google-site-verification: google52572f315c4b9a26.html
نشریه علمی صوت و ارتعاش

نشریه علمی صوت و ارتعاش

روش های آکوستیکی و ارتعاشی برای تعیین نشتی لوله‌های آب مدفون در خاک

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان
1 دانشگاه شهید بهشتی
2 دانشگاه شهید بهشتی، پردیس فنی و مهندسی شهید عباسپور، دانشکده مهندسی مکانیک و انرژی
چکیده
نشتی در لوله‌های آب مدفون منجر به افزایش تلفات آب و کاهش کارایی شبکه‌های توزیع می‌شود. با توجه به محدودیت‌های موجود در منابع آب‌های سطحی و زیرزمینی، شرایط جغرافیایی و اقلیمی خاص، و همچنین فرسودگی سامانه توزیع آب شهری، مشکل نشت آب و مشکلات مرتبط با آن به ویژه در شبکه‌های آب‌رسانی افزایش می‌یابد. از سوی دیگر، استفاده نکردن از لوله‌ها و اتصالات استاندارد باعث می‌شود تا کنترل نشت و شناسایی آن دشوارتر شود. در نتیجه، توجه به استفاده از روش‌های مختلف برای شناسایی و کنترل نشت آب اهمیت زیادی پیدا کرده است. امروزه، با پیشرفت‌های علمی و فناوری، امکان شناسایی دقیق محل نشت آب بدون نیاز به حفاری‌های پرهزینه و زمان‌بر و بدون نیاز به علائم ظاهری از نشت در سطح زمین وجود دارد. در بسیاری از کشورهای پیشرفته، سامانه‌های نشت‌یاب برخط به عنوان ابزارهایی برای کنترل هدررفت آب مورد استفاده قرار می‌گیرند. به همین دلیل، عملکرد و کارایی این دستگاه‌ها که جدیدترین فناوری‌های جهانی در آن‌ها به کار رفته، مورد بررسی و ارزیابی قرار گرفته است. در این مطالعه، روش‌های نشتی‌یابی سامانه لوله-خاک بررسی و با یکدیگر مقایسه شده است. نتایج این پژوهش بر ضرورت انتخاب روش نشتی‌یابی بر اساس شرایط فیزیکی شبکه تأکید دارد.
کلیدواژه‌ها
موضوعات

عنوان مقاله English

Acoustic and Vibration-Based Methods for Detecting Leaks in Buried Water Pipelines

نویسندگان English

Seyed Omid Reza Zahedi Fard 1
Abbas Rahi 2
1 Shahid Beheshti Unv.
2 Faculty of Mechanical and Energy Engineering, Shahid Beheshti University, Tehran, Iran
چکیده English

Leakage in buried water pipelines leads to increased water losses and reduced efficiency in distribution networks. Considering the limitations of surface and groundwater resources, specific geographical and climatic conditions, and the aging of urban water distribution systems, the issue of water leakage and its associated problems is becoming increasingly significant, especially within water supply networks. Moreover, the use of non-standard pipes and fittings further complicates leak control and detection. Consequently, the adoption of various methods for identifying and controlling water leakage has gained considerable importance. Today, advancements in science and technology allow for precise leak detection without the need for costly and time-consuming excavations, and without relying on visible surface indications. In many developed countries, online leak detection systems are employed as effective tools for managing water losses. Therefore, the performance and efficiency of these devices, which incorporate the latest global technologies, have been investigated and evaluated. In this study, leakage detection methods for pipe–soil systems are reviewed and compared. The findings highlight the necessity of selecting an appropriate leak detection technique based on the physical characteristics of the network.

کلیدواژه‌ها English

Water leakage
leak detection methods
buried water pipelines
vibration-based method
acoustic method
[1] فتحی، احمد، و علیرضا لویمی. ۱۴۰۲. "مروری بر روش‌های تشخیص و مکان‌یابی نشت آب در شبکه توزیع آب شهری." مجموعه مقالات اولین همایش ملی علوم و مهندسی محیط زیست در افق توسعه، ۱–۱۱.
[2] Hunaidi, Osama, and Wing T. Chu. "Acoustical characteristics of leak signals in plastic water distribution pipes." Applied Acoustics 58, no. 3 (1999): 235-254.
[3] Seckler, David William. World water demand and supply, 1990 to 2025: Scenarios and issues. Vol. 19. Iwmi, 1998.
[4] Colombo, Andrew F., Pedro Lee, and Bryan W. Karney. "A selective literature review of transient-based leak detection methods." Journal of hydro-environment research 2, no. 4 (2009): 212-227.
[5] Cody, Roya, Jinane Harmouche, and Sriram Narasimhan. "Leak detection in water distribution pipes using singular spectrum analysis." Urban Water Journal 15, no. 7 (2018): 636-644.
[6] El-Zahab, Samer, and Tarek Zayed. "Leak detection in water distribution networks: an introductory overview." Smart Water 4, no. 1 (2019): 5.
[7] Farley, M. R., and S. Trow. Losses in Water Distribution Networks, a Practitioner’s Guide to Assessment, Monitoring and Control; IWA: London, UK, 2003. ISBN 1-900222-11-6.
[8] Gao, Y., M_J Brennan, P. F. Joseph, J. M. Muggleton, and O. Hunaidi. "On the selection of acoustic/vibration sensors for leak detection in plastic water pipes." Journal of sound and vibration 283, no. 3-5 (2005): 927-941.
[9] Martini, Alberto, Marco Troncossi, and Alessandro Rivola. "Automatic leak detection in buried plastic pipes of water supply networks by means of vibration measurements." Shock and Vibration 2015, no. 1 (2015): 165304.
[10] Yang, Xuan, Hongyuan Fang, Xiang Yu, Shaohui Li, and Hongjin Liu. "Study on the mechanism of vibration signal generation in water supply pipeline leaks." Measurement 229 (2024): 114415.
[11] Choi, Jihoon, Joonho Shin, Choonggeun Song, Suyong Han, and Doo Il Park. "Leak detection and location of water pipes using vibration sensors and modified ML prefilter." Sensors 17, no. 9 (2017): 2104.
[12] Almeida, Fabrício, Michael Brennan, Phillip Joseph, Stuart Whitfield, Simon Dray, and Amarildo Paschoalini. "On the acoustic filtering of the pipe and sensor in a buried plastic water pipe and its effect on leak detection: An experimental investigation." Sensors 14, no. 3 (2014): 5595-5610.
[13] مقدم، نیما، و یوسف مقدم. ۱۴۰۲. "روش‌های نشت‌یابی لوله‌های مدفون توزیع آب." مجموعه مقالات هشتمین کنفرانس بین المللی پژوهش در علوم و مهندسی و پنجمین کنگره بین المللی عمران، معماری و شهرسازی آسیا، ۳-۴.
[14] صیاد، علی. ۱۴۰۰. "بررسی، مطالعه و بکارگیری تکنیک‌های تست‌های غیرمخرب (NDT) در امر نشت‌یابی لوله‌ها." سمینار کارشناسی ارشد، به راهنمایی محمد ریاحی، دانشگاه علم و صنعت ایران، ۳۸.
[15] تاج‌بخش، کاوه، محمدحسین شعبانی، محمدبهزاد قویم لنگرودی، و حامد منصف. ۱۴۰۳. "نشت‌یابی هدفمند جهت کاهش هدررفت واقعی، مطالعه موردی شهر لاهیجان." مجموعه مقالات پنجمین کنگره علوم و مهندسی آب و فاضلاب ایران، اصفهان، ۵.
[16] Wang, Tiansu. "Non-metal Pipe Leak Detection Pig Localization Method." Master's thesis, Northeastern University, 2020.
[17] Long, Rob, Peter Cawley, and Mike Lowe. "Acoustic wave propagation in buried iron water pipes." Proceedings: Mathematics, Physical and Engineering Sciences (2003): 2749-2770.
[18] El-Zahab, Samer, Eslam Mohammed Abdelkader, and Tarek Zayed. "An accelerometer-based leak detection system." Mechanical Systems and Signal Processing 108 (2018): 276-291.
[19] Almeida, Fabrício CL, Michael J. Brennan, Phillip F. Joseph, Yan Gao, and Amarildo T. Paschoalini. "The effects of resonances on time delay estimation for water leak detection in plastic pipes." Journal of Sound and Vibration 420 (2018): 315-329.
[20] Gutermann Water Loss. 2019. Modern Ground-Borne Sound Microphone and C-3 Hybrid Correlator in One. Company Product Manual, Gutermann AG.
[21] Chatzigeorgiou, Dimitris M., You Wu, Kamal Youcef-Toumi, and Rached Ben-Mansour. "Reliable sensing of leaks in pipelines." In Dynamic Systems and Control Conference, vol. 56130, p. V002T25A004. American Society of Mechanical Engineers, 2013.
[22] Puust, Raido, Zoran Kapelan, Dragan A. Savic, and Tiit Koppel. "A review of methods for leakage management in pipe networks." Urban Water Journal 7, no. 1 (2010): 25-45.
[23] Yang, Xuan, Fuming Wang, Hongyuan Fang, Xiang Yu, and Shaohui Li. "Numerical and experimental research on vibration signal characteristics of water pipeline leakage." Measurement 226 (2024): 114118.
[24] Almeida, F. C. L., M. J. Brennan, F. Kroll de Lima, M. K. Iwanaga, and O. Scussel. "Using a geophone as an actuator to estimate the velocity of leak noise propagation in buried water pipes." Applied Acoustics 184 (2021): 108251.
[25] Muggleton, J. M., M. J. Brennan, and R. J. Pinnington. "Wavenumber prediction of waves in buried pipes for water leak detection." Journal of Sound and Vibration 249, no. 5 (2002): 939-954.
[26] Muggleton, Jen M., and Michael J. Brennan. "Leak noise propagation and attenuation in submerged plastic water pipes." Journal of Sound and Vibration 278, no. 3 (2004): 527-537.
[27] Liu, Rongsheng, Tarek Zayed, and Rui Xiao. "Contrastive learning method for leak detection in water distribution networks." npj Clean Water 7, no. 1 (2024): 118.
[28] Li, Xuan, and Yongqiang Wu. "A convolutional graph neural network model for water distribution network leakage detection based on segment feature fusion strategy." Water 16, no. 24 (2024): 3555.
[29] Zhang, Zepeng, and Olga Fink. "Algorithm-informed graph neural networks for leakage detection and localization in water distribution networks." Reliability Engineering & System Safety (2025): 111494.
[30] Garzón-Orduña, Alex J., Oscar E. Coronado-Hernández, Alfonso Arrieta-Pastrana, Helena M. Ramos, and Modesto Pérez-Sánchez. "Physics-informed machine learning for hybrid modelling of water leakages induced by rapid valve manoeuvres in water distribution networks." Engineering Applications of Artificial Intelligence 167 (2026): 113887.