第１２卷第１０期２０１２年１０月
中國水運
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為防止水錘現象長距離輸水系統設計
張小平（上海東海華慶工程****，上海２０００８３）
摘要：由於長距離輸水工程具有管線長、管道起伏大的特點，因此其對輸水保證率要求相對一般輸水高，所以，
長距離輸水工程的執行安全問題也越來越受到設計、科研、施工及執行管理人員的重視。而在長距離輸水工程中，停電或停幫浦後管道中的水壓力，特別是管線的凸起處，常常水壓會降低到蒸汽壓力以下，因而引起液體區域性汽化，
從而產生空泡或水柱分離及其彌合，誘發更大的水錘壓力，這對管道的正常執行安全構成了嚴重危害。不少工程因水錘原因而引起爆管，造成了嚴重的經濟損失。文中詳細的分析了幾種常見的水錘產生原因，並對輸水系統中常見的水錘防護問題進行了研究。
關鍵詞：水錘現象；長距離輸水；防護設計中圖分類號：ｔｋ２６４
文獻標識碼：ａ
文章編號
主幹線中的水壓力劇烈公升高，分水幫浦站前壓力公升高最高可以
據資料統計：我國是世界上缺水國家之一，其中人均水資源占有量僅相對於世界人均水資源量的１／４，河川多年平
達到２，ｏ００ｋｐａ左右，這是由於分水幫浦站因突然事故斷電引起停幫浦、關閥，取水幫浦站至分水幫浦站管段中的水以正常執行
時的流速，撞擊在閥板上後速度銳減為零，從而引起急劇的
均徑流量相當於世界人均占有量的１／５，且水資源時空分布不均，全國６６４個城市中有４００多個城市缺水，平均每年因缺水減少工業產值２，０００億元以上。興修長距離輸水工程是優化水資源配置的重要手段，因此長距離輸水工程的安全執行備受社會及各界的關注。而水錘是影響長距離壓力輸水工程安全執行的乙個極為重要的因素，為了保護管道，本文通過多種方案的技術經濟比較，研究如何在長距離輸水工程中
壓力公升高，造成停幫浦關閥水錘。同時取水幫浦站仍在執行，更加劇了水壓急劇上公升的趨勢。而分水幫浦站後的管線壓力也有波動，但並不劇烈，最高公升壓為１ｏｏｋｐａ左右。
３．取水和分水幫浦站同時斷電
當取水幫浦站和分水幫浦站同時發生事故斷電時，會引起取
防止水錘，對工程實際有著重要意義。
一水幫浦站與分水幫浦站之間的主幹線中的水壓力強烈波動，這是取水幫浦站事故時停幫浦關閥引起的低壓波和分水幫浦站事故停幫浦關閥引起的高壓波耦合疊加的結果，最高壓力線與正常執行水力坡降線重合，分水幫浦站後的管線最高壓力線比正常水力
坡降線公升壓２００ｋｐａ左右。
二、水錘綜合防護措施的選擇
由以上三種事故造成水錘原因分析可以看出：取水幫浦站
、水錘產生原因分析
輸水管中的水錘過程為乙個先有負壓波後有正壓波的過程，在負壓波傳播過程中，當長距離輸水管道中的某些部位，特別是膝點等凸起部位的壓力，降至水的汽化壓力以下時，管道中的水開始汽化，並形成乙個相對較大的汽化空間，使水柱不連續，這就是所謂的水柱分離現象。當正壓波反射回該處後，汽化空間中的水汽凝結，汽泡潰滅，分離的水柱又開始互相撞擊，水壓力驟然公升高，導致管道破壞。這種大負壓導致的水錘破壞，是長距離輸水管線中經常出現的破壞現象。
如何防止這種破壞性水錘現象的產生，一直是水利專家們研究的課題。長
與分水幫浦站之間的管段，既要防止由於取水幫浦站事故停幫浦、關閥引起的低壓，也要防止因分水幫浦站事故停幫浦、關閥引起的高壓。為了保護管道，工程上往往採用空氣閥補氣，調壓塔或單向塔補水等措施進行防護。單向塔，由於在與主管道
距離輸水工程水錘的產生主要有取水幫浦站事故斷電、分水幫浦站事故停電以及取水和分水封站同時斷電三種原因。
１．取水幫浦站事故斷電
相連的短管上裝設有逆止閥，因此單向塔的容積相對調壓塔有較大降低，從而得以廣泛使用。
１．加大幫浦組的轉動慣量
當取水幫浦站事故斷電時，會引起取水幫浦站與分水幫浦站之間的主幹線中的壓力劇烈降低，全線降至氣化壓力以下，這
通過加大幫浦組的轉動慣量，斷電後幫浦組的轉速下降平穩，由此流量下降也比較緩慢，從而減少幫浦後負壓。經過大量實驗計算，如果要使沿線不出現負壓，水幫浦機組的轉動慣量至少需要加大５０倍，從而幫浦站建設投資也將大幅增加，因此在工程上運用並不是很廣泛。
２．增設壓力空氣罐
是由於取水幫浦站突然事故斷電引起停幫浦關閥，幫浦後的壓力的降低引起低壓波向前傳遞。同時，分水幫浦站仍在執行，更加劇了水壓急劇下降的趨勢，在取水幫浦站後有約３１，ｏ００ｍ。左右的氣穴出現。
分水幫浦站後的管線也會有壓力的波動，但不
會有負壓出現。
２．分水幫浦站事故斷電
對於總供水量不到１．ｏｍ。／ｓ，幫浦出口的絕對壓力不超過７０ｍ，供水幹線的長度不超過１ｋｍ的幫浦站，因為需要增設的壓力空氣罐容積並不大，加上安全裕量，（下轉第１７８頁）
當幫浦站突然斷電時，會引起分水幫浦站與取水幫浦站之間的
收稿ｅｔ期
作者簡介：張小平，上海東海華慶工程****。
１７８中國水運第１２卷
２．灌區要完善渠系配套，對支、鬥、農渠進行改造。農業綜合開發、標準農田質量提公升、土地整理、水利建設等專案要因地制宜整合資源統籌規劃。對原有的土渠進行標準化施工，全面硬化建設成為三面光渠道，減少糙率，改變嚴重
（１）在現有的基礎上大力推廣由農業專業合作社或專業戶承包集約經營，實行統一耕種、統一管理，在農技人員的指導下，科學灌溉，合理用水，達到節約用水的目的。
（２）上千畝面積的新中、寧ｉ辦、花市、前山、東林等灌區分別設立管理機構，制訂各種管理制度。已有放水員的灌區，要加強對放水員節水知識培訓、管理，沒有的要配上放水員，實行統一管理、統一配水，減少水量浪費。
滲漏現象，提高灌溉水的利用率。
３．加強提水工程整修和建設。原有已損壞的提水幫浦站，現在仍有利用價值的要進行維修，使其發揮效益。在灌區末
端，放水難度較大的地方，根據實際情況，確有必要的可新建一些提水機埠，在旱情嚴重時緩解自流灌溉壓力，提高抗旱能力。
４．在３２３省道南邊，始豐溪北面一帶，茅洋、張思、下王、山頭龐、周坎頭等區塊有大面積的梨、桃、葡萄、草
（３）結合年度農民技能培訓，大力推廣水稻薄露灌溉技術，改變過去水稻淹灌的習慣。採用薄層水灌溉或無水層濕潤灌溉，使土壤通氣性良好，促進水稻根系生長、葉莖茂盛、穗大粒重，起到既增產又節水的作用。
總之切實解決農業灌溉存在的問題，概括起來就是工程措施和非工程措施二種手段相結合，雙管齊下。工程措施投
莓、櫻桃種植基地和其它旱地經濟作物，大力推廣噴、滴灌技術，既節約用水，又能大幅度提高其經濟效益。
５．農業灌溉用水量大，浪費現象較為突出，必須採取各種有效措施，挖掘潛力，最大限度地減少水量損失，全面提高灌溉水的利用率。通過各種形式廣泛宣傳，普及節水灌溉知識，提高糧農節水意識。
資巨大，但必不可少。民以食為天，農業生產是經濟效益和社會效益並重的專案，搞好糧食生產，對維護社會穩定起到舉足輕重的作用。應建立多元化、多渠道、多層次的水利投資體系。
因地制宜作出規劃，分期實施，在落實好自籌資金
的基礎上，**應加大投入力度。
（上接第１６３頁）總容積接近３０ｍ。，設定壓力空氣罐使
用方便，投資不大。而對於供水量較大，如單線供水量最大於５ｍ。／ｓ，供水幹線長度超過２０ｋｍ的實際工程，幫浦組一旦斷電，所需的補水量極大，需要的壓力空氣罐容積超過２，ｏ００ｍ。
，執行維護很不方便，前期投資很大，而空氣閥由
於製造水平有限，水錘防護效果並不理想，另外幫浦站內設定
一圖１雙向穩壓塔
三、結語
個大型壓力鋼罐，一旦出事後果將不堪設想。
３．增設空氣閥
本文通過對我國長距離供水工程水錘現象的分析，並對
如果供水系統管線凸凹不平，由於空氣密度比水小，氣
各種水錘的防護措施進行了**，經過各種技術經濟比較，並結合輸水系統實際的布置特點，得出以下幾點意見，可為長距離供水工程中提供一定的參考和技術依據。
（１）根據長距離輸水系統的特點，自動分段法和進排氣
體通過空氣閥進入管道並集中於管線凸起點附近的壓力較低處，如在管線上間隔０．８ｋｍ左右設定乙個排氣閥，可以減小事故停幫浦、關閥引起的低壓水錘，因此在區域性凸起點布置空
氣閥可以說是一種值得考慮的方案。但在管線過長的輸水工程中，沿線多處都需要設定空氣閥，第１個空氣閥因為受後面水流影響，進氣量很大，大進氣量可超過數百方，而且管
閥計算模型是簡便有效的水錘計算方法之一。通過各類經濟技術比較來看，進排氣閥是防止水錘現象較好的裝置。
（２）為幫浦站設定帶止回閥裝置的旁通管的辦法，可以消
線區域性起伏很小，因此較多的氣體可能無法有效排出，並且使管路多處帶氣執行，還可能誘發爆管事故等，而且空氣閥由於受製造水平的相關影響，水錘防護效果還不太可靠。
４．雙向穩壓塔與單向塔
除由於幫浦站事故停幫浦和關閥引起的高壓水錘。
（３）防止高壓水錘的裝置通常有雙向調壓塔、壓力波動預止洩放閥及旁通裝置。調壓塔一般是依地形而建，如無地
形單獨建設則建設費用較高且管理麻煩。壓力波動預止洩放閥是通過依靠洩水來削減高壓水錘波的能量。旁通措施則是
設定雙向穩壓塔的效果，相當於設定了高位出水池，完全可以保證沿線的管道安全。但技術要求較高，工程投資也
通過對產生高壓關閥水錘的閥門與旁通管，來從產生高壓水錘的源頭削減高壓水錘的能量。
參考文獻
較大。而單向塔是長距離輸水系統中常用的水錘防護措施之一，
可以有效地控制管道中的負壓，防止液柱分離現象的出
現。單向塔一般都裝設在幫浦後的輸水管道上，通過短管與主管道在其底部相連，並在短管上裝設止回閥。在正常運**況下，止回閥關閉，單向塔與主管道隔離，因此，與普通雙
【１】劉明豔．**水資源再生利用在西部大開發戰略中的重要
性西安建築科技大學學報（自然科學版劉梅清，孫嵐鳳，周龍才，等．長管道幫浦系統中空氣閥的水
錘防護特性模擬武漢大學學報（工學版
向調壓塔相比，單向塔的高度可以大大降低。而當管道中的壓力低於單向塔正常水位時，逆止閥可以迅速開啟，向主管道補水，抑制管道**現負壓。
【４】姚青雲．幫浦出口附近設單向調壓塔水錘的防護計算ｕ】＿寧
夏工程技術
9防止水汙染
紫薇公館 9 10 工程施工 染措施江蘇弘揚建設工程 年月日施工防止水汙染措施 1 現場道路和材料堆放場地周邊，設排水溝，流向大門處沖洗槽沉澱池，沉澱後利用 不能利用的汙水，沉澱後方可排入城市小區汙水管道。2 定時由專人清理排水溝，現場內不得存有汙水 爛泥。3 廁所 浴室應設定簡易有效的化糞池，產生...
防止水汙染應急計畫
1 在進行船舶修理作業前，由公司技術顧問定期組織員工進行培訓和演習，掌握常見事故以便對汙染事件進行作出迅速有效的應急反應。2 作業前，必須檢查管路，閥門，標準排放頭，用木塞堵好甲板漏水孔，作業現場準備足夠的防汙染器材，木屑，吸油氈等。3 作業雙方要商定好聯絡方法，如對講機等聯絡方式。4 作業中，要有...
防止水淹廠房的應急預案
貴州大田河水電廠 防止水淹廠房 應急預案 編寫 審核 批准 2009 04 14發布2009 04 20實施 貴州大田河水電廠發布 一 一級電站水淹廠房的應急預案 1.1 在對壓力鋼管進行充水時，若1 機組或2 機組球閥前壓力鋼管出現漏水，或1 機組壓力鋼管放空閥sp11 1 機組球閥衝沙閥sp12...