DE3720345A1

DE3720345A1 - Verfahren zur frueherkennung von leckstellen in einem wasserrohrnetz

Info

Publication number: DE3720345A1
Application number: DE19873720345
Authority: DE
Inventors: Wilfried Dipl Ing Hoch
Original assignee: SEWERIN HERMANN GmbH
Current assignee: SEWERIN HERMANN GmbH
Priority date: 1987-06-19
Filing date: 1987-06-19
Publication date: 1988-12-29
Also published as: FR2616820A1; FR2616820B1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Früherkennung von Leckstellen in im Erdboden verlegten Wasserrohrnetzen, bei dem das zu untersuchende Wasserrohnetz oder der zu untersuchende Wasserrohrnetzteil von dem übrigen Wasserrohrnetz abgeschiebert und das abgetrennte Netz oder Netzteil über eine mit einem Durchflußmeßgerät mit zugeordnetem Auswertgerät versehene Meßleitung an die Wasserversorgung angeschlossen wird und während der Meßzeit die Verbraucher weiter mit Wasser versorgt werden.

Bei einem bekannten Verfahren der genannten Art (DE-PS 28 07 632) wird eine Leckmeldung abgegeben, wenn, über einen längeren Zeitraum gemessen, der Wasserverbrauch in der zu untersuchenden Wasserleitung nicht momentan auf Null absinkt und mehrmals ein momentaner gleicher Minimalverbrauch eintritt.

Diesem Verfahren liegt die Erkenntnis zugrunde, daß ein Leck stets dann besteht, wenn die Zuflußmeßwerte über den Meßzeitraum nie auf Null absinken. Die Erfahrung zeigt, daß nach einer längeren Meßzeit bei einem Rohrstrang ohne Lecks alle Verbraucher gleichzeitig ihren Wasserverbrauch, beispielsweise während der Nacht, einstellen. Während dieses Zeitraumes muß der Verbrauch auf Null fallen, sofern im betreffenden Rohrstrang kein Leck vorliegt. Mehrere genau gleiche Minimalanzeigen bedeuten entweder ein Leck von der angezeigten Größe oder einen Dauerverbraucher, der im allgemeinen bekannt ist und durch Ablesen seines Zählers berücksichtigt werden kann.

Durch Früherkennung von Lecks könnten die Wasserverluste theoretisch um ca. fünfzig Prozent gesenkt werden. Um diesem Ziel nahezukommen, muß der Mindestzufluß in die einzelnen Zonen regelmäßig gemessen werden. Wo ortsfeste Meßstellen fehlen, sind regelmäßige Zuflußanalysen unerläßlich, um anhand der aufgezeichneten Ganglinien den gemessenen Zufluß in einen Verbrauchs- und Verlustanteil aufzutrennen.

Die bisher angewandten Meßverfahren haben den Nachteil, daß der gesuchte Verluststrom eines Meßgebietes direkt gemessen werden muß, unbeeinflußt von jeglichem Verbrauch. Der Zeitaufwand hierfür ist groß und ist vor allem in großen Zonen auf die verbrauchsarmen und zudem sehr kostenintensiven Nachtzeiten beschränkt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Früherkennung von Leckstellen so zu verbessern, daß sich die Anwendung nicht auf die wenigen verbrauchsarmen Zeiten in der Nacht beschränkt und auch größere Meßgebiete überprüft und die Meßzeiten gegenüber den bisherigen Nullverbrauchsmessungen verkürzt werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß über eine frei wählbare Meßzeit mehrere Zuflußwerte gemessen werden, aus den Einzelmeßwerten die zugehörige mittlere Streubreite ermittelt und der Wasserverlust berechnet wird.

Die Zuflußanalysen lassen sich wesentlich verbessern, sofern man die zufälligen Verbrauchsvorgänge als weitere statistische Meßgröße (Streubreite der Meßwerte) in Abhängigkeit vom absoluten mittleren Gesamtzufluß zur Bestimmung des gesuchten Verluststromes heranzieht.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Früherkennung von Leckstellen - das Streubreitenverfahren - beruht auf folgender Überlegung:
Von einer bekannten Zahl Einwohner entnimmt in Zeiten geringeren Verbrauchs nur ein kleiner Teil jeweils für kurze Zeit Wasser.
Innerhalb einer frei wählbaren Meßzeit entstehen in der Ganglinie ausgeprägte Maxima und Minima, d. h. die Zuflußmeßwerte schwanken in einem bestimmten Streubereich.
Die Streubreite der Zuflußwerte ist eine Funktion der Einwohnerzahl und der Meßzeit und damit auch des Wasserverbrauchs.

Anhand der Funktion aus Streubreite und Wasserverbrauch kann mittels der Messung des Zuflusses und dessen Streubreite der Wasserverlust in einem Meßgebiet berechnet werden.

Weitere Kennzeichen und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels.

Es zeigen:

Fig. 1 die notwendige technische Einrichtung für Zuflußmessungen nach dem erfindungsgemäßen Streubreitenverfahren,

Fig. 2 und 3 einen Rohrnetzmeßwagen im Aufriß und im Grundriß,

Fig. 4, 5, 6 grafische Darstellungen von Zuflußmessungen, die für den Ortskern einer Stadt durchgeführt wurden,

Fig. 7 ein Diagramm zur Ermittlung des Verlustanteils und

Fig. 8 ein Diagramm zur Ermittlung des Verluststroms in l/min.

Für die Durchflußmessung wird ein Durchflußmeßgerät 1 mit analogem und/oder digitalem Signalausgang benötigt, das die Ganglinie über einen Schreiber 2 aufgezeichnet und daß die einzelnen Meßwerte über ein entsprechendes Interface einem leistungsfähigen Rechner 3 mit Speichereinheit 4 zugänglich macht.

Dem Meßcomputer ist ein Bildschirm 5 zugeordnet. Die Meßanlage weist ferner ein Batteriepaket 6 und einen Spannungswandler 7 auf.

Ein induktives Durchflußmeßgerät erfüllt alle Voraussetzungen. Die Meßwerte stehen analog zur Verfügung; sie können digitalisiert werden (die Sekunde zwei Werte). Das ermöglicht, die Ganglinien digital zu speichern und in jeder gewünschten Form analysieren. Um den Nachtzufluß zu messen, der in den Fig. 4, 5 und 6 grafisch dargestellt ist, wurde der Rohrnetzwagen nach den Fig. 2 und 3 verwendet, der mit einer fest eingebauten Meßstrecke ausgerüstet ist. Der Rohrnetzmeßwagen weist einen hydraulischen Bereich 7 und einen Meßraum 8 auf. Zusätzlich zu dem induktiven Durchflußmesser ist eine Beruhigungsstrecke 9 für das Meßgerät 1 und ein Rohrsystem mit Kugelhähnen 10 zum schnellen Öffnen und Schließen der Leitungen vorgesehen. Für kontrollierte Dichtheitsprüfungen ist ein Umgang 11 mit einem Druckminderventil 12 angeordnet. Über den Stutzen 13 erfolgt der Zufluß in die Meßzone, während der Stutzen 14 für die Entnahme außerhalb der Meßzone vorgesehen ist.

Der Bildschirm wird zur direkten Beobachtung von Durchfluß und Druck verwendet, während der Drucker 2 zur Dokumentation der Ganglinie und der Rechenergebnisse benutzt wird. Die Diskettenstation 4 wird zum Eingeben der Software und zum Speichern der Ganglinie verwendet.

Die Fig. 4, 5 und 6 zeigen beispielhaft die Ganglinien des Zuflusses in ein bestimmtes Meßgebiet während verschiedener Zeiten. Es handelt sich um Nachtzuflußmessungen für den Ortskern einer Stadt, in dem rund 1800 Einwohner leben. Der Netzteil war 4,7 km lang. Der hohe Mindestzufluß rührt von einem Rohrbruch an einer Leitung DN 150 her.

Unschwer ist zu erkennen, daß die Ganglinie zu der verbrauchsstarken Zeit zwischen 22.37 Uhr und 22.40 Uhr stärker ausschlägt als die entsprechende Linie zwischen 23.13 Uhr und 23.16 Uhr. Der Zufluß zwischen 3.36 Uhr und 3.39 Uhr verläuft fast gleichmäßig und wird kaum vom Verbrauch beeinflußt. Der Mindestzufluß läßt sich aus der Ganglinie direkt ablesen. Die Streubreite der Meßwerte ist ein Hinweis, wieviel Wasser während der Messung verbraucht wurde.

Bezeichnet man die Streubreite der Zuflußwerte mit d₆₈ und den mittleren Verbrauch in einem Meßgebiet mit μ _Q (l/min) so gilt die Gleichung

d₆₈ = 2 × √.

Mit dem Faktor R = 2 × √ in l/min (genannt Regelwert) ergibt sich d₆₈ = R √.

Q ist der mittlere Wert des einzelnen Entnahmestroms. Q und damit auch R können als konstante Größen gewertet werden.

Da ein Leck bewirkt, daß ständig Wasser ausfließt, strömt entsprechend mehr in das Meßgebiet ein, wobei sich aber die zugehörige Streubreite d₆₈ nicht erhöht. Die Abhängigkeit zwischen Verbrauch und Streubreite ändert sich jedoch um den Anteil, den der Verluststrom V darstellt.

Für den Verluststrom ergibt sich die Gleichung

Durch die Bestimmung des mittleren Zuflusses μ _G in ein Meßgebiet und der zugehörigen Streubreite d₆₈ sind die Voraussetzungen dafür geschaffen, die Verlustgröße in einem Meßgebiet weitgehend unabhängig von dessen Ausmaß, der Meßzeit und der Dauer der Messung zu ermitteln, sofern nur der Faktor R annähernd bekannt ist.

Bei der Berechnung des Verluststromes V geht man wie folgt vor. Man bildet einen Prüfwert R′, der sich aus folgender Gleichung ergibt:

Anschließend ermittelt man die Abweichung des Prüfwertes R′ vom Regelwert R und aus dem Verhältnis R′/R den Verlustanteil am gemessenen Zuflußwert. Das führt zu einem entscheidenden Vorteil. Da man allein aus dem dimensionslosen Verhältniswert R′/R den prozentualen Verluststrom ermitteln kann, macht dies möglich, durch Berechnen und Untersuchen des natürlichen Streubereiches dieser Verhältniszahl R′/R bzw. des errechneten Ergebnisses aus dieser Verhältniszahl aller Messungen, die statistische Sicherheit des Endergebnisses abzuschätzen.

Es gilt folgende Gleichung:

Dabei bezeichnet

den Anteil des Verluststromes am gemessenen Gesamtzufluß. Aus den obigen Gleichungen ergibt sich

Die Fig. 7 zeigt die Auswertungen von Zuflußmessungen nach dem erfindungsgemäßen Streubreitenverfahren über Verhältniszahlen.

In der Fig. 7 ist für verschiedene, auf der Abszisse dargestellte Verhältniszahlen R′/R der Verlustanteil f _V (in Prozent) berechnet und über der entsprechenden Verhältniszahl auf der Ordinate im Diagramm eingezeichnet. Das erfindungsgemäße Streubreitenverfahren wird wie folgt angewendet:
Zuerst wird die Streubreite d₆₈ = 2 × Standardabweichung sowie der arithmetische Mittelwert m _G der aufgezeichneten Meßwerte bestimmt, daraus der Prüfwert R′ = d₆₈ × ( μ _G)^0,5 berechnet und mit dem Regelwert R = 5,52 ins Verhältnis gesetzt. Von diesem dimensionslosen Wert von der Abszisse aus erhält man auf der Ordinate der Fig. 7 den zugehörigen Verlustanteil f _V und über die Formel V = μ _G × f _V den Verluststrom.

Im folgenden wird ein Beispiel für den praktischen Einsatz des erfindungsgemäßen Streubreitenverfahrens beschrieben.

In der Zone war aufgrund laufender Messungen festgestellt worden, daß der Nachtverbrauch um etwa 6 m³/h bzw. 100 l/min schon mehrere Tage erhöht war. Da es sich offensichtlich um einen Rohrbruch handelte, wurde alsbald im Ortskern der Zufluß gemessen. Das Abschiebern und das Aufbauen des Meßwagens dauerte eine halbe Stunde. Die Messungen begannen um 22.22 Uhr (s. die Ganglinien in den Fig. 4, 5 und 6).

Das nachträgliche Auswerten nach dem Streubreitenverfahren ergab die in der folgenden Tabelle aufgelisteten Werte, ermittelt in Meßintervallen von 3 Minuten (das entspricht ungefähr 300 Einzelmeßwerten).

Anhand der gemessenen Streubreiten- und Mittelwerte wurde das Verhältnis Prüfwert zu Regelwert R′/R errechnet und nach der entsprechenden Gleichung bzw. nach der grafischen Darstellung der Fig. 7 der Verluststrom V ermittelt.

Um 22.49 Uhr wurde die erste Meßreihe abgebrochen, so daß nunmehr aufgrund der Ergebnisse aus den sieben Zeitintervallen ein mittlerer Verluststrom errechnet werden konnte. Die einzelnen Verlustwerte schwankten erwartungsgemäß in weiten Grenzen (68 bis 199 l/min), aber der Gesamtmittelwert ergab einen Verluststrom von 129 l/min, was dem viel später gemessenen Nullverbrauch ungefähr entsprach.

In der Fig. 8 ist in einer grafischen Darstellung auf der Abszisse der gemessene Zufluß in l/min und auf der Ordinate der Verluststrom l/min abgetragen. Die Streubreiten in l/min bilden schrägverlaufende Linien.

Mit diesem Diagramm kann nach der Ermittlung des Zuflusses sowie der Streubreite der Verluststrom abgelesen werden.

Anstelle eines induktiven Durchflußmeßgerätes kann jedes andere schnelle Durchflußmeßgerät wie z. B. Wasserzähler, Flügelradmesser, Wirbelstromzähler, Ultraschall-Durchflußmesser usw. verwendet werden. Vor allem aber läßt sich das Verfahren auch an stationären Meßstellen mit entsprechender Auswerteeinheit (z. B. in Hochbehältern) anwenden, ohne daß dazu ein spezieller Meßwagen benötigt wird.

Claims

1. Verfahren zur Früherkennung von Leckstellen in im Erdboden verlegten Wasserrohrnetzen, bei dem das zu untersuchende Wasserrohrnetz oder der zu untersuchende Wasserrohrnetzteil von dem übrigen Wasserrohrnetz abgeschiebert und das abgetrennte Netz oder Netzteil über eine mit einem Durchflußmeßgerät mit zugeordnetem Auswertgerät versehene Meßleitung an die Wasserversorgung angeschlossen wird und während der Meßzeit die Verbraucher weiter mit Wasser versorgt werden, dadurch gekennzeichnet, daß über eine frei wählbare Meßzeit mehrere Zuflußwerte gemessen werden, aus den Einzelzuflußwerten die zugehörige mittlere Streubreite d₆₈ (l/min) ermittelt und der Wasserverlust V (l/min) berechnet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zuerst die Streubreite d₆₈ sowie der arithmetische Mittelwert m _G der aufgezeichneten Zuflußwerte bestimmt, daraus der Prüfwert R′ = d₆₈ × ( m _G ) ^0,5 berechnet und mit dem Regelwert R = 5,52 ins Verhältnis gesetzt wird und mit diesem dimensionslosen Wert der Verlustanteil f _V und/oder der Verluststrom V = μ _G × f _V ermittelt wird.