摘要：城市供水系統歸屬于城市生命線工程，對維持正常的社會生活、生產秩序和公共安全尤為重要。如果出現主干管的“爆管”事件，可能會對供水系統與城市造成嚴重的影響...

城市供水系統歸屬于城市生命線工程，對維持正常的社會生活、生產秩序和公共安全尤為重要。如果出現主干管的“爆管”事件，可能會對供水系統與城市造成嚴重的影響。如供水中斷、水質問題及其水力沖擊形成的地面塌陷、道路損毀等。

現代供水管網一般配備了監測設備，如壓力傳感器、流量計、振動傳感器等，設備可以實時監測管道的壓力、流量和振動等參數。當出現爆管時，這些傳感器會檢測到異常壓力變化或振動信號，進而出發報警系統。

一、爆管監測的兩個技術方向

國內外關于爆管監測分析方法主要集中在兩個技術方向。

1.基于擬穩態壓力與流量監測數據狀態的突變分析法，此方法通過對供水管網的壓力與流量等監測數據進行實時監測與分析，檢測數據狀態的突變來識別爆管事件。此方法的物理基礎是，管網的壓力一般出現較為明顯下降，流量也會增加。優勢是實時性比較好，可以較快地發現爆管，同時提供初步的定位信息。

2.基于壓力波（瞬態波）的分析法，此方法運用壓力波在管道中傳播的特性，通過分析壓力波的傳播速度、幅值變化等特征來識別爆管事件。壓力波一般是由突然關閉閥門、爆管等突發事件引起的。此方法通過在管網中設置壓力傳感器，實時監測管道內的壓力波傳播情況，進而識別爆管事件。此方法的優勢是對爆管點的定位精度比較高。

二、爆管監測的三個基本問題

爆管監測一般會考慮到三個基本問題

爆管監測能力，主要涉及到監測的設備和技術，以及對爆管事件的實時監測和識別能力。

監測網優化，主要指通過合理的監測點布局和監測數據的采集、傳輸和處理，提升監測網的效率和可靠性。

爆管監測，指通過監測與分析管道的壓力、流量、振動等參數，識別爆管事件和定位爆管位置，主要是要提取有效信息，結合數據分析和水力模型進行識別，實現快速響應和搶修。

三、爆管監測的10大技術要點

1.估計爆管漏水量

爆管發生后，供水企業一般會運用監測數據和水力模型，估算爆管事件中的漏水量，評估爆管對供水的影響。

2.供水系統水力模型分析技術

建立供水系統的水力模型，通過模擬與分析，預測爆管事件的影響范圍及程度。

水力模型包括傳統的流量驅動和壓力驅動模型。

流量驅動模型基于供水管網中流體的質量守恒和能量守恒原理，考慮到水流量在管道網絡中的傳輸和分配，來預測管道中的壓力與流量分布。模型以流量作為主要的驅動因素，通過模擬與計算水流量在管網中的運動及傳輸，從而推導出各個節點和管段的壓力變化。

壓力驅動模型基于供水管網中的水力特性和流體力學原理，通過考慮管道的水力特性、管段的摩擦阻力以及壓力變化等因素，來預測供水管網中不同節點和管段的壓力和流量分布狀況。該模型以壓力作為主要的驅動因素，通過模擬與計算各個節點的壓力變化，從而推導出管道中水流的流量分布及運動情況。

3.爆管漏水率影響分析

爆管漏水率對管網壓力、流量和水質參數的影響，以幫助判斷和定位爆管事件。

4.管網監測數據的信號特征分析

通過分析管網壓力和流量監測數據的信號特征，識別爆管事件的特征信號。

任何系統都存在一定的環境背景噪聲，城市供水管網系統水力數據的波動因素包括用戶用水量、水泵閥門啟閉等，這一些因素是隨機變化的。傳感器自身也會受到各類因素的影響，這一些波動構成了環境背景噪聲。

5.最小可監測爆管管徑

確定可以有效檢測到的最小爆管管徑，以確保監測系統的敏感性和準確性。供水管網中，爆管的范圍通常受管網系統結構、管徑大小、爆管漏水口的大小影響。

管網系統結構：供水管網的結構包含管道的布局、連接方式和分支結構等。不同的結構會影響爆管事故的傳播范圍。例如，如果供水管網采用環狀結構，一處爆管可能會造成一整個環形系統的供水中斷；而線性結構的管網則可能局限于爆管點周圍的區域。

管徑大?。汗┧艿赖墓軓酱笮≈苯佑绊懕苁鹿实姆懂?。較大的管徑能容納更多的水流，一旦發現爆管，漏水量可能更大，影響范圍也更廣。相反，較小的管徑可能會在爆管時漏水較少，造成的影響范疇相對較小。但是，不同類型的供水系統又有所不同。例如，小型供水系統中，DN200的管道爆裂后，在水廠泵站就能看到明顯的變化，但是在大型供水系統中，也許DN500的管道爆裂后，監測系統沒有顯著的變化，

爆管漏水口大?。罕苈┧诘拇笮∫矔绊懕苁鹿实姆懂?。較大的漏水口也會導致更大的水流量和水壓變化，從而擴大爆管事故的影響范圍。相反，較小的漏水口可能導致漏水量較少，影響范圍相對較小。

6.管道爆管沖擊影響

研究管道的爆管強度和破壞機制，評估管道的安全性和抗爆管能力。

爆管是偶發現象，一般很難進行現場測試，只能通過管網水力模型。在進行爆管沖擊影響分析時，可設定漏水量或節點的射流系數進行水力分析。

當中爆管強度的表達方式如下：

7.監測網空間優化

通過優化監測點的布局及數量，提升監測網的覆蓋率和監測效能。在設計爆管監測網時，確實應該充分考慮投入產出比，并且在經濟條件許可的情況下平衡監測網的性能和成本。

其設計與優化原則應當包括：

網點布局的合理性，考慮到管網的覆蓋范圍、風險區域、重要節點，以確保監測點數量及位置可以有效識別與定位爆管事件。

傳感器的選擇和優化，充分考慮監測點的數量、傳感器的靈敏度和穩定性，以及成本與維護周期，實現成本效益最優化。

數據采集與傳輸的可靠性，合理安排數據采集頻率和傳輸周期，來滿足實時監測需求，減少不必要的數據負擔。

預防性維護和定期巡檢，要加強管網的預防性維護和定期巡檢，定期檢查與維護管道狀態、閥門、漏水點等。

8.傳感器數量優化

依據監測需求和資源限制，優化傳感器數量及分布，提升監測系統的效率和經濟性。

傳感器數量優化往往需要考慮到兩個問題，即合理的監測數量及盡可能多的管線覆蓋。

合理的監測數量，依據供水管網的規模和復雜程度，結合風險評估，確定合理的監測點數量。布局應考慮到管網的拓撲結構、風險區域、重要節點等因素。

對于較大規模的供水管網，可以采取分區域的策略，根據區域特點及需求，確定各個區域所需的監測點數量，來滿足監測覆蓋的要求。

爆管監測管線覆蓋，在監測網的設計中，盡可能多的管線應當納進監測范圍。重點關注供水系統的主干管道、關鍵支線和風險區域，以及重要的供水節點和用戶集中區域。

依據供水管網的特點，采用合適的監測技術和設備，如壓力傳感器、流量計、振動傳感器等，確保對關鍵管線的監測覆蓋。

如圖所示，對于監測點的優化，設定一個最少的監測設備數，然后再進行空間布置優化，再增加設備數量，進行空間優化，另外監控管道覆蓋率的增長情況，直至增加量小于設定目標。

如圖，當監測點數量足夠多，S1n、S2n和S3n趨于相等。

9.監測數據的在線分析與爆管實時監測技術

開發在線數據分析和處理技術，實時監測和識別爆管事件。

基本步驟仍為：收集管網中傳感器的數據系信息、SCADA系統中水廠泵站的運行狀態。并對數據進行處理分析、結合水力模型對管網進行預測。

漏斗法時判斷管網爆管的常用方法，主要步驟為

分析漏水點周圍壓力和流量的變化；

確定影響區域；

依據拓撲結構縮小范圍；

結合實際調查與驗證。

10.爆管實時監測的有效性與質量評估

評估爆管實時監測技術的有效性和質量，確保監測結果的準確性和可靠性。

需要注意的是，爆管監測算法的準確性受到多個因素的影響，包括設備的投入、管網的現狀和爆管的嚴重程度等。評估爆管算法應綜合考慮上述因素.