自从上个世纪80年代起,随着中国经济的崛起,中国已经进入了快速城市化的轨道,据联合国发布的《世界城市化展望2009年修正版》中披露:中国的城市化水平从1980年的19％跃升至2010年的47％,预计2025年将达到59％。随着城市规模的不断扩大和现代化程度的日益提高,城市市政管网越来越密集,新建和改造活动越来越频繁；同时城市市政管网泄露及所引发的次生灾害也经常发生,因此城市管网运行管理面临着经济成本和运行安全问题的双重挑战。　　 本研究以解决当前城市管网安全运行的热点问题为目标,把市政管网(给水、排水和燃气)安全运行所面临的共性问题——即管网泄露及其所引发的次生灾害做为统一研究题目分别加以研究:　　 城市供水管网泄露的研究内容:系统地研究了城市供水管网泄露规律,主要包括采用傅里叶变换的理论分析法,对供水管网泄露噪音频谱进行了分析；采用仪器分析法对不同管材管径供水管网泄露噪音频谱进行了实际测量,得出了不同管材管径供水管网泄露噪音的特征频谱；采用实验分析法对泄露的影响因子,特别是泄露量和时间与压力的关系做出了研究；对泄露噪音在不同管材管径供水管网的传播速度进行了研究；以上的研究数据对于供水管网泄露检测和安全运行是必不可少的。　　 本论文对当前供水管网泄露检测技术进行了系统地研究和评估,特别是对基于压电传感器探测机理进行了比较深入的探讨。针对当前供水管网泄露巡检中工作量大,检出效率低,不能实现预警等突出矛盾,本文提出了基于压电传感器和GSM通讯技术的远程泄露监测预警系统是供水管网运行管理的发展方向。通过引进德国竖威公司供水泄漏监测和预警系统SePem01/02GSM,并将此系统应用在广州花都自来水公司的管网泄露监测和预警,所得出的研究结果表明:最小噪音水平MNL是宏观管理供水管网泄露的主要预警参数,泄露噪音频谱f分析,带宽band和噪音强度百分比和噪音强度排序等指标是泄露判断与预警辅助参数,他们共同构成了供水泄漏监测和预警的评价标准体系。　　 城市燃气管网泄露和排水沼气灾害的研究内容:燃气管网泄露和排水管网中所产生的沼气都是可燃和易爆气体,因此从爆炸的特性来讲,可以把排水管中所产生的沼气与燃气管网泄露在封闭空间的特征一并加以研究。事实上,燃气管网泄露和排水管网所产生的沼气在市政管网安全运行中,具有更紧密的联系:一方面燃气管网泄露和沼气都有可能在燃气井,排水井和排水管道内累积,具有形成潜在爆炸的风险；另一方面,由于排水管网中所产生的沼气也经常窜入比邻的燃气井中,使得燃气公司误以为是燃气管道泄露,这给燃气公司管网安全运行带来了很大的困惑,因此如何区分燃气泄露和沼气是市政管网安全运行的行业热点之一。通过研究燃气和沼气组份得出结论:乙烷是燃气的特征组份,通过引进德国的乙烷现场分析技术,解决了区分沼气和天然气的行业难题,并且与北京燃气集团合作起草了燃气管网安全运行的技术规程,在2008年奥运期间进行了工程示范,取得了满意的效果。　　 本论文对当前燃气管网泄露的主要检测技术和管网检测规程进行了系统的研究,分析了当前使用的人工巡检仪、车载FID巡检技术的优缺点,并把这些检测技术实际应用到北京燃气集团与呼和浩特燃气公司的管网检测,这些现场数据能够储存到本地计算机中,通过与市政管网泄露预警系统的数据库同步,使其成为燃气泄露和危险评价的基础数据。　　 地下燃气管网的泄露规律、泄漏浓度分布特征、扩散影响范围、影响因素以及形成爆炸的条件是影响城市燃气管网日常安全运行的重要数据,对这些数据的研究利用,有助于燃气管网泄露点快速定位,快速实施现场救援和灾害控制。　　 大城市市政管网长度可达数千公里,其闸井和检查井则数以万计,因此管网泄露日常人工巡检和车载巡检的工作量是非常繁重的,不能做到完全的动态管理,本文提出的在燃气井(包括排水井)内布设基于红外传感器的固定监测探头和GSM通讯技术的燃气泄露记录仪进行远程泄露监测是实现燃气管网动态管理的可行途径。　　 从总体上来讲,建立市政管网泄露和灾害预警系统是一个跨学科的任务,除了需要研究市政管网泄露规律和检测技术之外,它还涉及到综合决策支持系统SDSS的基础理论,宏观管理市政管网泄露的预警参数和评价方法,GIS系统平台,知识库等内容,本文对决策支持系统的基础理论进行了系统学习和借鉴,建立起市政管网泄露预警系统的技术构架,但限于时间不可能每一方面都深入研究和详细论述。作为整个课题的一部分,本论文重点研究和剖析了供水管网泄露预警系统的结构设计,并对其检测效果进行了实际应用与评估,以德国竖威公司的SePem01/02供水管网泄露预警系统为参考,设计了类似的燃气泄露和预警系统,该系统基于燃气和沼气的红外传感器探测原理和GSM通讯技术,其关键技术是传感器信号处理接口,对于PC软件与GSM远程通讯底层接口进行了设计,最后提出构建基于城市GIS系统平台和GSM远程通讯技术的市政管网泄露控制及其灾害预警系统的技术框架和实现途径,为整个“城市市政管网规划建设与运营管理关键技术研究与示范”研究课题,提供了有力的技术支撑。