張博

摘要：通過文獻搜集、實地調(diào)研和工作經(jīng)驗總結(jié)，作者分析了縣域內(nèi)地下給排水管網(wǎng)的運行現(xiàn)狀和存在問題，分析了國內(nèi)外的相關(guān)漏損檢查方法，在展望中重點介紹了人工智能和遙感衛(wèi)星技術(shù)在該領(lǐng)域內(nèi)的應(yīng)用，可以為相關(guān)市政養(yǎng)護管理工作的有效開展提供借鑒和參考。

關(guān)鍵詞：給排水管網(wǎng)；漏損檢測；人工智能；衛(wèi)星遙感；東阿縣

地下給排水管網(wǎng)治理工作是市政設(shè)施養(yǎng)護和環(huán)境保護工程的重要組成部分，對于提高水資源利用效率，維護城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施資產(chǎn)價值，建設(shè)生態(tài)節(jié)約型城市具有重要意義[1]。工業(yè)革命以來，世界各國的生產(chǎn)力水平大幅躍進，人口快速增長，社會經(jīng)濟活動總量明顯增加，催生了地下水收集、運輸和排放的龐大需求，直接導(dǎo)致了地下管道的快速擴建。此外，市政給排水管道一般深埋于地下，表面覆有硬化路面，且地下各種管線錯綜復(fù)雜，一旦建成投入使用若想再動土等則會牽扯多方，社會影響巨大，不能輕易進行改造。但社會各界用水、排水的需求增加導(dǎo)致的水量增加，使得管道承壓增大，高于當時的設(shè)計壓強，致使管道破損的可能性增大[2]。

近年來，黨和國家把生態(tài)環(huán)境保護、資源高效利用和經(jīng)濟高質(zhì)量發(fā)展提上議程，更加強調(diào)在不破壞生態(tài)環(huán)境的前提下，提高經(jīng)濟發(fā)展的速度和質(zhì)量[3]。

2023年7月18日，習(xí)近平總書記在全國生態(tài)環(huán)境保護大會上強調(diào)，全面推進美麗中國建設(shè)，推動城鄉(xiāng)人居環(huán)境明顯改善。當前，我國的城鎮(zhèn)化進程仍處在高位運行[4]。黨和國家大力推進“美麗鄉(xiāng)村”建設(shè)，強調(diào)城鎮(zhèn)的高質(zhì)量建設(shè)和發(fā)展。中國的大部分縣城處于中心城市和農(nóng)村腹地轉(zhuǎn)型的走廊地帶和過渡階段，兼具二者特征[5]。因此，進行以縣域為樣本的市政地下水管道養(yǎng)護的研究分析，對豐富城市建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展的理論和實踐具有重要的實踐意義。

縣域內(nèi)地下給排水管網(wǎng)有別于城市或農(nóng)村，城鎮(zhèn)的公共基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)存在發(fā)展程度不均衡、時空分布不均衡、建設(shè)水平不均衡的問題。對于地下給排水管道而言，城鎮(zhèn)中普遍存在三類新舊程度不同的市政設(shè)施，包括待建、新建和老舊的地下管網(wǎng)。根據(jù)運行程度的不同，養(yǎng)護水平也需進行相應(yīng)調(diào)整。因此，作為城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，對“存量”的給排水管網(wǎng)進行及時的探測漏損和保養(yǎng)維護，對“增量”部分進行合理的規(guī)劃設(shè)計，在資源節(jié)約、環(huán)境保護和經(jīng)濟發(fā)展等方面都是極為必要的。

本文以山東省東阿縣為研究區(qū)域，該縣境內(nèi)地勢平坦、土壤肥沃，適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，為黃河流域地區(qū)的主要糧食產(chǎn)區(qū)之一。東阿縣主要的供水水源為封閉式地下水源，在經(jīng)濟建設(shè)的過程中，淺層地下水遭到過度開采，水源一旦被污染，將會造成整個水系長期無法使用，嚴重影響城市建設(shè)和人民生活[6]。因此，地下給排水管網(wǎng)維護工作，對于提高水資源利用效率，防止環(huán)境污染等負面影響具有重要的研究意義。本文結(jié)合多年的基層工作經(jīng)驗，通過實地調(diào)研、調(diào)查訪談等方式，回顧總結(jié)了縣域范圍內(nèi)，地下給排水管網(wǎng)的運行現(xiàn)狀和存在問題，為進一步優(yōu)化工作方式、提高工作效率提供了理論依據(jù)。

1 地下給排水管網(wǎng)探損的必要性

1.1 地下管網(wǎng)漏損存在明顯的負外部性

我國是世界上缺水的國家之一，人均水資源占有量不足世界人均的25%[7]。地下給排水管道發(fā)生漏損時，水資源會直排地下空間，直接造成資源的大量浪費和低效利用；同時，水分侵入土壤，增大土體壓力，容易形成“地下水囊”，發(fā)生道路塌陷[8-9]，對路面交通和建筑物結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了非常大的安全隱患，威脅到人民群眾的生命和財產(chǎn)安全。

對于地下排污管道而言，污水成分復(fù)雜多樣，富含有毒有害物質(zhì)，這些物質(zhì)直排土壤中，還會造成一定程度的環(huán)境污染，對地下管道空間形成侵蝕。目前，大多數(shù)城市排水系統(tǒng)的主干道為明渠和天然河道，由于這些平時沒有天然水補給，污水大量排入，水質(zhì)已經(jīng)惡化，大部分河水變污濁，嚴重影響城區(qū)市容景觀和環(huán)境，對居民的生活條件帶來了極大影響[10]。

污水中存在多種硫化物[11]，惡臭的氣味會造成空氣質(zhì)量下降，給市容市貌造成負面影響。

1.2 地下管網(wǎng)的養(yǎng)護機制亟待創(chuàng)新

現(xiàn)實生活中，地下給排水管網(wǎng)的養(yǎng)護多是依賴公共財政，會增加地方財政的負擔(dān)。地下管網(wǎng)的養(yǎng)護缺乏長效的資金支持，地方政府也需要及時引入私人資本共同參與運作，創(chuàng)新資本參與方式，緩解財政資金的壓力。

地下水管網(wǎng)在長期受到水流沖擊的壓力下，考慮到建設(shè)年代、施工質(zhì)量等因素的影響，普遍存在破損、淤積、堵塞。我國地下給排水管網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模仍在不斷擴大，傳統(tǒng)的“損壞—報修—養(yǎng)護”的機制已經(jīng)無法實現(xiàn)及時有效的管理，漏損檢測的手段亟待創(chuàng)新，精準探測、及時響應(yīng)成為目前縣域給排水管網(wǎng)養(yǎng)護工作的“卡脖子”問題。

1.3 老舊地下管網(wǎng)亟待升級改造

經(jīng)濟社會總量的增加使得總體的給排水總量明顯增加，許多管道建成年代久遠，已超出既定的設(shè)計流量，不堪運行的重負，經(jīng)常出現(xiàn)管道破損、腐蝕、變形等問題[12]。尤其是地下排污管道，上述問題容易造成生活和工業(yè)污水的直排，沉淀物沉淀，造成污水溢流。

考慮到地下污水管道的材質(zhì)多為混凝土，管道內(nèi)的沉淀物容易與其發(fā)生腐蝕、中和反應(yīng)，導(dǎo)致管壁材料逐漸受酸腐蝕解體，出現(xiàn)破損現(xiàn)象。因此，老舊地下管網(wǎng)的升級改造，要考慮現(xiàn)有情況和未來發(fā)展，綜合設(shè)置管徑、管材等參數(shù)。

2 縣域地下給排水管網(wǎng)的探損方法

伴隨著城鎮(zhèn)地下管網(wǎng)規(guī)模的不斷擴大，傳統(tǒng)的探漏方法無法滿足日益增長的業(yè)務(wù)需求，需要借助新技術(shù)、新手段和新方法，實現(xiàn)管網(wǎng)的智能化監(jiān)測和管理。

2.1 聽音法

聽音法是一種目前較常用、普遍的管道檢測方法，分為閥栓聽音及地面聽音兩種。技術(shù)人員利用聽漏棒以及電子放大聽漏儀在閥門、消火栓以及管線暴露處等位置檢測因管線漏損產(chǎn)生的漏水聲。該方法設(shè)備簡單，效果較好，性價比很高。不足之處在于環(huán)境噪聲對聽音法影響較大，且極其依賴工作人員經(jīng)驗，人工成本高昂。

2.2 攝像頭檢測技術(shù)

攝像頭檢測技術(shù)，主要是指管道閉路電視檢測見圖1，該技術(shù)在國內(nèi)外被廣泛應(yīng)用到市政管道設(shè)施養(yǎng)護中。

英國泰晤士水務(wù)公司在管道巡檢中廣泛采用攝像頭技術(shù)，通過高分辨率的圖像檢測管道內(nèi)的裂縫、漏水等問題。該項技術(shù)主要依賴可遠程控制的管道機器人，攜帶高清攝像頭設(shè)備和先進傳感器，代替人類進入狹小的管道內(nèi)部，采集圖像和視頻，通過無線電傳輸直接查看管道內(nèi)部的狀況[13]。

近年來，人工智能技術(shù)得到了快速發(fā)展。未來的管道探測工作可依賴CCTV檢測技術(shù)，利用其采集的大量圖像數(shù)據(jù)，借助大數(shù)據(jù)技術(shù)和圖像識別算法，識別管道漏損情況，可避免人工質(zhì)檢的主觀性和經(jīng)驗缺乏等問題的發(fā)生[14]。此外，虛擬現(xiàn)實、增強現(xiàn)實和其他交互式應(yīng)用的發(fā)展，未來在管道檢測的應(yīng)用中大有前景。

2.3 衛(wèi)星探測技術(shù)

衛(wèi)星探測技術(shù)是利用搭載至航天衛(wèi)星上的傳感器，通過遠距離探測的手段，被動接收或主動發(fā)射電磁波，記錄目標或物體返回電磁輻射信息的空間探測技術(shù)。相較于常規(guī)的監(jiān)測手段，遙感技術(shù)具有快速、高效、無損的探測性能。

遙感技術(shù)的快速發(fā)展，為地下管道的探漏監(jiān)測及環(huán)境影響分析提供了技術(shù)上的可能性和可行性。地下水管網(wǎng)的破損，液體滲透和擴散至土壤中，滲漏的水分常常吸附在土壤粒表面或存儲于土壤孔隙之間，透過土壤顆粒的毛細作用，導(dǎo)致了其濕度的變化，可反映出管道破損程度的大小。在裸土區(qū)域，土壤水分含量會明顯升高；在植被覆蓋區(qū)域，地下滲水直接為根系補充水分，間接增加了植被冠層的含水量。

基于衛(wèi)星遙感的城市給排水管道探損工作，可以實現(xiàn)從源頭控制污染源到治理污染的末端全覆蓋。在歐美地區(qū)，該技術(shù)率先應(yīng)用在供水管道探損工作中。尤其是，長波段、低頻率合成孔徑雷達衛(wèi)星的研制、發(fā)射和使用，使其探測深度更高、穿透能力更強，使得該技術(shù)在理論和實踐上具備可行性。美國ASTERRA公司成立于2013年，它應(yīng)用L波段的ALOS衛(wèi)星，致力于地下水的探測工作。ALOS-2衛(wèi)星單次過境覆蓋能力為350 000 km2，探測深度最高可達地下3 m，可以進行大范圍、高頻次的對地觀測。由于水對電磁波具有獨特的反射特性，水分對雷達信號的回波強度一般低于其他地物；同時，不同物體具有導(dǎo)電常數(shù)上的差異性，這些特征都使得表層含水量高的物體容易得到區(qū)分。因此，疑似地下管道滲漏點處的土壤表層水分表現(xiàn)出異常的高值，利用雷達回波信號進行探測，可以在一定區(qū)域內(nèi)框選出滲漏范圍。目前，ASTERRA公司在40多個國家開展相關(guān)業(yè)務(wù)，據(jù)統(tǒng)計，相比于傳統(tǒng)的敲擊探漏法，雷達衛(wèi)星探漏具有更高的準確度，精度提高了近300%。英國SUEZ公司作為ASTERRA公司的合作伙伴，該技術(shù)在英國也得到了大范圍推廣和應(yīng)用。美國Hydromax公司將其拓展到移動網(wǎng)絡(luò)端，使得疑似管道滲漏的點位更快地得到用戶的篩查和處理。隨著上述商業(yè)應(yīng)用的逐步成熟。近年來，中國大力推進城鎮(zhèn)化，尤其重視地下管網(wǎng)的規(guī)劃、建設(shè)和養(yǎng)護，相關(guān)技術(shù)在我國具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 結(jié)論

本文概括總結(jié)了東阿縣地下給排水管線的運行現(xiàn)狀，以及管道漏損探測的必要性和常用方法，為地下給排水管道的優(yōu)化維護提出以下建議和展望：

（1）加強地下給排水管網(wǎng)的遠景規(guī)劃、設(shè)計和建設(shè)，采用更加合理和科學(xué)的方法，綜合考慮到各種因素和需求，如地形、氣候、人口、用水量、排水量、污水特性等。

（2）加強地下給排水管網(wǎng)的維護、更新和管理，積極探索智能自動、遠程無損的新技術(shù)應(yīng)用，實現(xiàn)實時監(jiān)測、定期檢測、及時修復(fù)和預(yù)防性維護。

（3）展望未來的研究方向和發(fā)展趨勢，比如更多的國際合作和交流，更多的創(chuàng)新和突破，更多的政策和法規(guī)，更多的社會參與和支持等。

（4）增加地下給排水管網(wǎng)漏損影響、風(fēng)險和挑戰(zhàn)的評估和應(yīng)對，采用更加全面和系統(tǒng)的視角，考慮到各種可能的情況和后果，如自然災(zāi)害、人為破壞、氣候變化、社會變革等。

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