供水管網漏損是城市水務管理中普遍存在的難題。漏損由兩部分組成:一部分是不可避免的"物理漏損",包括管道接口滲漏、管身砂眼、爆管等向外流失的的水量;另一部分是"表觀漏損",包括計量誤差、非法接水、抄表缺失等賬面上對不上的水量。對供水企業而言,漏損直接意味著制水成本、能耗與藥耗的浪費,也意味著管網壓力的隱性下降與爆管風險的上升。
從考核角度看,行業對漏損率有明確的紅線要求。《城鎮供水管網漏損控制及評定標準》(CJJ 92-2016)將供水管網綜合漏損率控制目標定為不超過 10%,鼓勵條件較好的城市進一步壓低。漏損率能否持續達標,取決于是否建立了一套"找得準、管得住、改得動"的技術與管理體系,而不是靠一次大排查。
單靠某一種手段往往難以奏效:只靠人工巡檢,覆蓋不了面廣量大的地下管網,漏點發現滯后;只靠裝一套監測設備,設備報警后沒人去現場復核定點,漏點還是修不掉;只做分區計量看總量,卻分不清是計量誤差還是真實漏水。本文把聽漏儀、相關儀與分區計量(DMA)三種手段的原理、邊界與協同方式講清楚,幫助供水運維與檢漏人員建立"監測—定位—修復—驗證"的閉環。
聽漏儀是發展早、應用廣的主動檢漏手段。作業人員手持設備,把地面拾音器放在閥門、消防栓、管道上方地面或直接接觸管件,逐段聽辨漏水聲,沿管線比較信號強弱,逐步收斂到漏點。它的核心是"人在現場、實時判斷",解決的是"漏點具體在哪"的定點問題。
相關儀走的是另一條路:在疑似漏管段的兩端各放一只傳感器,同時采集沿管道傳播的漏水噪聲,通過互相關算法計算兩段信號的時間差,再結合聲波在管內的傳播速度反推漏點位置。它適合長直、大口徑、人工難以逐點聽音的管段,解決的是"在一條長管上快速縮小漏點區間"的問題。
分區計量(DMA)的思路是把整個供水管網劃分成若干獨立計量小區,在每個分區的邊界裝表計量進水量,長期監測夜間*小流量與水平衡。配合固定安裝的噪聲記錄儀,可對分區做 7×24 小時持續篩查,當某分區噪聲基線抬升、夜間流量異常時自動報警。它解決的是"哪里可能漏了"的區域性問題,是漏損率持續考核的數據底座。
三種手段并非相互替代,而是覆蓋漏損控制的不同環節:DMA 負責在"面"上持續發現異常分區,聽漏儀負責在"點"上把異常區域收斂到具體漏點,相關儀負責在長直管段上快速縮小漏點區間。協同的本質是"先用低成本手段圈定范圍,再用高精度手段*定點",把有限的人力用在刀刃上。
下表從檢測原理、部署形態、適用管段、定位精度、主要局限等維度,對比聽漏儀(以北京康高特(KGT)大海、星辰為例)、相關儀(互相關法)與分區計量 DMA(以北京康高特(KGT)聽瀾為例)三種手段。
管道內的水在壓力作用下從漏口噴出,沖擊周圍介質(管壁、土壤、水體)產生寬頻噪聲,其能量主要集中在數百赫茲到數千赫茲范圍,具體峰值的頻率與管材、管徑、壓力、漏口形態有關。金屬管(鑄鐵、鋼管)聲傳導好、頻率偏低沉;塑料管(PE、PVC)聲衰減快、頻率偏尖高。噪聲沿管壁與土壤向兩側傳播,作業人員借助拾音器在地面或管件上接收,即可判斷附近是否存在漏水。
大海面向市政管網漏水檢測與管道檢漏,原理為聲學傳感加數字濾波加藍牙。可核實的真實參數如下:處理器為 144 MHz 32 位;濾波為數字加模擬雙模式,數字高通拐點覆蓋 0~3150 Hz 多檔、數字低通 20~4000 Hz 多檔,模擬低通 100/200/400 Hz、模擬高通 600/800/1200 Hz;增益 46 dB;頻率范圍 0~4000 Hz;輸入阻抗 1 MΩ、輸出阻抗 6~16 MΩ;電池為 1 只 8 Ah 聚合物可充電電池,警燈模式續航短約 6 h、電模式續航長約 4 h,充電時間至多 4 h;存儲為 64 G SD 卡;防護等級控制單元 IP54、拾音器 IP67(水深 1 m、30 分鐘);操作溫度 -15℃~50℃;通訊方式為藍牙、WiFi、USB;拾音器為機電型、防護 IP67;控制單元尺寸約 240 mm×140 mm×50 mm;信號強度指示 0~100;被測物為地下供水、消防、供熱管道。
星辰同樣面向市政管網漏水檢測與數字聽漏,原理為通過傳感器采集沿管壁或土壤傳播的漏水噪聲,經數字與模擬雙濾波放大、頻譜分析精準定位漏點,并可經藍牙連接手機 APP 做地圖標記。可核實的真實參數如下:處理器 144 MHz 32 位;頻率范圍 0~6000 Hz;電池為 8 Ah 聚合物,續航 16~20 h,充電至多 4 h;存儲 64 G SD 卡;防護等級控制單元 IP54、拾音器 IP67;通訊為藍牙、NAPI、USB;拾音器配 5 英寸 TFT LCD,量程 ±0.1 g,靈敏度 48±5 V/g,頻率 10~3000 Hz,諧振約 9 kHz;被測物為地下供水、消防、供熱管道。較寬的 0~6000 Hz 頻率范圍有助于辨識不同管材、不同埋深下的漏水聲特征。
地面聽音:沿管線走向,在閥門、消防栓、管道正上方逐點放置拾音器,比較各點信號強度與漏水聲的連續性。漏水聲通常表現為穩定的"嘶嘶"或"沙沙"連續性噪聲,且與管內壓力、漏口大小相關;而瞬時的水流沖擊、用水高峰噪聲則表現為斷續、隨工況變化。
閥門與管件聽音:閥門井、排氣閥、入戶支管接口是滲漏高發部位,用接觸式拾音或檢漏棒直接耦合管件,可排除地面噪聲干擾、提高信噪比。
濾波與增益設置:老舊金屬管漏水聲偏低頻,可抬高高通拐點、壓低低頻背景;塑料管偏高頻,可相應調整。增益過高會同時放大背景噪聲、降低可辨性,應隨現場噪聲水平分檔微調,而非一味拉滿。
埋深越大、管徑越大,地面可接收的漏水聲越弱,定位精度依賴管材、管徑、覆土深度,通常可收斂到數米范圍,而非厘米級。并行管道、鄰近用水點、施工振動都會產生干擾聲,需多點比較、結合頻譜峰值判斷,避免把干擾當成漏點。雨天、交通高峰、用水高峰會抬高背景噪聲,宜安排在夜間或低用水時段作業。
相關儀在疑似漏管段兩端各布一只加速度或聲學傳感器(A 端與 B 端),漏點漏水噪聲會沿管道向兩端傳播。由于漏點到兩端的距離不同,同一聲事件到達兩只傳感器存在時間差 Δt。互相關算法把兩端采集到的信號做相關運算,找出使互相關函數取得*大值的延遲量,即對應漏水聲從漏點傳到兩端的時間差,再結合已知的管段長度 L 與聲波傳播速度 v,即可反推漏點位置:若漏點距 A 端為 x,則 Δt ≈ (L-2x)/v,從而解出 x。
定位精度取決于三個因素:一是兩只傳感器時間同步的精度,二是管段長度 L 測量的準確程度,三是聲波傳播速度 v 的取值。漏水噪聲在管材中的傳播速度不是固定常數,金屬管通常高于塑料管,且隨管徑、壁厚、內部有無襯里而變化。因此實際作業前,往往需要在現場用已知距離做標定,得到該管段的經驗波速,再代入計算。
長直、大口徑、人工難以逐點聽音的管段,例如過河、過路、穿越綠地的主干管,相關法能在不挖開全線的情況下快速把漏點區間縮小到數米到十余米,再配合聽漏儀做*后定點。對于邊界清晰、無大量支管分流的單一管段,相關法的效果更穩定。
當管段存在較多支管、閥門、變徑或三通時,聲波傳播路徑變得復雜,相關峰可能模糊、定位誤差增大。波速標定不準也會直接放大定位偏差。因此相關儀不是聽漏儀的替代,而是它的補充:先用相關法圈定長管段上的大致區間,再由人員攜聽漏儀到該區間逐點*定點,是較穩妥的組合。
需要說明,相關儀作為一種聲學檢漏方法,市場上有多種專用相關設備可選;本文不綁定具體品牌型號,重在講清其原理與適用邊界,便于與聽漏儀、DMA 配合部署。
分區計量(DMA)把城市供水管網劃分成若干獨立計量小區,在每個分區的*進水邊界安裝計量水表,長期記錄進水量,并與分區內的用戶售水量做水平衡分析。當某分區長期出現"進水遠大于售水"且無法用計量誤差解釋時,*提示該分區存在未計量流失,即真實或表觀漏損。
聽瀾是面向供水管網漏損在線監測、DMA 分區計量與智慧水務的噪聲記錄儀,采用壓電陶瓷聲學傳感,結合云端趨勢與頻譜分析、4G Cat1 全網通加藍牙近場通訊。可核實的真實參數如下:傳感器靈敏度不低于 1600 pc/g;單臺監測量程約 200 m(可按管道類型靈活調整);本地存儲為傳感器端 64 Mb Flash,可保存約 30 天原始噪聲文件,服務器端為無限量云存儲;固定方式為強磁吸附、即裝即用;供電為可更換鋰電池、標準使用壽命約 5 年;防護等級 IP68;工作溫度 -20℃~70℃(60℃ 以上需加隔熱探頭);主體不銹鋼材質、耐腐蝕、滿足鹽霧試驗;設備重量約 800 g,尺寸約 128 mm×62 mm;部署模式支持固定安裝、流動監測與臨時布點;數據采集為每日定時上報音頻數據,由平臺側完成長期趨勢與頻譜分析。
夜間是用水量低谷、背景噪聲也*低,此時分區若仍有較大進水流量,且排除夜間少量必要用水后依舊偏高,往往對應管網存在持續漏水。把各 DMA 分區的夜間*小流量長期記錄、橫向與歷史基線比對,是發現"沉默漏點"的有效手段。聽瀾噪聲記錄儀在夜間定時采集,噪聲基線的持續抬升可與夜間*小流量異常互為印證,提高報警的可信度。
布點時按約 200 m 監測量程網格化覆蓋關鍵管段、閥門與消防栓等傳聲良好部位,平臺按日積累噪聲基線。運行一段時間形成穩定基線后,一旦某節點噪聲出現持續性抬升且頻譜特征符合漏水聲規律,即觸發疑似漏點報警,由運維人員攜聽漏儀到現場復核定點。這種"長期監測—自動報警—人工復核"的模式,大幅降低了大范圍管網的人工巡檢強度。
一個可落地的協同流程如下:先用 DMA 分區計量與聽瀾噪聲記錄儀長期監測,發現某分區夜間*小流量異常、噪聲基線抬升并報警;再派人員攜聽漏儀到該分區逐點聽音,把"異常分區"收斂到"疑似管段";若疑似管段為長直大口徑且難以逐點聽音,啟用相關儀做區間定位;*后由聽漏儀完成*至具體坐標的定點,開挖修復后回看該分區流量與噪聲是否回落,形成"監測—報警—復核—定點—修復—驗證"的閉環。
老舊小區、管網密集城區:以聽瀾做 DMA 網格化監測圈定異常區,聽漏儀(大海、星辰)做現場定點,兩類設備配合使用,覆蓋"面"與"點"。
長直主干管、過河過路段:DMA 監測發現區間異常后,優先用相關儀在長管段上縮小漏點區間,再派聽漏儀*定點,避免全線開挖。
新建或改造管線驗收:在通水階段即用聽漏儀沿管段、閥門、接口逐點聽音確認無滲漏,是投運前常用手段;重要分區同步布設聽瀾做長期跟蹤。
難以到達、閥井分散的加壓站出站管段:安裝聽瀾實現免維護長期監測,定期人工抽檢補足盲區。
協同能不能見效,關鍵在于組織而非設備堆疊:要建立"監測報警—工單派發—現場定點—修復反饋"的閉環工單機制,保證報警有人復核、修復有人驗證。設備參數(靈敏度、濾波、波速標定)應按管材管齡定期校準,數據上傳與存儲應符合所在單位的信息安全管理要求。
案例一(DMA 分區監測 + 主動復核):某城市供水公司在獨立計量分區內部署聽瀾噪聲記錄儀,按約 200 m 監測量程網格化布點,平臺按日采集并積累噪聲基線。運行一段時間后,平臺發現某分區夜間*小流量較歷史基線持續偏高,同時噪聲基線同步抬升并報警。運維人員攜大海智能數字聽漏儀到現場,沿該分區管線逐點聽音,在一段支管上方聽到連續性漏水聲,結合濾波與信號強度比較收斂到漏點,開挖修復后該分區夜間*小流量明顯回落,漏損率指標獲得改善。該案例體現了"被動篩查出問題區域、主動*定點"的閉環。
案例二(市政主干管聽音定點):華東某市政供水公司管網巡檢中,使用大海智能數字聽漏儀在 DN800 球墨鑄鐵管段上方,0~4000 Hz 頻段、46 dB 增益下拾取到明顯漏水聲信號,定位漏點位于 2.3 m 覆土下方管段接縫處,定位精度優于 1.5 m。該案例說明聽漏儀在大口徑金屬管上的實際定點能力,以及濾波與增益參數隨管材調整的重要性。
案例三(長直過路管段相關法):某供水公司針對一段長直過河鋼管(兩端可接近、中間穿越河道難以開挖),采用雙傳感器互相關法,上游與下游各布一只加速度傳感器,記錄到穩定漏水噪聲,經互相關計算獲得時間延遲,并結合該管段現場標定的傳播波速反推漏點距上游約 180 m 處,開挖驗證定位誤差在數米內。該案例說明相關儀在長直、難開挖管段上縮小漏點區間的價值,以及后續仍需聽漏儀做*后定點的配合關系。
誤區一:只靠人工巡檢*能控漏。地下管網面廣量大,純人工巡檢覆蓋有限、發現滯后,難以支撐漏損率的持續考核,必須配合長期監測手段。
誤區二:DMA 建成即一勞永逸。分區計量提供的是分區級異常信號,*定點仍需聽漏儀等主動手段;且分區劃分、表具精度、邊界漏水都會影響判斷,需要持續校準與管理。
誤區三:相關儀可以替代聽漏儀。相關儀擅長在長直管段上縮小漏點區間,但面對支管復雜、波速難標定的管段誤差會增大,*后定點仍離不開人員攜聽漏儀現場判斷。
誤區四:傳感器靈敏度越高越好。靈敏度過高會同時拾取更多背景噪聲,反而降低信噪比,應結合安裝位置、濾波參數與管材管齡綜合設置,而非單純追求高指標。
協同部署要點:以 DMA 為"眼睛"持續發現異常分區,以聽漏儀為"手腳"完成現場定點,以相關儀為"尺子"在長直管段上快速縮距;三類手段按"圈范圍—縮區間—定點位"的層級配合,并把報警、派單、修復、驗證串成閉環工單,才能真正把漏損率壓下來。
問:DMA 分區計量能不能直接告訴我漏點在哪里?
答:不能直接。DMA 與噪聲記錄儀(如聽瀾)提供的是分區級異常信號,告訴運維"哪個分區可能漏了",*定點到具體坐標仍需聽漏儀等主動手段現場完成。
問:相關儀和聽漏儀有什么區別,能不能只買一種?
答:相關儀靠兩端傳感器互相關計算在長直管段上快速縮小漏點區間,適合難開挖的主干管;聽漏儀靠人員手持逐點聽音做*終點定位。二者互補而非替代,通常先用相關儀圈區間、再用聽漏儀定點。
問:聽漏儀在 PE 等塑料管上效果是不是很差?
答:塑料管聲衰減比金屬管快,地面接收的漏水聲更弱,但通過抬高高通、利用較寬頻率范圍(如星辰 0~6000 Hz)辨識高頻特征,并結合閥門、接口等接觸式聽音,仍能取得可用效果,只是定位精度受埋深管徑影響更大。
問:夜間*小流量分析一定要配噪聲記錄儀嗎?
答:夜間*小流量來自 DMA 邊界水表的計量數據,本身不依賴噪聲記錄儀;但噪聲記錄儀的夜間噪聲基線可與流量異常互為印證,提高報警可信度,二者配合效果更好。
參考資料