英国の水道管改修により漏水の発見が難しくなった

Jul 13, 2023

サウサンプトン大学、工学および物理科学の主任研究員

ジェン・マグルトンは、EPSRC と UK Water Industry Research から資金提供を受けています。

サウサンプトン大学は、The Conversation UK のメンバーとして資金を提供しています。

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英国では、水漏れのあるパイプを通じて毎日 30 億リットルという驚異的な水が失われています。 この問題は英国だけに限定されません。 世界中で毎日約 900 億リットルの水が失われており、これは世界中で汲み上げられる水の最大半分を占めます。

この水の損失による環境への影響は多大です。 水の処理と汲み上げのプロセスは、世界の総エネルギー使用量の 2% から 3% を消費します。そのため、水の損失によって浪費されるエネルギーは、世界の二酸化炭素排出量の約 1% に相当します。

しかし、なぜパイプからこれほど大量の水が漏れるのでしょうか？

英国の水道網は、30 万 km を超える広大な埋設管システムで構成されています。 これらのパイプの多くはビクトリア朝時代に敷設されたもので、中には 200 年以上前に敷設されたものもありますが、現在は老朽化が進んでいます。 これらのパイプは、地下深くのアクセスが困難で混雑した場所に設置されていることが多く、メンテナンス、修理、漏れ検出が非常に困難になっています。

ここ数十年、水道会社は漏水件数の減少を期待してプラスチック製のパイプを導入してきました。 現在、ネットワークの約 3 分の 1 はプラスチック パイプで構成されています。 ただし、これらのパイプでも、特に接合部で漏れが発生しやすくなります。

英国の水道業界が直面している課題の 1 つは、プラスチック パイプの漏れを検出することが予想よりも難しいことが判明していることです。 過去 25 年間、私は英国の水道業界と緊密に協力して、どこが間違っているのかを理解してきました。 金属パイプの漏れを音を聞くことで探す従来の方法は、プラスチック パイプにはうまく機能しないことが判明しました。

水漏れは聞こえる音を発生させます。 金属パイプの場合、これらの音はパイプに沿って数百メートル、場合によっては数キロメートルも伝わることがあります。

私たちはこれらの音響信号を拾うためにハイドロフォンと呼ばれる機器を使用します。 ハイドロフォンは本質的には水中マイクであり、消火栓などのパイプ網に沿ったアクセス可能な場所に設置されます。 漏洩音が各ハイドロホン位置に到達するまでの時間を分析することで、漏水箇所を推定することができます。

この漏れ検出方法は、何十年にもわたって水道業界で広く使用されており、プラスチック パイプが広く導入されるまで、非常に効果的であることが証明されています。

同じ漏れ検出方法が最初にプラスチックパイプに使用されたとき、それはまったく機能しませんでした。 それ以来、私たちはプラスチック製の水道管内で音がどのように伝わるかを何年も研究してきましたが、今では金属製の水道管と比べてまったく異なることが起こっていることがわかっています。

音が金属パイプ内を長距離伝わる理由は、音響エネルギーの大部分が水中に留まるためです。 ただし、プラスチック パイプでは、多くのエネルギーがパイプ壁に伝達され、そこで熱として放散されるか、周囲の地面に放射されます。 その結果、パイプに沿って伝わる音響エネルギーが少なくなります。

簡単に言うと、プラスチック管の中では漏れ音は遠くまで伝わらないため、管網に沿って設置された水中聴音器には音は届かないことが多いのです。

研究者らは現在、プラスチックパイプの漏れによる騒音エネルギーの多くが地面に放射されるという事実を利用するさまざまな方法を模索している。

1 つの方法は、地表の振動を測定し、その測定値を使用して漏水箇所を特定することです。 配管の近くに多数のセンサーを配置することで、漏水音が発生している方向を把握できます。 さまざまな場所で繰り返し測定を行うことで、漏れの位置を徐々に絞り込むことができます。