一种城市地下管道泄漏的检测方法与流程

本发明属于地下管道检测技术领域，具体涉及一种城市地下管道泄漏的检测方法。

背景技术：

现代化城市的建设少不了地下管道，而地下管道可以是城市冬季的热水输送管道，或者是自来水供应管道，或者是污水排送管道。在管道的使用过程中，由于管道的老化，管道泄漏常有发生。管道的泄漏已成为城市供、排水系统和长距离输水系统等中越来越被重视的问题。因为管道泄漏给城市的管理增加了沉重的负担，造成了巨大的损失和资源的浪费，尤其是北方城市的冬天由于管道泄漏而造成居民生活上的不便，所以快速找出管道的泄漏部分，从而在管道上进行局部修复是以后城市化发展必不可少的技术，同时对管道的泄漏监测也同样显得十分重要。

现有技术中，在不破坏管道结构的情况下，对于地下箱涵、管道的泄漏监测采取的普遍的测量方法是利用声振与频谱技术来进行检测，该技术需求技术人员具有极为丰富的经验来判定管道中的泄漏的具体位置，此类技术只能进行定地点检测，检测进度不是特别理想，精确度也不高。还有事靠人工进行排查，即管理人员定期对其负责的管道进行巡检，该方法降低了工作效率的同时浪费了人力资源，不具备实用性。

技术实现要素：

为了解决现有技术存在的上述问题，本发明目的在于提供一种城市地下管道泄漏的检测方法。

本发明所采用的技术方案为：一种城市地下管道泄漏的检测方法，包括以下检测步骤：

s1：铺设地下管道，在管道上设置多个检测位点，每个检测位点处至少连接一个检测仪器，对检测仪器显示的检测数据进行记录；

s2：地下管道铺设完成后，在地表对管道进行无损状态的预检测，通过利用交流信号发生源控制电磁发射线圈组向待检测的地下管道发射正弦交变电磁场，当正弦交变电磁场与待检测的地下管道相交后，待检测的地下管道产生了二次磁场，经反射后的正弦交变电磁场和二次磁场分别被电磁接收线圈组接收，电磁接收线圈组将接收到的电磁信号转换为电信号后传输到信号接收处理器，信号接收处理器将接收到的电信号进行信号放大后转换为电压信号，信号接收处理器将电压信号传输到上位机系统后经上位机可视端进行检测结果的记录并显示，上位机可视端记录的检测数据为视电导率值σ1曲线图；

s3：当记录到地下管道中任意一个检测仪器数据产生变化，同时变化范围不在预期安全范围值内时，初步判定地下管道出现了泄漏现象；

s4：对步骤s3中得到的初步判定泄漏区域进行标记，以该标记区域的管道上游区域中任意一个检测仪器数据变化处于预期安全范围值内的检测位点处作为地下管道泄漏的检测起始点，然后以管道的铺设路径和铺设范围为基础，自检测起始点至管道铺设终点利用步骤s2中的检测方法进行视电导率值σ2的检测数据记录并进行显示；或以管道铺设路径的起点作管道泄漏的检测起始点，自检测起始点至管道铺设终点利用步骤s2中的检测方法进行视电导率值σ2的检测数据记录，记录的检测数据为视电导率值σ2曲线图；

s5：将步骤s2中显示出来的视电导率值σ1作检测基准值，步骤s4中得到的视电导率值σ2与检测基准值进行比对；

若视电导率值σ2与检测基准值产生的偏差在测试安全范围内时，则表示该地下管道未发生泄漏；若视电导率值σ2与检测基准值产生偏差的范围值不在测试安全范围内时，则表示该地下管道发生泄漏。

本发明通过利用电磁法大地电导率仪对地下管道是否发生泄漏进行检测，在无需大型化设备挖掘大地土层的情况下，通过利用视电导率值产生的变化及视电导率曲线呈现的变化波动，能够保证在最短的时间内检测到地下管道的泄漏区域，同时可通过结合地下管道的铺设路径和铺设范围，检测到地下管道的泄漏位置。该地下管道泄漏的检测方法的检测步骤简捷、方便，减少了人力的消耗，降低了耗能，显著地提高了检测准确率和检测效率。

优选地，步骤s2中，电磁发射线圈组与电磁接收线圈组之间的间距为0.5-40米。

优选地，电磁发射线圈组包括单报线环绕构成的线圈。

本发明提供的该地下管道检测方法中对于电磁发射线圈组与电磁接收线圈组之间的距离进行设定，首先是用于电磁发射线圈组对待检测地下管道发射电磁信号后，该电磁信号能够在误差和常规损耗的范围内得到有效的信号接收，从而保证电磁信号的传导的有效性。其次是用于在各检测结构之间进行配置得到的仪器的精确测量范围内对待检测对象进行检测，能够保证检测得到的检测数据是准确的，进一步提高了检测过程的检测效率和准确率。

优选地，步骤s2中，上位机系统包括数据采集系统、数据处理系统和上位机可视端，数据采集系统、数据处理系统和上位机可视端顺次连接。

优选地，步骤s2中，数据采集系统，用于将信号接收处理器传输的电压信号接收后进行数据信号的转换并分析后形成点数据信号并储存。

优选地，点数据信号不少于一个。

本发明提供的该地下管道检测方法中通过利用检测设备自检测起始点开始即可获取到一个点数据信号，之后随着检测设备持续发射电磁信号并进行数据信号的转换、处理与分析后，就能够得到多个点数据信号。对地下管道检测完成后可获得地下管道全程的点数据信号，上述全程的点数据信号储存在数据采集系统中。

优选地，点数据信号，是指通过利用数据采集系统中的嵌入式算法计算得到的视电导率值。

优选地，数据处理系统，用于将数据采集系统传输的点数据信号接收后转换为图像信号后在上位机可视端进行显示。

优选地，步骤s3中，预期安全范围值是指步骤s1得到的检测仪器的检测数据平均值±5％。

优选地，步骤s5中，测试安全范围是指步骤s4中检测的视电导率值σ2与步骤s2中检测的视电导率值σ1之间出现的偏差不超过或不低于视电导率值σ1±0.1％。

本发明的有益效果为：

本发明提供了一种城市地下管道泄漏的检测方法，该检测方法是通过利用电磁法大地电导率仪对地下管道是否发生泄漏进行检测，在无需大型化设备挖掘大地土层的情况下，通过利用视电导率值产生的变化及视电导率曲线呈现的变化波动，能够保证在最短的时间内检测到地下管道的泄漏区域，同时可通过结合地下管道的铺设路径和铺设范围，检测到地下管道的泄漏位置。该地下管道泄漏的检测方法的检测步骤简捷、方便，减少了人力的消耗，降低了耗能，显著地提高了检测准确率和检测效率。

附图说明

图1是本发明具体实施过程中电磁法大地电导率仪探测流程结构示意图；

图2是本发明具体实施过程中采用的感应电磁法大地电导率仪探测原理示意图；

图3是本发明具体实施例的探测原理示意图；

图4是本发明具体实验例中使用em34-3大地电导率仪视电导率曲线图；

图5是本发明具体实验例中使用em31大地电导率仪视电导率曲线图。

图中：1-交流信号发生源；2-电磁发射线圈组；3-正弦交变电磁场；4-二次磁场；5-电磁接收线圈组；6-信号接收处理器；7-上位机系统；8-数据采集系统；9-数据处理系统；10-上位机可视端；11-大地土层密度；12-地下管道密度；13-电磁法大地电导率仪；14-地下管道；15-大地土层；16-泄漏物质。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步阐释。本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件进行。所用试剂均为可以通过市售购买获得的常规产品。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1-3所示，

(1)城市地下管道在正常运行状态下进行检测仪器的检测与电磁法大地电导率仪的检测。

城市在进行地下管道铺设时已将管道铺设的路径与管道铺设的区域和范围进行了规划与限定。当根据预设路径将地下管道铺设完成后，在地下管道上以一定的距离设定多个检测点，在每个检测点上至少连接有一种检测仪器。管道检测点之间的距离可根据管道的长度以及管道的用途等进行相对应的设定。在检测点上连接检测仪器是用于对管道正常运行情况下，记录检测仪器显示的检测数据。

上述在管道上设置的检测仪器包括压力表、流量表等物理性检测仪器及其他在常规用于检测数据的仪器均可进行使用，同时检测仪器的使用也需要根据地下管道的实际使用方式进行相对应的设定，才能够达到检测数据的准确及有效性。

本发明提供了一种城市地下管道泄漏的检测方法，在具体实施过程中选用了电磁法大地电导率仪13进行检测。电磁法大地电导率仪13包括交流信号发生源1、电磁发生线圈组2、电磁接收线圈组5、信号接收处理器6和上位机系统7，交流信号发生源1、电磁发生线圈组2、电磁接收线圈组5、信号接收处理器6和上位机系统7顺次连接。电磁发射线圈组2包括单报线环绕构成的线圈。

将正常运行情况下的地下管道填埋完成后，使用电磁法大地电导率仪13对该地下管道的视电导率曲线进行测定并记录。此次记录得到视电导率曲线作检测基准曲线。

电磁法大地电导率仪的运作原理是通过发射线圈向地下发射正弦交变电磁场3(一次磁场hp)，在地下地质体上感应出很小的电流，这些电流又进而产生电磁场4(二次磁场hs)，二次磁场4和一次磁场3均被接收线圈接收，直接测量出视电导率。

公式为：当感应系数b＜＜1的情况下，正弦交变电磁场与二次场完全正交，原本复杂的函数简化为：

电磁法大地电导率仪测定的方法为：大地电导率仪开启开关后，电导率仪中的交流信号发生源1会控制电磁发射线圈2组向待检测的地下管道14发射正弦交变电磁场3，当正弦交变电磁场3通过作为介质的大地土层15后与待检测的地下管道14相交后，在待检测的地下管道14中产生了二次磁场3，经大地介质层吸收及与地下管道14相交后的损耗后，剩余部分经反射后的正弦交变电磁场3和二次磁场4分别被电磁接收线圈组5接收，电磁接收线圈组5将接收到的电磁信号转换为电信号后传输到信号接收处理器6。由于电磁接收线圈组5转换成的电信号较微弱，因此信号接收处理器6会将接收到的电信号通过信号放大后再转换为电压信号，信号接收处理器6将电压信号传输到上位机系统7后经上位机可视端10进行检测结果的记录并显示。上位机系统7包括数据采集系统8、数据处理系统9和上位机可视端10，数据采集系统8、数据处理系统9和上位机可视端10顺次连接。

数据采集系统8，是用于将信号接收处理器6传输的电压信号接收后进行数据信号的转换并分析后形成点数据信号并储存；上述点数据信号不少于一个。由于地下管道铺设路径较长，范围较广泛，因此通过利用大地电导率仪自检测起始点开始即可经过信号传导与转换后获取到一个点数据信号，之后随着大地电导率仪持续发射电磁信号并进行数据信号的传导、转换、处理与分析后，就能够得到多个点数据信号。对地下管道检测完成后可获得地下管道全程的点数据信号，上述全程的点数据信号会储存在数据采集系统中。

数据采集系统8会将所储存的所有点数据信号传输到数据处理系统9中。数据处理系统8是用于将数据采集系统传输的点数据信号接收后转换为图像信号后在上位机可视端10进行显示。

在具体实施过程中，点数据信号在数据采集系统8中通过根据预设的公式将所采集到的数据都换算成视电导率值σ1。上述视电导率值通过数据处理系统9之后在上位机可视端10中显示为视电导率曲线图。

(2)城市地下管道在发生泄漏的状态下检测仪器与电磁法大地电导率仪的检测。

当在日常记录时发现地下管道中某一个检测仪器的检测数据产生了变化，同时该变化范围超过检测仪器的预期安全范围值时，初步判定地下管道出现了泄漏现象。

上述检测仪器的预期安全范围值是通过对所有的检测仪器中的检测数据读取并记录之后，通过随机选取n(n≥1000)组检测数据利用统计学系统分析软件进行数据的统计学分析后，得到在检测数据的平均值的基础上，偏差为±5％。当检测数据产生的变化引起的数据波动在预期安全范围内时，该数据波动对该地下管道的安全使用性能不会产生影响。当检测数据产生的变化引起的数据波动超过或低于预期安全范围时，该数据波动可用于技术人员初步判定地下管道出现了泄漏现象。

预期安全范围值的获取方式：可通过对正常运行情况下的检测仪器显示的1000组检测数据进行采集，之后将采集到的数据进行统计学分析，得到检测数据的平均值。例如，当1000组检测数据进行统计学分析后得到的检测数据的平均值为800，则该预期安全范围为以平均值为基准，存在±5％的偏差，则预期安全范围值为760-840。当检测仪器中显示的检测数据值在760-840内，表示地下管道安全使用性能未收到影响；当检测仪器中显示的检测数据值超过或低于760-840的范围，表示地下管道发生了泄漏。

检测方式①：工作人员可根据上述检测仪器显示的检测数据对于疑似管道泄漏的区域进行判定，后续根据管道铺设时对于检测点的设置判断到疑似泄漏检测位点，并进行标记。然后再根据管道中该检测数据相对应的检测点的上游区域中任意一个检测仪器数据变化处于预期安全范围值内的检测位点处作为地下管道泄漏的检测起始点，然后以管道的铺设路径和铺设范围为基础，自检测起始点至管道铺设终点利用上述大地电导率仪的检测方法进行视电导率值σ2的检测数据记录并进行显示。

上述检测位点的选取方式适用于检测仪器显示的检测数据产生的数据波动呈分段式，即初步判定的管道泄漏区域是具有明显的起始点和终止点的，该分段式的泄漏区域在整体管道路径上可具有多段。

检测方式②：或是工作人员在对管道泄漏进行初步判定后，直接以管道铺设路径的起点作管道泄漏的检测起始点，自检测起始点至管道铺设终点利用上面所述的电磁法大地电导率仪测定的方法进行视电导率值σ2的检测数据记录，记录的检测数据为视电导率值σ2曲线图。

上述检测位点直接从管道铺设起始点开始，对于整体地下管道出现了多个泄漏区域，且泄漏区域较为分散，泄漏情况较为复杂等均可适用。

实施例1

本发明在具体实施的过程中选用型号为em34-3的感应电磁法大地电导率仪对地下管道进行检测。em34-3感应电磁法大地电导率仪在现场会实时显示检测结果，其具有高垂直分辨率的水平偶极观测模式和高水平分辨率的垂直偶极观测模式。该em34-3是由发射机、接收机、发射线圈和接收线圈组成，发射线圈和接收线圈之间的间距为10m、20m和40m三种，分别对应于发射频率为6400hz、1600hz、400hz，可探测7.5m、15m、30m和60m的4种测深大地的视电导率值。

探测区域：选择北京沙河北大桥某区地下管道进行探测。

探测区域概况：该区位于北京沙河北大桥—pvc管道上，管道埋深为3m，直径为1m，管道上方为松散的覆土填埋层。该地下管道中就地压力表的压力值的平均值为0.9兆帕，以±5％偏差得预期安全范围为0.855-0.945兆帕。电磁法大地电导率仪中该管道的视电导率基准值为30-80s/m，以±0.1％偏差得测试安全范围为30-80s/m。

当进行具体实施测试时，该管道上设置的就地压力表中显示的压力值为1.1兆帕，显然超过了预期安全范围值，因此技术人员初步判定该段管道出现了泄漏。

沿着垂直于管道方向布设一条测线，采用em34-3大地电导率仪对该剖面进行探测。选用em31大地电导率仪对该剖面进行探测对上述结果进行验证。

探测结果如图4、5所示：

从图4中显示的结果可知，在管道2-5米下游距离为7-8米处，视电导率值显著低于30s/m，使用水平偶极和垂直偶极模式探测的结果都表现为低导异常体。注：h为水平偶极模式曲线；v为垂直偶极模式曲线。

从图5中显示的结果可知，表中的65号点处(即em34-3对应的7-8米处)，水平偶极比垂直偶极模式探测结果大，表现为浅层高导，深层具有低导现象。注：h为水平偶极模式曲线；v为垂直偶极模式曲线。

综上所述，通过运用电磁法大地电导率仪对地下管道进行检测中，电导率仪对于探测电导率差异变化较大的目标体反应灵敏，响应形态简单，能有效的圈定处异常体的位置。

本次具体的实施例是从地下管道铺设的起始点开始进行检测的，该种检测方式能够保证地下管道中所有存在的泄漏问题得到解决。

关于上述利用本发明提供的地下管道泄漏的检测起始点的选取能够根据管道铺设时设置的检测仪器的精确度和设置的位置的精确度进行判断。同时根据本发明提供的该地下管道的检测方法能够准确根据视电导率值的变化判断得出泄漏的位置。

根据前期对地下管道中所设置的各类物质在正常运行情况下得到的与各自种类的物质相对应的视电导率基准曲线图，从而能够判断得出该地下管道中泄漏的物质为何物。

本发明提供了一种城市地下管道泄漏的检测方法，该检测方法是通过利用电磁法大地电导率仪对地下管道是否发生泄漏进行检测，在无需大型化设备挖掘大地土层的情况下，通过利用视电导率值产生的变化及视电导率曲线呈现的变化波动，能够保证在最短的时间内检测到地下管道的泄漏区域，同时可通过结合地下管道的铺设路径和铺设范围，检测到地下管道的泄漏位置。该地下管道泄漏的检测方法的检测步骤简捷、方便，减少了人力的消耗，降低了耗能，显著地提高了检测准确率和检测效率。

尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，本发明不局限于上述可选的实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品。上述具体实施方式不应理解成对本发明的保护范围的限制，本领域的普通技术人员应当理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换，与此同时这些修改或者替换，并不会使相应的技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；本发明的保护范围应当以权利要求书中界定的为准，并且说明书可以用于解释权利要求书。