[发明专利]大型埋地压力输水管道渗漏连续监测方法与爆管预警系统

说明书

技术领域

本发明适用于大型压力输水管道的安全监测技术领域，涉及跨流域调水工程、水利水电工程和市政工程，亦适用于石化等行业输送或储存其他液态或气态物质的压力管道或压力容器的安全监测，具体地涉及一种大型埋地压力输水管道渗漏连续监测方法与爆管预警系统。

背景技术

为解决民生水利，保障大中型城市供水，我国已建设引滦入津、东深供水、引大入秦等一大批引调水工程，在建和拟建的大型跨流域引调水工程还有南水北调、引汉济渭等。大型压力输水管道是引调水工程的重要组成部分。

国内外已建大型压力输水管道爆管事故时有发生，这些事故不仅严重威胁城市供水安全，造成宝贵水资源的浪费，带来巨大的经济损失，还会带来次生灾害，严重威胁输水管沿线人民的生命安全。

目前国内外对于大型埋地压力输水管道的爆管都缺乏有效的预警手段。我国已建成的大型埋地压力输水管道主要通过定期停水检修的方法预防爆管事故的发生，由于大型埋地压力输水管道停水检修间隔时间长(通常一年检修一次)，检修期短，通过停水检修的方法并不能有效杜绝爆管发生，我国新建或在建的部分埋地压力输水管道虽然在管道外局部埋设了渗漏仪等监测仪器，但是受各种适用条件制约，对预警爆管的有效性不高，而且监测仪器由于深埋于地下，难以进行维护和技术升级，因此，亟需研发一种有效的、适用于已建成或在建大型埋地压力输水管道的渗漏连续监测方法与爆管预警系统，以保障我国大中城市供水安全，为社会经济可持续发展保驾护航。

虽然大型埋地压力输水管道的爆管原因很多，但最重要且难以预防的一类爆管是由管道局部渗漏引起的爆管。这类爆管有一个发展过程，首先是由各种原因引发管道局部渗漏，进而在管内水压下形成射流，高速喷射的水流冲走管道外的沙土，为管道向外扩张提供了空间，当这个空间足够大时管道在内压下爆裂形成爆管。大量观察和实验显示，在由渗漏引起爆管的过程中，高速喷出的水流会引起管道振动和啸叫，并随着渗漏严重程度的发展引起管内压力变化。本发明正是着眼于这些伴生现象，通过在大型压力输水管道内监测管道振动、啸叫、压力变化和管壁应变来实现对这类爆管的预警。理论分析和现场试验都证明，该方法原理可靠，精度高，不仅适用于新建压力输水管道，亦适应于已建成的压力输水管道，便于监测设备维护和技术升级，是我国压力输水管道安全运行的亟需技术。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明要解决的技术问题是提供了一种大型埋地压力输水管道渗漏连续监测方法，其通过在大型压力输水管道内监测管道振动、啸叫、压力变化和管壁应变来实现对这类爆管的预警，精度高，不仅适用于新建压力输水管道，亦适应于已建成的压力输水管道，便于监测设备维护和技术升级。

这种大型埋地压力输水管道渗漏连续监测方法，所述方法基于压力输水管道渗漏过程中会产生射流，出现管道振动、啸叫和管内压力变化现象；这种连续监测方法，包括以下步骤：

（1）在大型压力输水管道内布置连续监测信号采集设备，在管道外布置信号测量和分析设备；

（2）测量被监测压力输水管道在正常运行工况时的振动、应变、声波和压力变化基础信号数据；模拟被监测的压力输水管道渗漏过程，测量渗漏过程中出现的振动、应变、啸叫和水压变化特征信号数据；

（3）分析监测数据，建立反映被监测管道工作性态的模型，确定危害程度等级和预警阈值，开发分析判断模块和险情发布模块；

（4）进行被监测压力管道的连续监测，出现异常信号数据时，系统自动判断其是否由管道渗漏引起，判断这些信号是否来源于同一个渗漏点并精确定位渗漏点位置，对来源于同一个渗漏点的信号，根据振动和啸叫的强度、频谱特性以及水压变化数据判断渗漏的危害程度；当危害程度达到预警阈值时，发布警报。

本方法通过在大型压力输水管道内监测管道振动、啸叫、压力变化和管壁应变来实现对这类爆管的预警，精度高，不仅适用于新建压力输水管道，亦适应于已建成的压力输水管道，便于监测设备维护和技术升级。

还提供了利用这种大型埋地压力输水管道渗漏连续监测方法的爆管预警系统，包括以下组成：

（1）在大型压力管道内布置的连续监测信号采集设备，包括分布式振动和应变传感光纤、水声检波器及电缆、光纤光栅水压计及传输光缆；

（2）在大型压力管道外布置的信号测量和分析设备，包括分布式光纤振动和应变监测系统、水声检波器声波振动测量装置、光纤光栅水压测量装置；

（3）分析判断模块、险情发布模块；

（4）因特网数据传输系统。

具体实施方式