏水信号所对应的覆土厚度上限。听音法受地表耦合与土壤衰减影响,对深覆土(例如超过两米)或大口径非金属管的信号衰减明显,通常需要配合电子听音杆贴近阀门等声学窗口使用。相关法因传感器直接接入管内或贴近管件,绕开了土壤长距离衰减,对深覆土管段反而更具优势。噪声记录法单台覆盖半径约两百米量级,实际有效探测半径随管材、管径与背景噪声而变,适合以网格密度换取覆盖完整性,而非单点深探。
城市环境的背景噪声(车流、施工、工业振动)是检漏的主要干扰源。听音法依赖人耳与频谱判读,在强噪声下误判率上升,需借助带通滤波把关注频段收窄到漏水优势频率。相关法通过互相关运算天然抑制非相干噪声,对两端共同的环境噪声有较强排除能力,但单端本地噪声仍会影响峰值清晰度。噪声记录法依靠长期积累与算法建模,对偶发的瞬时干扰有平滑能力,但对持续存在的稳定强噪声源(如紧邻泵站)仍可能误报,需要人工复核校准。
听音法是典型的人员随设备走模式,单人单日可排查的管线长度有限,高度依赖检漏工经验,适合突击式巡查与漏点精查。相关法多为车载或两人协同作业,一次出工锁定一段管,人力投入相对集中、效率较高。噪声记录法前期布点后基本进入无人值守状态,日常运维以平台告警与周期性复核为主,人力需求被大幅摊薄到长期,适合常态化漏损管控。
三类方法都给出由可疑到确认的递进判定,但量化尺度不同。为便于现场操作,可将漏水声信号强度按下列四级阈值做初步研判(数值以设备归一化信号强度0至100为参照,不同型号量程略有差异):
正常:信号强度低于20,且连续多日无上升趋势,可判定为背景噪声,暂不列入漏失嫌疑。
关注:信号强度处于20至40区间,或夜间相对白天出现明显抬升,建议加密监测周期并安排人工听音复核。
异常:信号强度处于40至70区间,且存在与用水高峰错峰的持续异常声学特征,应列为疑似漏点,安排相关法或听音法做定位确认。
严重:信号强度高于70并伴随稳定互相关峰或持续高值,漏点存在概率高,应优先安排开挖修复。
需要强调,上述阈值为工程经验性的辅助研判区间,不能作为定案依据;任一等级的信号异常都应当经人工现场复核与开挖验证后,方可确认漏点与制定修复方案。
现场人员可把该四级区间打印为核查卡,配合设备屏幕上的实时信号强度读数快速分级,既减少主观误判,也便于向上级报送疑似漏点清单时给出一致的语言。
市政供水主干管管径大、压力高、覆土深、交通负荷重,明漏少而暗漏隐蔽,适合以相关法为主、听音法为辅:先用相关法在两端接入传感器圈定漏段,再派检漏人员持听漏仪在缩小的区间内精查。老旧小区与城中村管线杂乱、管材新旧混用、阀门井密集,更适合听音法步行筛查结合噪声记录法在重点节点固定监测,利用听漏仪的灵活性与记录仪的长周期覆盖互补。
对于已经划定独立计量区的供水片区,噪声记录法是天然的常态化监测手段。在DMA边界流量计之外,于片区内关键节点、远端末梢与历史漏点附近布设固定记录仪,配合夜间低流量分析,可实现对漏失的分区量化与趋势预警。北京康高特(KGT)听澜噪声记录仪凭借IP68防护、约5年电池寿命与4G远传,能够支撑这类长期无人值守的网格化部署,把漏损管控从出了问题再查转向日常持续盯防。
在泵站周边、施工区、轨道交通沿线等强干扰地带,单一方法容易失效。稳妥做法是多方法叠加与交叉验证:以噪声记录法给出分区级异常提示,以相关法定出管段级坐标,再以听音法到现场做确认收口。三种方法的数据相互印证,可显著降低误开挖与漏判风险,也便于形成可追溯的排查记录。
某华东市政供水公司在一处建成年代较早的住宅片区开展管网巡检。该片区以球墨铸铁管为主,部分管段覆土约一点五米。检漏人员携带北京康高特(KGT)大海智能数字听漏仪,在DN800管段上方以0至4000赫兹频段、46分贝增益进行逐点听音,于某处阀门下游拾取到明显的漏水声信号,信号强度读数进入异常区间。随后改用星辰智能数字听漏仪在相同位置做频谱复核,借助其蓝牙地图标记功能锁定疑似漏点轨迹,开挖后确认漏点位于管段接缝处,覆土下方约两米三位置,与仪器指示位置吻合,及时完成了修补。
某城市一条穿越主干道的供水管段因交通繁忙、路面禁止开挖探查,常规听音难以展开。作业单位在管段两端可接近的阀门处各接入一只声学传感器,以同步时钟采集漏水声波,平台侧完成互相关运算后得出时延,结合该管材与管径查表取得的声速,解算出漏点距近端约三分之一管长处。现场以听音法在解算区间做二次确认,随后在该位置下方找到破口并完成非开挖修复,避免了全段掘路。
某供水公司在DMA分区计量项目中,于DN400以上管线关键节点布设北京康高特(KGT)听澜噪声记录仪,设备以强磁吸附即装即用,经4G Cat1网络每日上报噪声数据。平台侧AI算法将各节点漏损状态量化为0至99指标并以三色呈现,其中一处节点连续多日处于红色区间,夜间低流量同步抬升。运维人员据此优先安排现场复核,听音确认后开挖修复,该分区漏损水平随后回落。该案例体现了噪声记录法在圈定分区、提示异常、指导复核链条中的价值。
供水管网检漏并非无章可循。当前指导检漏作业的核心标准是《城镇供水管网漏水探测技术规程》(CJJ 159-2011),该规程明确了流量法、压力法、听音法、相关法、示踪气体法等多种探测方法的适用条件与定位误差、定位准确率等技术要求,是检漏方案设计与质量评定的直接依据。更高层级的《城镇供水管网漏损控制及评定标准》(CJJ 92-2016,2018年局部修订)则从用水平衡、分区管理与漏损率评定角度,规定了基本漏损率一级10%、二级12%的考核红线,并引入了独立计量区(DMA)与夜间低流量分析的方法体系。与此同时,《城市给水工程项目规范》(GB 55026-2022)作为全文强制性工程规范,对城市给水工程的性能与安全性提出底线要求,部分条款承接并替代了原有规程中的强制性条文。
在作业规范层面,检漏应遵循先分区、后管段,先异常、后定位,先非开挖、后开挖的递进逻辑:先借助分区计量与噪声记录圈定异常区域,再进入管段级的相关或听音精查,以人工复核与开挖验证收口。每一次检漏都应保留方法、位置、信号特征与复核结论的记录,形成可回溯的排查档案,这对后续管网改造与漏损率考核都具支撑意义。
不能简单替代。听音法机动灵活、适合精查但依赖人力;相关法适合深覆土与难接近管段但受分支限制;噪声记录法擅长长期网格化监测但单点覆盖有限。工程上多以噪声记录法圈定分区、相关法缩小管段、听音法现场确认,形成互补。
覆土越深、土壤越疏松,漏水声经地面耦合后的衰减越明显,听音法发现率随之下降。对深覆土管段,应优先使用贴近管件的电子听音杆或改用相关法,避免在地面盲听造成漏判。
相关法依赖声波在管内轴向传播,金属管声速较高且衰减小,定位效果通常较好;大口径、非金属或存在较多分支阀门的管段,声速取值与路径复杂性会影响解算可靠程度,需要现场标定声速并尽量缩短相关区间。
布点密度取决于管材、管径、节点间距与历史漏点分布。一般优先覆盖DMA边界、关键节点、远端末梢与历史漏点附近,单台有效覆盖半径随现场条件调整,不宜以固定间距机械铺开,应结合夜间低流量异常做动态优化。
应区分持续、与用水错峰的异常声学特征与偶发环境噪声。阈值进入异常或严重区间的信号,须经人工听音复核、相关法验证或开挖确认后方可定案,不宜仅凭平台指标直接安排开挖。
非金属管(PE、PVC)管壁阻尼大,漏水声在管内与土中衰减都较快,听音法地面信号弱、相关法声速取值也更敏感,因此发现率普遍低于金属管。对此类管线,应加密噪声记录仪布点、降低核查周期,并在关键节点优先采用接触式拾音与管内相关相结合的方式,弥补单一手段的不足。
供水管网检漏是一项把物理信号转化为运维决策的系统工程。听音法以人工实时判读见长,相关法以双端时差几何解算突破深覆土与难接近限制,噪声记录法以长期固定布点与算法研判支撑常态化漏损管控,三者并非彼此竞争,而是分别对应精查、难段、长监三类典型需求。面对CJJ 92-2016设定的漏损率考核红线,单靠某一种手段难以兼顾效率与覆盖,合理的做法是根据管材、管径、覆土、交通与环境噪声条件,把三种方法组合成分区预警、管段定位、现场确认的递进链条。对供水企业而言,建立以DMA分区计量为骨架、以固定记录仪为感知触角、以相关与听音为精查利器的常态化体系,才能在控制漏损率的同时,把每一次开挖都建立在可追溯的证据之上。
值得补充的是,检漏数据的持续积累本身也是资产:逐年沉淀的异常位置、修复记录与管材信息,能够反向支撑管网更新改造的优先级排序,让有限的改造投入投向漏损贡献大的区段。