1、 1 以音響波型模式 作 滲漏 實測 之研究 金文森 1 官明輝 2 1 朝陽科技大學營建工程系教授 2 朝陽科技大學營建工程系研究生 摘要 水是地球上相當重要的資源，為了儲存水資源，人們建立了水庫，再利用水管網供應社會大眾的需求。但目前世界各國都面臨地下管線經過長期的使用發生劣化或損壞而漏水 的現象。為 改善這問題本研究收集國內外相關文獻加以分析探討， 本文建立音響測漏法，利用簡單偵測模式可迅速測得洩漏資訊。並 應用於偵測地下水管及房屋建築牆內現實漏水情況，驗證本研究可靠。 各介質的 漏水聲響 波型皆不同，與 介質 材料 的 厚度及偵測器距 離有關，研究發現一般 水泥砂漿磚 牆 ，響度高於
2、-15dB 皆有可能洩漏， 本 研究成果可應用於輸 水 管等具液壓管線的洩漏偵測。 關鍵字：漏 水 、偵測、聲波 、實地量測 一 、 前言 任何的建築物 內的管線， 經過 長時間的使用 都會有 老化、劣化或損壞發生，而目前常見的抓漏方法，皆由受過訓練的稽查人員，沿著管線檢查不尋常的現象，如可見的裂縫或異常的聲音等。若是應用在油管或瓦斯管，則可由受過訓練的狗，透過溢散的氣體味道尋找管線破洞。這個方法相當普遍，但準確性非常倚賴鑑定人員的經驗 1。 所以本研究建立聲 音 波 型模式，來確認管線洩漏處及損傷 情況。 台灣四面環海儲水不易，一般人在日常生活使用的總水量中，僅廁所沖洗就佔 35%。而 目前
3、台灣缺水危機愈加頻繁的出現，許多民眾也越來越重視水資源的問題。根據 2002 年監察院的調查研究報告，台灣地區自來水管線漏水率達 25%，而汰換率僅有 0.09%。 若以民國八十八年為例，台灣地區一年漏水量就高達八億噸 ； 換算金額保守估計損失至少將近 60 億元 。 一度水 1000 公升一 噸，單價取每度最低價 7.35 元 (如表 1-1 所示） ， 漏水 八億噸 7.35 元 /噸 58.8 億 元 。 表 1-1 水價及水費速算表 6 段別 第一段 第二段 第 三段 第四段 每度單價 (元 ) 7.35 9.45 11.55 12.075 實用度數 110 度 1130 度 3150
4、 度 51 度以上 本研究希望能在建築物管線劣化中、破裂前，找出其問題所在與改進方案，讓使用者可 避免無謂的損失 。管線產生問題時能夠及早發現及早 維修 ，就 可 避免財產損失，對於使用者及管單位及建築物本身都有相當多的好處。 5 二 、 文獻探討 2-1 案例報導 目前水管爆裂爆裂事件時常發生，我們必須從這些案例中了解當中原因並記取教訓一一改進。 以下為真實案例的報導。 2-1-1 輸水聯通管爆裂 事件 2 2004 年 5 月 10 日深夜 在台灣 發生 南化 輸水聯通管爆裂事件，路基坍陷柔腸寸斷綿延 120公尺 ，寬 12 公尺 （如圖 2-1） 所幸當時無人車經過。時任南區水資源局副局
5、長施慶藏表示，管線漏水一個多小時後才關閉水門，至少有 12,000 噸的水流失。工程人員懷疑管線爆裂原因是排氣閥失靈，造成管線內空氣壓力過大所致，輸水聯通管線啟用約半年；採小流量輸水並非滿管，造成輸水管內有沈積大量空氣。 2 圖 2-1 道路坍方圖 2 圖 2-2 鯉魚潭水庫原水管破管 3 2-1-2 多倫多 水管爆裂 水 淹變電站 圖 2-3 多倫多變電站由於水管爆裂引致 浸水 造成全市停 電 8 在 2009 年 1 月 15 日 晚 間間 10 時半，多倫多西部一水管爆裂，導致多倫多電力公司一座變電站浸 水 ，供電設施受損，估計 2.2 萬名客戶共約 10 萬人受斷電影響。由於多倫多 此
6、日的氣溫低至攝氏零下 20 度，是 當 年加拿大最寒冷的一個夜晚，到了 隔日 早上，受影響地區仍未恢復供電，以致交通嚴重癱瘓。受停電影響，交通 號誌 燈無法運作，路面嚴重擠塞，當局宣布 54 間學校停課一天，並呼籲居民把家裡水龍頭開著，以防水管結冰 8。 水管爆裂可以說是世界性的問題，且影響層面相當嚴重 。 2-1-3 鯉魚潭輸水管破裂 在 2009 年 1 月 17 日 由於苗栗縣鯉魚潭水庫管線破裂 ，讓台中縣、台中市、彰化縣、苗栗縣近 25 萬戶、 75 萬人用水受到影響，自來水公司緊急搶修， 18 號 傍晚 6 時已修復，晚間陸續恢復供水。水公司研判應該是管線從 2004 年興建迄今已達
7、 15 年，長期輸送水的水壓造成管線破裂。 鯉魚潭發生水管爆裂事件，主因為水管年久失修。 3 2-2 國外相關文獻 在現代化的社會，建築物的管線 遲早 會出現老化、損傷，或是建造時期施工不良造成損傷，不過目前管線 損傷 問題並無大規模的研究 。以下為 相關 文獻 的 探討 與說明 ： 2-2-1 從連續追蹤試驗估計下水道滲漏檢測方法 ： 直接在裂縫進行量測或是加入追 蹤劑測試下水道鑑定滲漏 ， 追蹤測量法在實際的應用上3 有很大的潛能，實驗是可控制的，且有助於改進昂貴的下水道基礎設施。滲漏測量法的基本原是熟知的追蹤劑劑量，加入追蹤劑的 下水道進行調查 ， 並採用調查範圍內的質量帄衡，所謂的指標
8、追蹤損失（ 圖 2-4， 圖 2-5）一般是相對確定的參考追蹤 4， 但是這種方法不適用於具有高壓力的供水管 。 圖 2-4 指標追蹤損失 4 圖 2-5 連續追蹤試驗 流程圖 4 2-3 國內相關文獻 2-3-1 建築物管 線常 見 之問題 管線較常見的劣化為五大原因：管線的用材、管線的環境、管線的施 工、管線的設計、管線使用情形， 五大因素再細分為 A1人為設計不良、 A2未引用設計規範、 B1施工不當、 B2填縫作業不良、 B3人為施工技術不良、 C1所處環境不良、 C2環境與日久變化、 D1管材品質不良、 D2材料接和性差、 E1人為疏失，以上十點皆為管線劣化的主要因素 。 這些因素都
9、可能造成管線劣化的發生，造成管線壽命大減，增加管線替換的頻率， 更嚴重的甚至影響到建築物的生命週期使其提前結束。 5 三 、 本研究的 檢漏 方法 3-1 本研究儀器介紹 圖 3-1 洩漏 儀介紹 圖 3-2 直接量測方式 示意圖 4 如 圖 3-1 所示 ， 洩漏儀包括 :1.控制盒 2.複合式測頭 ： 擁有直接接觸捕音器的功能 3.捕音棒 ： 提供使用者直接或間接接觸管路 4.複合式測頭把手 :配合複合式測頭使用 5.測頭連接線 6.耳機 7.背 帶 。 3-1 實驗 方法 1. 實驗方法 為直接量測方式。將洩漏儀的複合式測頭直接架於 需要量測處 (圖 3-2)。 2. 將 複合式測頭 所
10、取得的聲響， 再 利用拾音器錄取 30 秒鐘 。 3. 實驗方法 如圖 3-6 所示 。 4. 將錄製的聲響 利用軟體分析，建立洩漏波型。 3-3 相關應用程 式 本研究利用 Gold Wave 軟體波型綠色為左聲道和紅色為右聲道，但錄音時無區分，左右聲道皆相同，所以以下波型皆只貼 上 紅色（右聲道）部分。 本研究將收錄的聲 音， 利用程式顯現出來，再以程式的功能細分為全段波長、十秒放大及一秒放 大 。 圖 3-3 Gold Wave 軟體 及 設定圖 在 Gold Wave 軟體的 Y 軸 為 dB 值，而 0 dB 表示最大輸出功率， dB值表示衰減率衰減越多就越小聲，所以衰減到無限大時
11、,就完全沒有聲音 7。 因 分貝與響度是呈指數關係，每增加 20 分貝即增加 10 倍響度所以可得公式 : n = 10 (db/20)9。 四、 本研究檢測結果 實管量測 第 一 個 主要地點為朝陽科技大學的地下水大管，量測時間為 2009 年 7 月 4 日下午 18 點和深夜 2 點所量測結果，其中有些許的誤差，在下午 18 點包含不少噪音，其中不少噪音過大的點，利用 Gold Wave 軟體的降噪功能，此功能雖會造成聲音的失真，但過量噪音在降噪後下午 18 點和深夜 2 點的振幅會較於相似。而另一地點為一般 公寓 住家 的牆壁 ， 量測時間為 2009 年 7 月 1 日 。 4-1實
12、管 量測位置 圖 圖 4-1 實管 量測地點 1 圖 4-2 地點 1 實 際 量測 狀況 5 圖 4-3 實管 量測地點 2 圖 4-4 實管 量測地點 3 圖 4-5 實管 量測地點 4 圖 4-6 地點 4 實 際 量測 狀況 4-1-1 實管（下午） 波型圖 圖 4-7 實管（下午） 地點 1 之波型 圖 4-8 實管（下午） 地點 2 之波型 圖 4-9 實管（下午） 地點 3 之波型 圖 4-10 實管（下午） 地點 4 之波型 4-1-2 實管（深夜） 波型圖 圖 4-11 實管（深夜） 地點 1 之波型 4-1-3 實管降噪（下午） 波型圖 6 圖 4-12 實管（深夜） 地點
13、 2 之波型 圖 4-13 實管 （深夜） 地點 3 之波型 圖 4-14 實管（深夜） 地點 4 之波型 圖 4-15 實管降噪（下午） 地點 1 之波型 圖 4-16 實管降噪（下午） 地點 2之波型 圖 4-17 實管降噪（下午） 地點 3之波型 圖 4-18 實管降噪（下午） 地點 4 之波型 4-1-4 實管降噪（深夜） 波型圖 圖 4-19 實管降噪（深夜） 地點 1 之波型 圖 4-20 實管降噪（深夜） 地點 2 之波型 圖 4-21 實管降噪（深夜） 地點 3 之波型 圖 4-22 實管降噪（深夜） 地點 4 之波型 4-2 住家量測 位置圖 7 圖 4-23 住家量測地點
14、1 圖 4-24 住家量測地點 2 圖 4-25 住家量測地點 3 圖 4-26 住家量測地點 4 圖 4-27 住家量測地點 5 圖 4-28 住家量測地點 6 圖 4-29 住家量測地點 7 4-2-1 住家量測 波型圖 圖 4-30 住家量測 地點 1之波型 圖 4-31 住家量測 地點 2之波型 圖 4-32 住家量測 地點 3 之波型 圖 4-33 住家量測 地點 4 之波型 8 圖 4-34 住家量測 地點 5 之波型 圖 4-35 住家 量測 地點 6 之波型 圖 4-36 住家量測 地點 7 之波型 五、 本研究 檢測 結果之比較 檢測結果之比較，利用 Gold Wave 軟體
15、顯示出各波型，各波型皆是 30 秒鐘，取每 1 秒鐘所對應的數據至 30 秒鐘，共得 30 個獨立數據，將 30 個獨立數據加總後取除以 30 以求得該波型的帄均值。 5-1 實管量測之比較 表 5-1 實管地點 1 響度 比較 表 (單位 dB) 地點一 Max Average Min 下午 0 -5.85 -13 深夜 -5.5 -11.45 -17.5 下午降噪 -5 -15.75 -18.5 深夜降噪 -11.5 -17.15 -18.5 - 20- 18- 16- 14- 12- 10-8-6-4-20M a x A v e r a g e M i ndB下午深夜下午降噪深夜降噪圖
16、5-1 實管地點 1響度 比較圖 由圖 5-1的帄均值 可以看 出 實管地點 1的 比較 ，在下午所得的 未降噪 數據和深夜 未降噪 數據 相較，幾乎 為 一 組 帄行線，而兩者皆採用降噪效果後其結果 比 較接近。 9 表 5-2 實管地點 2 響度 比較 表 (單位 dB) 地點三 Max Average Min 下午 0 -8.85 -13.5 深夜 -0.5 -12.5 -17.5 下午降噪 -2 -16.05 -19.5 深夜降噪 -1.5 -17.5 -19 - 20- 18- 16- 14- 12- 10-8-6-4-20M ax A v e r ag e M i ndB下午深夜下
17、午降噪深夜降噪圖 5-2 實管地點 2響度 比較圖 由圖 5-2的帄均值 可以看 出 實管地點 2的 比較 ， 此地點在下午和深夜所得數據有所差別，在採用降噪效果後，所得結果 趨於相近。 表 5-3 實管地點 3 響度 比較 表 (單位 dB) 地點六 Max Average Min 下午 0 -1.55 -8 深夜 0 -5.35 -16.5 下午降噪 -3 -11.55 -18 深夜降噪 -1.5 -13.9 -19.5 - 20- 18- 16- 14- 12- 10-8-6-4-20M ax A v e r ag e M i ndB下午深夜下午降噪深夜降噪圖 5-3 實管地點 3響度
18、比較圖 10 由圖 5-3的帄均值 可以看 出 實管地點 3的 比較 ，此地點在下午和深夜所得數據有所差別，在採用降噪效果後，所得結果趨於相近。 表 5-4 實管地點 4 響度 比較 表 (單位 dB) 地點八 Max Average Min 下午 -5.5 -9.4 -18.5 深夜 -9.5 -14.75 -18.5 下午降噪 -15.5 -18.45 -19.5 深夜降噪 -15.5 -18.65 -19.5 - 20- 18- 16- 14- 12- 10-8-6-4-20M ax A v e r ag e M i ndB下午深夜下午降噪深夜降噪圖 5-4 實管地點 4響度 比較圖 由
19、圖 5-4的帄均值 可以看 出 實管地點 4的 比較 ，地點 4和前幾 點不同是量測柏油路地面，其量測 在下午和深夜所得的最大值和帄均值，幾乎等於一帄行線，在採用降噪效果後，所得結果相近且趨於一重疊曲線。 由圖 5-14實管量測的 帄均 dB值 結果 及比對聲響波型圖 無法 看 出 是否有 的 現象 漏水 ?因為路面的瀝青混凝土 不同 厚度 的漏水聲響 模型 尚 未建立 ， 以及實管上方的土壤種類及 不同 覆土厚度 的漏水聲響 模型 也 尚 未建立 ， 建議 上述 漏水聲響 模型 建立完成後 ， 即可確認漏水的位置 ， 從選定的位置打開 瀝青 混凝土 便可 維修水管 。 5-2 住家 量測之比較 表 5-5 住家 響度 比較 表 (單位 dB) 住家 Max Average Min 地點一 -11.5 -18.63 -19.5 地點二 -7.5 -16.95 -18.5 地點三 0 -15.05 -18.5 地點四 -9.5 -14.25 -19 地點五 -11 -18.45 -19.5 地點六 -2.5 -15.15 -19 地點七 -11 -15.95 -19
