一種體積法測量管網(wǎng)外源入侵的系統(tǒng)和方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及供水管網(wǎng)的技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種管網(wǎng)外源入侵的測量系統(tǒng)和方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 自來水出廠后，水在供水管網(wǎng)運(yùn)輸過程中被污染是飲用水污染的重要途徑之一。 其中，供水管網(wǎng)中的低負(fù)壓問題是引起管網(wǎng)水污染的重要原因。低負(fù)壓事件其實(shí)是一種水 擊（或水錘）過程，當(dāng)管道中流速迅速改變時(shí)，流速驟然減小或增加并伴有壓力的大幅度波 動(dòng)。在正常供水條件下，管道內(nèi)壓力大于管外壓力，水從管網(wǎng)缺陷處流失。一旦發(fā)生低負(fù)壓 事件，管道內(nèi)壓力就會(huì)低于管外壓力，管外污水就會(huì)從管網(wǎng)缺陷處被吸入管網(wǎng)，稱為管網(wǎng)入 侵污染。
[0003] 雖然現(xiàn)在也有研宄者關(guān)注這一問題，但是大多集中在消除或降低管網(wǎng)中的負(fù)壓的 方向，例如，授權(quán)公告號CN 101187215 B的專利文獻(xiàn)公開了一種全自動(dòng)限流式無負(fù)壓管網(wǎng) 疊壓供水設(shè)備，包括自來水進(jìn)管，在自來水進(jìn)管通過管路與穩(wěn)流調(diào)節(jié)器罐體連接，在管路上 依次設(shè)進(jìn)水管遠(yuǎn)傳壓力表、倒流防止器、進(jìn)水側(cè)氣體隔斷器、過濾器；穩(wěn)流調(diào)節(jié)器罐體內(nèi)是 流量調(diào)節(jié)器水腔，在穩(wěn)流調(diào)節(jié)器罐體的底部設(shè)穩(wěn)流調(diào)節(jié)器支座，在穩(wěn)流調(diào)節(jié)器罐體底部的 出水口處設(shè)清洗排污閥；水泵機(jī)組與旁通管并聯(lián)后與穩(wěn)流調(diào)節(jié)器罐體的底部出水管連接； 旁通管與水泵機(jī)組的出水管并聯(lián)后與出水總管連接，在出水總管上設(shè)出水總管遠(yuǎn)傳壓力 表；在穩(wěn)流調(diào)節(jié)器罐體上方設(shè)負(fù)壓消除器罐體，二者之間設(shè)進(jìn)氣排氣阻水閥，負(fù)壓消除器罐 體內(nèi)是負(fù)壓消除器氣腔，在負(fù)壓消除器罐體上設(shè)負(fù)壓消除器遠(yuǎn)傳壓力表，充氣閥、常閉式電 磁閥。在全封閉的環(huán)境下，消除負(fù)壓生成條件使設(shè)備在約束條件下運(yùn)行，使運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)基本不產(chǎn) 生負(fù)壓，避免對管網(wǎng)的不良沖擊，使管網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。
[0004] 上述裝置雖然可以在一定程度上降低管網(wǎng)中負(fù)壓的發(fā)生，但是管網(wǎng)中水體流動(dòng)復(fù) 雜，完全去除負(fù)壓的情況是不可能的，并且管網(wǎng)外源入侵體積是衡量管網(wǎng)入侵污染對公眾 健康影響程度的一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)，現(xiàn)有研宄中，測量管網(wǎng)外源入侵體積的方法主要有體積法 和化學(xué)示蹤法。
[0005] 體積法利用與管道滲漏點(diǎn)相連的管外入侵裝置，通過錄像機(jī)實(shí)時(shí)記錄入侵裝置中 的水量的體積變化，并以此反算管網(wǎng)外源入侵體積。實(shí)驗(yàn)中低負(fù)壓事件發(fā)生的同時(shí)手動(dòng)開 啟入侵裝置與主管間的閥門以測定入侵體積，但手動(dòng)操作很難做到兩者完全同步，而且實(shí) 驗(yàn)使用錄像機(jī)記錄入侵裝置液位變化，成像模糊，數(shù)據(jù)處理難度大。
[0006] 化學(xué)示蹤法指在滲漏點(diǎn)外圍水體中放入一定的示蹤劑，使管外水維持一定的濃 度，發(fā)生低負(fù)壓事件時(shí)，在管網(wǎng)下游收集管網(wǎng)水，測量管網(wǎng)水中的示蹤劑濃度，以此計(jì)算管 網(wǎng)外源入侵體積。該方法在實(shí)驗(yàn)中存在示蹤劑殘留和衰減問題，影響實(shí)驗(yàn)精度，也影響下一 工況的實(shí)驗(yàn)過程。同時(shí)實(shí)驗(yàn)過程較為繁瑣，管網(wǎng)水收集困難。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明提供了一種體積法測量管網(wǎng)外源入侵的系統(tǒng)，操作簡單，便于獲取穩(wěn)定、準(zhǔn) 確的數(shù)據(jù)，提高計(jì)算外源入侵體積數(shù)值的準(zhǔn)確性。
[0008] 一種體積法測量管網(wǎng)外源入侵的系統(tǒng)，包括：
[0009] 入侵管路，與管網(wǎng)的主管連通且設(shè)有入侵開口；
[0010] 水箱，用于儲(chǔ)存入侵管路輸出水流；
[0011] 觀察管，與水箱連通用于觀察水位變化；
[0012] 液位傳感器，安裝在水箱內(nèi)，用于測量水位變化以計(jì)算管網(wǎng)外源入侵的實(shí)際值；
[0013] 壓力傳感器，安裝在主管內(nèi)，用于測量主管內(nèi)的水壓變化，并結(jié)合液位傳感器測量 的壓力變化數(shù)據(jù)計(jì)算管網(wǎng)外源入侵的理論值。
[0014] 本發(fā)明系統(tǒng)使用時(shí)，管網(wǎng)正常供水時(shí)，主管內(nèi)壓力大于水箱的壓力，主管內(nèi)的水經(jīng) 過入侵管路流入水箱，并從觀察管流失；一旦發(fā)生低負(fù)壓事件，主管內(nèi)壓力劇烈波動(dòng)，隨著 壓力的減小，水箱中的水就會(huì)被吸入主管，實(shí)際反映為觀察管的水位下降，同時(shí)引起液位傳 感器讀數(shù)變化，通過觀察觀察管內(nèi)水位變化可以直觀地感受到入侵現(xiàn)象并作出定性分析， 與此同時(shí)，液位傳感器水箱的液位變化信息，累加計(jì)算得到外源入侵體積的實(shí)際值，還可以 通過壓力傳感器和液位傳感器記錄主管和水箱的水壓變化，利用水壓的變化數(shù)據(jù)，計(jì)算得 到外源入侵體積的理論值，從而與實(shí)際值對比，修正理論值，提高測量準(zhǔn)確性。
[0015] 本發(fā)明設(shè)置一水箱來接收來自管網(wǎng)的主管壓出的水流，與直接將觀察管連接入侵 管路相比，由于水箱的體積較大，蓄水量大，具有穩(wěn)定水壓的作用，與現(xiàn)實(shí)中管網(wǎng)外源入侵 的水源一般體積較大的情況相似，提高測量的準(zhǔn)確性；并且采用液位傳感器代替錄像機(jī)記 錄觀察管水位變化，實(shí)驗(yàn)操作簡單，數(shù)據(jù)精度高，數(shù)據(jù)處理方便。
[0016] 為了方便測量不同大小的入侵開口所引起的入侵體積的變化，優(yōu)選的，所述入侵 管路包括連通主管和水箱的過水管，安裝在過水管上的常開閥門以及可拆卸安裝在過水管 上且設(shè)有所述入侵開口的擋水板。設(shè)置具有不同大小和形狀的入侵開口的擋水板，通過更 換擋水板，可以測量不同大小的入侵開口所引起的入侵體積的變化，合理模擬實(shí)際管網(wǎng)的 漏損點(diǎn)；常開閥門關(guān)閉后，可以進(jìn)行擋水板的更換。
[0017] 為了方便更換擋水板，優(yōu)選的，所述擋水板通過法蘭安裝。法蘭安裝密封性好，拆 卸安裝方便。
[0018] 優(yōu)選的，所述水箱的體積與主管直徑的比值大于5 X 104_2,此時(shí)，水箱的體積對測 量數(shù)據(jù)的影響非常小，可以忽略不計(jì)。
[0019] 本發(fā)明中的液位傳感器和壓力傳感器可以采用具有直接讀取數(shù)據(jù)功能的傳感器， 為了方便數(shù)據(jù)的采集和結(jié)果的計(jì)算，優(yōu)選的，還包括接收所述液位傳感器和所述壓力傳感 器所記錄數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，所述數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包括數(shù)據(jù)采集模塊、穩(wěn)壓電源和計(jì)算模 塊。
[0020] 為了方便安裝和觀察，優(yōu)選的，所述觀察管安裝在水箱的頂面上。
[0021] 本發(fā)明提供了一種體積法測量管網(wǎng)外源入侵的方法，測量水箱的液位變化信息， 累加計(jì)算得到外源入侵體積的實(shí)際值的同時(shí)，還通過壓力傳感器和液位傳感器記錄主管和 水箱的水壓變化，利用水壓的變化數(shù)據(jù)，計(jì)算得到外源入侵體積的理論值，從而與實(shí)際值對 比，修訂理論值，提高測量準(zhǔn)確性。
[0022] 一種體積法測量管網(wǎng)外源入侵的方法，包括以下步驟：
[0023] (1)將上述的體積法測量管網(wǎng)外源入侵的系統(tǒng)的入侵管路接入管網(wǎng)的主管；
[0024] (2)使入侵管路導(dǎo)通，主管內(nèi)的水流通過入侵管路充滿水箱并進(jìn)入觀察管；
[0025] (3)在主管內(nèi)發(fā)生負(fù)壓現(xiàn)象時(shí)，使入侵管路處于導(dǎo)通狀態(tài)，觀察管內(nèi)發(fā)生液位變 化，液位傳感器記錄液位變化，同時(shí)壓力傳感器檢測主管內(nèi)的壓力變化；
[0026] (4)待負(fù)壓現(xiàn)象結(jié)束后，所記錄的液位變化總和即為管網(wǎng)外源入侵體積的實(shí)際值， 同時(shí)根據(jù)主管和水箱的水壓變化，計(jì)算發(fā)生負(fù)壓現(xiàn)象過程中外源入侵體積的理論值。
[0027] 優(yōu)選的，計(jì)算發(fā)生負(fù)壓現(xiàn)象過程中外源入侵體積的理論值的具體步驟包括：
[0028] a、在時(shí)間段At內(nèi)，入侵體積Λ Vi的計(jì)算公式為：
[0029] AFi 二 QAt 二 CilAAtyJHrxl-Hi, Hcxt > Ht
[0030] Qi為入侵開口的瞬時(shí)流量，A為入侵開口的斷面面積；H ext為Δ t內(nèi)入侵開口在 水箱側(cè)的水壓瞬時(shí)值，氏為At內(nèi)主管內(nèi)壓的瞬時(shí)值；Cd為入侵開口的出流系數(shù)，Cd = 0. 60~0. 62 ;理論上，At取值越小，測量精度越高，為了兼顧計(jì)算效率，At -般取值范圍 在 0· 001 ~0· 050s。
[0031] b、將整個(gè)負(fù)壓現(xiàn)象過程中，每一時(shí)刻的入侵體積累加就能得到總的外源入侵體積 的理論值。
[0032] 利用本發(fā)明方法的公式對外源入侵體積的理論值進(jìn)行計(jì)算，結(jié)合實(shí)際值，相互對 比，可以提高測量準(zhǔn)確性。
[0033] 優(yōu)選的，步驟（2)中，保持入侵管路在常通的狀態(tài)，從而避免手工導(dǎo)通入侵管路而 導(dǎo)致得到數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確的問題，將入侵管路保持在常通的狀態(tài)，記錄得到準(zhǔn)確、完整的觀察管 液位變化情況，可以計(jì)算得到準(zhǔn)確的外源入侵體積。
[0034] 進(jìn)一步優(yōu)選的，初始設(shè)定Cd= 0. 62,將步驟（4)中計(jì)算得到的外源入侵體積的實(shí) 際值和計(jì)算得到的外源入侵體積的理論值進(jìn)行比較，修正入侵開口的出流系數(shù)C d。從而提 高計(jì)算公式的計(jì)算準(zhǔn)確性，對于斷面面積相同的入侵開口，在不方便安裝測量系統(tǒng)的地方， 可通過理論計(jì)算得到接近實(shí)際的入侵結(jié)果。
[0035] 本發(fā)明的有益效果：
[0036] (1)本發(fā)明通過液位傳感器水箱的液位變化信息，累加計(jì)算得到外源入侵體積的 實(shí)際值，還通過壓力傳感器和液位傳感器記錄主管和水箱的水壓變化，利用水壓的變化數(shù) 據(jù)，計(jì)算得到外源入侵