市政管网漏损监测 雨季土壤饱和区分漏出水与雨水渗透方法-吉佳水务
来源: | 作者:吉佳 | 发布时间: 2025-10-16 | 3 次浏览 | 分享到:
雨季土壤饱和时,雨水渗透易与管网漏出水混淆,导致漏损监测误判率高。可通过四方面区分:监测技术差异化选型,用分层含水率传感器、水质传感器、声学与压力传感器,捕捉漏雨特性差异;多维度数据交叉验证,结合时空关联、多技术互补、气象与管网运行数据联动,排除干扰;智能算法动态修正,提取雨水干扰特征建模、调整监测阈值、修正漏损量;优化现场核验流程,分级划分核验优先级,升级核验技术手段并反馈优化模型。可将误判率控制在 10% 以下,保障雨季管网漏损监测精准。

雨季土壤含水量饱和时,市政管网漏损监测面临严峻挑战 —— 饱和土壤无法再吸收更多水分,管网周边若存在雨水积聚,易通过土壤缝隙、管道接口缝隙渗入地下,形成与管网漏出水相似的 “积水信号”;同时,雨水可能冲刷管道外壁的泥沙,导致传感器误识别为漏损引发的土壤扰动,进而造成漏点位置误判或漏损量高估。据统计,雨季传统漏损监测设备的误判率可达 35%-50%,不仅增加无效巡检成本,还可能延误真实漏损的修复,引发路面塌陷、地下水污染等风险。因此,针对雨季土壤饱和的特殊场景,从 “监测技术差异化选型、多维度数据交叉验证、智能算法动态修正、现场核验流程优化” 四个维度构建区分体系,成为提升市政管网漏损监测精度的核心突破方向。


一、监测技术差异化选型:针对雨水与漏水特性的 “靶向监测”

雨水渗透与管网漏出水在 “来源稳定性、水质特性、扩散规律” 上存在本质差异,需选择适配的监测技术,从源头捕捉两者的不同信号,避免单一技术的局限性。需结合管网类型(供水 / 排水)、埋深、周边环境,搭配 “水位 - 水质 - 压力 - 声学” 多类型传感器,实现特性信号的精准捕捉。


水位与含水率监测技术需聚焦 “积水来源的稳定性差异”,区分瞬时雨水渗透与持续管网漏水。雨水渗透受降雨强度影响显著,具有 “骤升骤降” 的特点 —— 降雨时土壤含水量快速饱和,管网周边地下水位短时间内升高,降雨停止后水位逐渐下降;而管网漏出水具有 “持续稳定” 的特征,无论是否降雨,漏点周边地下水位均保持较高水平,且随漏损量变化呈现平稳波动。因此,需在管网周边土壤中分层布设多点式土壤含水率传感器(如深度 0.5 米、1 米、1.5 米),同时在检查井内安装液位传感器:通过分析不同深度含水率的变化同步性,判断积水是否为雨水渗透(雨水渗透时表层土壤含水率先升高,深层后升高,且变化同步性差);通过检查井液位与降雨量的关联性,区分雨水倒灌(液位随降雨同步升高)与管网漏水(液位不随降雨变化,或降雨停止后仍保持高位)。例如,某市在供水管网周边布设分层含水率传感器后,发现雨季某路段表层 0.5 米含水率在降雨 1 小时内从 20% 升至 45%,而 1.5 米处含水率仅从 22% 升至 28%,判定为雨水渗透;另一路段无论是否降雨,各深度含水率均稳定在 40% 以上,且检查井液位持续高于正常水平,最终定位为管道漏损,准确率达 92%。


水质监测技术可利用 “漏水与雨水的水质差异” 实现精准区分,尤其适用于供水管网漏损监测。供水管网漏出水为符合标准的自来水,浊度低(通常<1NTU)、电导率稳定(一般为 200-500μS/cm);而雨水渗透过程中会携带土壤中的泥沙、有机物,浊度较高(通常>5NTU)、电导率波动大(受土壤盐分影响)。因此,可在管网周边的地下水观测井内安装微型水质传感器(监测浊度、电导率、pH 值),若采集的水样浊度低、电导率稳定,且与管网内自来水水质一致,判定为管网漏出水;若水样浊度高、电导率波动大,且 pH 值与雨水接近(通常为 6.5-7.5),则判定为雨水渗透。对于排水管网,可通过监测水样中的 COD、氨氮浓度区分:排水管网漏出水(如污水管破损泄漏)COD、氨氮浓度较高(通常 COD>100mg/L),而雨水渗透的 COD、氨氮浓度较低(通常 COD<30mg/L)。某城市供水管网雨季监测中,通过水质传感器发现某区域地下水浊度始终<1.5NTU、电导率稳定在 320-350μS/cm,与管网自来水水质匹配,后续开挖验证为直径 5 毫米的管道裂缝;另一区域地下水浊度随降雨从 3NTU 升至 12NTU,电导率从 280μS/cm 波动至 480μS/cm,判定为雨水渗透,避免了无效开挖。


声学与压力监测技术适用于捕捉 “漏损的动态特征信号”,排除雨水静态渗透的干扰。管网漏损时,水流通过裂缝会产生特定频率的泄漏声波(通常为 100-5000Hz),且声波强度随漏损量增大而增强;而雨水渗透为静态或缓慢流动,无明显声学信号。可在管道上安装高频声学传感器(采样频率≥10kHz),若监测到持续稳定的泄漏声波,且声波频率、强度不随降雨变化,判定为管网漏损;若仅在降雨时出现无规律的低频噪声(如雨水冲击土壤的声音),则判定为雨水干扰。同时,供水管网可通过压力传感器监测压力波动:漏损会导致漏点周边压力持续下降,形成稳定的 “压力洼地”;而雨水渗透不会影响管网内部压力,压力曲线仅随用水需求变化。例如,某供水管网雨季通过声学与压力联合监测,发现某管段存在持续的 400-800Hz 声波信号,且该区域管网压力比周边低 0.2MPa,判定为漏损;另一管段仅在降雨时出现无规律低频噪声,压力无异常,判定为雨水渗透,误判率降低至 8% 以下。


二、多维度数据交叉验证:构建 “技术互补 - 时空关联” 的验证体系

单一监测技术易受雨季复杂环境干扰,需整合 “水位、水质、声学、压力、气象” 多维度数据,通过时空关联分析与技术互补验证,排除雨水渗透的误判,确保漏损监测结果的可靠性。需建立数据关联规则,明确不同数据维度的 “匹配阈值”,实现自动化交叉验证。


时空维度关联验证需将监测数据与降雨时空分布、管网位置信息绑定,分析数据变化的合理性。从时间维度看,雨水渗透的影响与降雨时段高度重合 —— 降雨开始后,土壤含水率、地下水水位逐渐升高,降雨停止后逐渐回落;而管网漏损的监测数据(如水质、声学信号)不随降雨时段变化,呈现持续稳定特征。可通过智慧管网平台建立 “降雨 - 数据” 时间关联模型,若某监测点的数据变化(如水位升高)仅发生在降雨时段,且与降雨强度正相关(降雨越大,数据变化越明显),判定为雨水渗透;若数据变化与降雨时段无关,或降雨停止后仍持续异常,判定为管网漏损。从空间维度看,雨水渗透具有 “大范围扩散” 特征,同一区域内多个监测点的数据会同步变化;而管网漏损具有 “局部集中” 特征,仅漏点周边 10-50 米范围内的监测点数据异常。例如,某市雨季监测中发现,降雨时某片区 10 个监测点的土壤含水率均同步升高,且范围与降雨覆盖区域一致,判定为雨水渗透;另一区域仅 2 个相邻监测点的水质、声学数据异常,且范围局限在 50 米内,后续定位为管道漏损,空间关联验证准确率达 90%。


多技术维度互补验证需建立 “数据一致性判定规则”,当不同技术监测结果一致时,确认漏损或渗透;当结果冲突时,启动进一步核验。例如,供水管网监测中,若声学传感器监测到泄漏声波,压力传感器显示局部压力下降,且水质传感器采集的水样与自来水水质一致,三者结果一致,判定为管网漏损;若声学传感器监测到噪声,但压力无异常、水质浊度高,三者结果冲突,判定为雨水渗透干扰。排水管网监测中,若液位传感器显示检查井液位持续高位,COD 传感器监测到浓度超标,且含水率传感器显示漏点周边土壤含水率稳定(无降雨时仍高),判定为管网漏损;若液位随降雨升高、COD 浓度低,且含水率随降雨波动,判定为雨水渗透。某城市建立多技术互补验证规则后,雨季漏损监测的误判率从 45% 降至 15%,其中 80% 的误判通过技术互补得以排除。


气象与管网运行数据联动验证可结合外部环境数据提升区分精度。需将监测数据与气象部门的 “降雨强度、降雨时长、天气预报” 数据联动,若监测点数据异常发生时,气象数据显示无降雨或降雨已停止,排除雨水渗透可能,重点排查管网漏损;若数据异常与暴雨、持续降雨同步,且符合雨水渗透的时空特征,需进一步结合其他技术验证。同时,结合管网运行数据(如供水管网的供水量、压力调节记录,排水管网的泵站运行状态),若供水管网供水量异常增加(漏损导致),且与监测数据异常同步,判定为漏损;若排水管网泵站因降雨启动强排,导致检查井液位升高,判定为雨水渗透。例如,某市雨季某供水管网监测点数据异常,气象数据显示当日无降雨,且供水量较前日增加 15%,判定为漏损;另一监测点数据异常时,正值暴雨天气,且排水泵站已启动强排,判定为雨水渗透,联动验证效果显著。


三、智能算法动态修正:基于历史数据的 “干扰学习与自适应调整”

雨季土壤饱和环境下,监测数据受雨水干扰的规律具有重复性,可通过机器学习算法分析历史数据,建立 “雨水干扰识别模型”,实现监测结果的动态修正,减少人工干预。需利用大量历史 “漏损 - 渗透” 标注数据训练算法,使其具备自主区分干扰与有效信号的能力。


雨水干扰特征提取与建模是算法修正的基础,需从历史数据中挖掘雨水渗透的典型特征。通过分析过去 3-5 年的雨季监测数据,提取雨水渗透的关键特征参数:如土壤含水率的 “降雨响应时间”(从降雨开始到含水率升高的时间,通常<2 小时)、“恢复时间”(降雨停止到含水率回落的时间,通常为 12-48 小时);水质指标的 “浊度波动范围”(雨水渗透时浊度波动>5NTU)、“电导率变异系数”(雨水渗透时电导率变异系数>0.2);声学信号的 “频率分布区间”(雨水干扰的频率多<100Hz,且无稳定频谱)。将这些特征参数输入算法模型(如随机森林、支持向量机),训练 “雨水干扰识别模型”,当新监测数据输入时,模型自动比对特征参数,输出 “雨水渗透概率”,若概率>80%,判定为干扰,剔除该数据或标记为 “待核验”;若概率<20%,判定为管网漏损信号。某城市通过训练随机森林模型,输入土壤含水率、水质、声学等 8 个维度的特征参数,雨水干扰识别准确率达 88%,漏损信号识别准确率达 91%。


动态阈值调整算法可根据实时降雨情况优化监测阈值,避免固定阈值导致的误判。传统漏损监测采用固定阈值(如土壤含水率>40% 判定为漏损关联积水),雨季土壤饱和时该阈值易被触发,导致误判。动态阈值算法可结合实时降雨强度、土壤初始含水率,自动调整监测阈值:降雨强度越大、初始含水率越高,阈值调整越宽松(如降雨强度 10mm/h 时,含水率阈值从 40% 上调至 48%);降雨强度越小、初始含水率越低,阈值调整越严格(如降雨强度 2mm/h 时,含水率阈值维持 40%)。同时,算法可根据管网类型调整阈值,供水管网漏损对含水率影响更稳定,阈值波动范围较小(±5%);排水管网受雨水倒灌影响大,阈值波动范围较大(±10%)。某供水管网雨季应用动态阈值算法后,含水率监测的误判触发次数从日均 12 次降至 3 次,有效减少了无效巡检。


漏损量动态修正算法可排除雨水渗透对漏损量计算的干扰,确保计量精度。传统漏损量计算基于地下水位升高量与土壤渗透系数,雨季雨水渗透会导致水位异常升高,高估漏损量。漏损量动态修正算法需分两步计算:第一步,根据降雨强度与土壤含水率,通过水文模型计算 “雨水渗透贡献的水位升高量”;第二步,用监测到的总水位升高量减去雨水渗透贡献量,得到 “管网漏损贡献的水位升高量”,再结合管道材质、埋深计算实际漏损量。例如,某管段雨季监测到地下水位升高 0.3 米,通过水文模型计算雨水渗透贡献 0.22 米,修正后漏损贡献水位升高 0.08 米,最终计算漏损量为 2.5m³/h,较传统计算的 7.8m³/h 更接近实际漏损量(开挖后实测漏损量 2.3m³/h)。同时,算法可结合水质数据进一步修正,若水样中雨水渗透特征明显(如浊度高),适当增加雨水渗透贡献量的权重,确保修正结果更精准。


四、现场核验流程优化:从 “数据驱动” 到 “实地验证” 的闭环保障

即使通过技术选型、数据验证、算法修正,仍可能存在少量误判情况,需优化现场核验流程,结合人工排查与设备检测,确保漏损监测结果的最终准确性。需制定 “分级核验策略”,根据数据可信度确定核验优先级与方式,避免盲目开挖。


分级核验优先级划分可根据 “数据可信度评分” 安排核验顺序,提高效率。智慧管网平台根据多维度数据的一致性、算法识别结果,对每个异常监测点进行 “可信度评分”(满分 100 分):多技术数据一致、算法判定为漏损、且无降雨干扰,评分>85 分,列为 “高优先级核验点”,24 小时内安排现场核验;数据部分一致、算法判定为 “疑似漏损”、存在轻微降雨干扰,评分 60-85 分,列为 “中优先级核验点”,48 小时内核验;数据冲突、算法判定为 “疑似雨水渗透”、降雨干扰明显,评分<60 分,列为 “低优先级核验点”,降雨停止后 72 小时内复查,若数据仍异常再核验。某城市通过分级核验,雨季漏损核验效率提升 40%,高优先级核验点的漏损确认率达 85%,低优先级核验点的雨水渗透确认率达 90%。


现场核验技术手段升级可提升实地排查的精准度,快速区分漏损与渗透。对于高优先级核验点,采用 “管道内窥检测 + 听音杆” 联合排查:管道内窥检测通过高清摄像头直接观察管道是否存在裂缝、接口泄漏,若发现漏点直接确认;若未发现明显漏点,用听音杆在地面沿管道走向监听,漏损会产生持续的 “嘶嘶” 声,而雨水渗透无明显声音。对于中优先级核验点,采用 “压力测试 + 示踪剂检测”:供水管网可关闭疑似漏点两端阀门,进行压力保压测试,若压力持续下降,判定为漏损;排水管网可在检查井内投放荧光示踪剂,若周边地下水观测井检测到示踪剂,判定为漏损。例如,某市对中优先级核验点进行压力测试,发现某管段 30 分钟内压力从 0.6MPa 降至 0.52MPa,判定为漏损,后续开挖发现管道接口密封垫老化;另一管段压力稳定,投放示踪剂后未在地下水观测井检出,判定为雨水渗透。


核验结果反馈与模型优化可形成 “闭环迭代”,提升后续监测精度。每次现场核验后,需将结果(漏损 / 渗透、漏点位置、漏损量)反馈至智慧管网平台,更新历史数据库:若核验结果与算法判定一致,增强模型对该类场景的识别信心;若核验结果与算法判定冲突,分析原因(如特征参数缺失、算法阈值不合理),调整模型参数。例如,某核验点算法判定为雨水渗透,现场排查却发现为管道漏损,原因是漏损量极小(0.5m³/h),水质传感器未捕捉到明显信号,后续优化传感器灵敏度参数,增加小漏损场景的特征提取维度,该类误判率下降 60%。同时,定期总结雨季核验案例,形成 “漏损与渗透区分手册”,指导一线运维人员快速识别典型场景,提升人工排查效率。


未来,随着物联网技术的发展,可通过部署 “分布式光纤传感系统” 实现管网周边土壤的连续监测,该系统可捕捉土壤中水分的细微变化与声波信号,进一步提升雨水与漏损的区分精度;结合数字孪生技术,构建 “管网 - 土壤 - 雨水” 一体化仿真模型,模拟不同降雨条件下的漏损与渗透过程,为监测策略优化提供更精准的仿真支撑。


雨季土壤饱和环境下的市政管网漏损监测,是管网精细化管理的难点与重点。通过监测技术差异化选型、多维度数据交叉验证、智能算法动态修正、现场核验流程优化的 “四位一体” 策略,可有效区分管网漏出水与雨水渗透,将误判率控制在 10% 以下,既减少无效运维成本,又确保真实漏损及时修复,为雨季城市管网安全运行提供坚实保障。