2022年度，河海大学水电院车同川副教授，围绕“输水管道泄漏定位”主题，连续在水利工程国际权威SCI期刊《Water Resources Research》上发表3篇第一作者论文，在水锤波管道泄漏定位研究领域取得了一系列突破性进展。
图1 水锤波管道泄漏定位方法
输水管道系统铺设于地下，由于年久失修、老化严重，泄漏问题层出不穷，造成了极大的资源浪费和经济损失。水锤波泄漏定位法具有准确、高效、检测范围广等优点，具有非常广泛的应用前景。为此，国内外学者开展了大量的研究工作，但大都忽略了多重耦合机理和背景噪声干扰，直接将实测波形与模拟波形进行匹配寻优，导致泄漏定位准确度低、稳定性差。
图2 供水管网频域压力响应函数
不同于单根管道，供水管网具有多路径波传播效应，导致“泄漏-水锤波-管网”之间的多重耦合作用异常复杂，其物理机理尚不明确。因此，研究团队以复杂供水管网为对象，融合水力学、水声学、反问题等领域的先进方法，从理论上严格推导了供水管网的水锤波解析模型，揭示了水锤波与泄漏及不同管网结构之间的多重耦合机理，并建立了基于匹配场处理的新型管网泄漏定位方法（Che et al.，2022a）。
湍流及用户取水易产生背景噪声与不确定性，噪声声波与泄漏反射波的特征高度相似，且难以被传统信号处理的滤波方法消除，严重干扰测量的反射波形，引发病态反演问题。研究团队从理论上证伪了经典Tikhonov正则化方法，并建立了噪声在系统中的传递特性模型；基于此，提出了低信噪比下不适定频率信息的消除策略，实现了背景噪声干扰下管网泄漏的精准定位（Che et al.，2022b）。
传感器布设作为反射波形采集的关键步骤，直接影响泄漏的定位精度。然而，埋地管网具有很强的隐蔽性，可接触点极为有限，难以布置大量感知设备。研究团队构建了新型管网水锤波解析模型，突破了所有边界必须加装传感器的技术瓶颈，只需少量感知设备即可达到预期的定位精度。这极大地提升了该方法的实用性和适用性，并有望降低应用成本、提高定位效率（Che et al.，2022c）。
图3 供水管网多泄漏同步反演定位结果
以上3篇学术论文，河海大学均为第一兼通讯单位，水电院周领教授和车同川副教授担任通讯或共同通讯作者。论文合著作者还包括北京航空航天大学王洵教授、香港理工大学段焕丰教授、香港科技大学Mohamed S. Ghidaoui教授和Moez Louati博士。
以上研究工作得到了国家自然科学基金（52209084，52005016，51839008）、香港研究资助局“重大主题研究计划”（T21-602/15-R）及“优配研究计划”（15200719）、中央高校基本科研业务费等项目的支持。
论文信息：
1. Che, T.C.*(车同川), Wang, X., and Ghidaoui, M.S. (2022a). Leak localization in looped pipe networks based on a factorized transient wave model: Theoretical framework. Water Resources Research, 58(4), e2021WR031364.
2. Che, T.C.*(车同川), Wang, X., Louati, M., Zhou, L.*(周领), and Ghidaoui, M.S. (2022b). Leak localization in looped pipe networks based on a factorized transient wave model: 2. Regularization of ill-conditioned problems. Water Resources Research, 58(11), e2022WR033293.
3. Che, T.C.(车同川), Wang, X., Zhou, L.*(周领), and Duan, H.F. (2022c). Modified factorized transient wave model in tree pipe networks for leak localization with less boundary measurements. Water Resources Research, 58(12), e2022WR032856.