城市供水系统属于城市生命线工程，对维持正常的社会生活、生产秩序和公共安全至关重要。如果发生主干管的“爆管”事件，可能会对供水系统和城市造成严重的影响。如供水中断、水质问题以及水力冲击形成的地面塌陷、道路损毁等。

现代供水管网通常配备了监测设备，如压力传感器、流量计、振动传感器等，设备可以实时监测管道的压力、流量和振动等参数。当发生爆管时，这些传感器会检测到异常的压力变化或振动信号，从而出发报警系统。

一、爆管监测的两个技术方向

国内外关于爆管监测分析方法主要集中在两个技术方向。

1. 基于拟稳态压力和流量监测数据状态的突变分析法，该方法通过对供水管网的压力和流量等监测数据进行实时监测和分析，检测数据状态的突变来识别爆管事件。此方法的物理基础是，管网的压力通常出现比较明显的下降，流量也会增加。优势是实时性较好，能够较快地发现爆管，并提供初步的定位信息。

2. 基于压力波（瞬态波）的分析法，这种方法利用压力波在管道中传播的特性，通过分析压力波的传播速度、幅值变化等特征来识别爆管事件。压力波通常是由突然关闭阀门、爆管等突发事件引起的。该方法通过在管网中设置压力传感器，实时监测管道内的压力波传播情况，进而识别爆管事件。这种方法的优势是对爆管点的定位精度较高。

二、爆管监测的三个基本问题

爆管监测通常会考虑到三个基本问题

1.爆管监测能力，主要涉及到监测的设备和技术，以及对爆管事件的实时监测和识别能力。

2.监测网优化，主要是指通过合理的监测点布局和监测数据的采集、传输和处理，提高监测网的效率和可靠性。

3.爆管监测，是指通过监测和分析管道的压力、流量、振动等参数，识别爆管事件和定位爆管位置，主要是要提取有效信息，结合数据分析和水力模型进行识别，实现快速响应和抢修。

三、爆管监测的十大技术要点

1. 估计爆管漏水量

爆管发生后，供水企业通常会利用监测数据和水力模型，估算爆管事件中的漏水量，评估爆管对供水的影响。

2. 供水系统水力模型分析技术

建立供水系统的水力模型，通过模拟和分析，预测爆管事件的影响范围和程度。

水力模型包括传统的流量驱动和压力驱动模型。

流量驱动模型基于供水管网中流体的质量守恒和能量守恒原理，考虑水流量在管道网络中的传输和分配，来预测管道中的压力和流量分布。模型以流量作为主要的驱动因素，通过模拟和计算水流量在管网中的运动和传输，进而推导出各个节点和管段的压力变化。

压力驱动模型基于供水管网中的水力特性和流体力学原理，通过考虑管道的水力特性、管段的摩擦阻力以及压力变化等因素，来预测供水管网中不同节点和管段的压力和流量分布情况。该模型以压力作为主要的驱动因素，通过模拟和计算各个节点的压力变化，进而推导出管道中水流的流量分布和运动情况。

3. 爆管漏水率影响分析

爆管漏水率对管网压力、流量和水质参数的影响，以帮助判断和定位爆管事件。

4. 管网监测数据的信号特征分析

通过分析管网压力和流量监测数据的信号特征，识别爆管事件的特征信号。

任何系统都存在一定的环境背景噪声，城市供水管网系统水力数据的波动因素包括用户用水量、水泵阀门启闭等，这些因素是随机变化的。传感器本身也会受到各种因素的影响，这些波动构成了环境背景噪声。

5. 最小可监测爆管管径

确定能够有效检测到的最小爆管管径，以确保监测系统的敏感性和准确性。供水管网中，爆管的范围一般受管网系统结构、管径大小、爆管漏水口的大小影响。

管网系统结构：供水管网的结构包括管道的布局、连接方式和分支结构等。不同的结构会影响爆管事故的传播范围。例如，如果供水管网采用环状结构，一处爆管可能会导致整个环形系统的供水中断；而线性结构的管网则可能局限于爆管点周围的区域。

管径大小：供水管道的管径大小直接影响爆管事故的范围。较大的管径可以容纳更多的水流，一旦发生爆管，漏水量可能更大，影响范围也更广。相反，较小的管径可能在爆管时漏水较少，造成的影响范围相对较小。但是，不同的供水系统又有所不同。例如，小型供水系统中，DN200的管道爆裂后，在水厂泵站就可以看到明显的变化，但是在大型供水系统中，也许DN500的管道爆裂后，监测系统没有显著的变化，

爆管漏水口大小：爆管漏水口的大小也会影响爆管事故的范围。较大的漏水口会导致更大的水流量和水压变化，从而扩大爆管事故的影响范围。相反，较小的漏水口可能导致漏水量较少，影响范围相对较小。

6. 管道爆管冲击影响

研究管道的爆管强度和破坏机制，评估管道的安全性和抗爆管能力。

爆管是偶发现象，一般很难进行现场测试，只能进行管网水力模型。在进行爆管冲击影响分析时，可设定漏水量或节点的射流系数进行水力分析。

其中爆管强度的表达方式如下：

7. 监测网空间优化

通过优化监测点的布局和数量，提高监测网的覆盖率和监测效能。在设计爆管监测网时，确实应该充分考虑投入产出比，并在经济条件许可的情况下平衡监测网的性能和成本。

其设计和优化原则应包括：

网点布局的合理性，考虑管网的覆盖范围、风险区域、重要节点，并确保监测点的数量和位置能够有效识别和定位爆管事件。

传感器的选择和优化，充分考虑监测点的数量、传感器的灵敏度和稳定性，以及成本和维护周期，达到成本效益最优化。

数据采集与传输的可靠性，合理安排数据采集频率和传输周期，以满足实时监测需求，减少不必要的数据负担。

预防性维护和定期巡检，应加强管网的预防性维护和定期巡检，定期检查和维护管道状态、阀门、漏水点等。

8. 传感器数量优化

根据监测需求和资源限制，优化传感器的数量和分布，提高监测系统的效率和经济性。

传感器数量优化通常需要考虑两个问题，即合理的监测数量和尽可能多的管线覆盖。

合理的监测数量，根据供水管网的规模和复杂程度，结合风险评估，确定合理的监测点数量。布局应考虑到管网的拓扑结构、风险区域、重要节点等因素。

对于较大规模的供水管网，可以采用分区域的策略，根据区域特点和需求，确定每个区域所需的监测点数量，以满足监测覆盖的要求。

爆管监测管线覆盖，在监测网的设计中，尽可能多的管线应该纳入监测范围。重点关注供水系统的主干管道、关键支线和风险区域，以及重要的供水节点和用户集中区域。

根据供水管网的特点，采用合适的监测技术和设备，如压力传感器、流量计、振动传感器等，确保对关键管线的监测覆盖。

如图所示，对于监测点的优化，设定一个最少的监测设备数，然后进行空间布置优化，再增加设备数量，进行空间优化，同时监控管道覆盖率的增长情况，直到增加量小于设定目标。

如图，当监测点数量足够多，S1n、S2n和S3n趋于相等。

9. 监测数据的在线分析与爆管实时监测技术

开发在线数据分析和处理技术，实时监测和识别爆管事件。

基本步骤仍为：收集管网中传感器的数据系信息、SCADA系统中水厂泵站的运行状态。并对数据进行处理分析、结合水力模型对管网进行预测。

漏斗法时判断管网爆管的常用方法，主要步骤为

分析漏水点周围压力和流量的变化；

确定影响区域；

根据拓扑结构缩小范围；

结合实际调查和验证。

10. 爆管实时监测的有效性与质量评估

评估爆管实时监测技术的有效性和质量，确保监测结果的准确性和可靠性。

值得注意的是，爆管监测算法的准确性受到多个因素的影响，包括设备的投入、管网的现状和爆管的严重程度等。评估爆管算法应综合考虑上述因素。