安全供水是供水事业的首要课题,输配水系统的安全应包括两个方面,即水力安全和水质安全。本论文“输配水系统水力与水质安全”,旨在建立安全供水的整体观念,把输水——配水——用户用水的安全作为一个整体综合考虑。输水系统的水力安全研究是以“哈尔滨磨盘上长距离输水项目”为依托,研究内容是项目的组成部分。配水系统水质安全研究是以国家“863”课题为依托,研究内容是“863”课题的组成部分。论文深入研究了长距离输水管线集气、排气的原理,对形成的气泡进行了分析,求出了管线临界俯角。根据这个理念复核排气阀设置是否合适;对于磨盘山长距离输水管线221个排气阀进行复核计算,证明其布置合理,能保证排气通畅,不产生因气囊引起的水锤。长距离输水管线,地形复杂起伏较大,管线沿地形铺设,形成多个长度不等、高差不等的U形管,论文首次提出当竣工后首次通水,或维修灌水时,将产生U形管振荡,如果通水时流量过大,必将会引起振荡,导致爆管。因此,根据U形管振荡原理,提出水力平稳过渡的新理念,控制初次进水流量,使其逐步增加,从0.4m3/s逐步增加到设计流量5.5m3/s;保证了通水安全,使通水一次成功。通过实测和数值分析,得出PCCP管n值为0.0116,比沿用的钢筋混凝土管的n值(0.013~0.014)降低10.8%,对PCCP管的设计和运行具有指导意义。论文建立了长距离输水系统的瞬变流模型,用运动方程和连续方程对输水管线水锤进行模拟,用特征线法和反问题理论进行求解,获得满意结果,并将其应用于磨盘山输水管线水锤计算中,求出不同工况下的水锤包络线,模拟出输水运行过程中,最不利工况下不产生水锤的安全关闸时间应大于32分20秒。将该研究成果应用于实际输水运行中,避免了输水系统经常发生的水锤事故,保障了该系统的安全运行。利用实测和数值计算得出RKV DN600的活塞式调流调压阀阻力系数与开度之间的关系式,它为输水管线运行中的水力安全模拟奠定了基础。论文深入分析了配水管网“生长环”生成的机理,阐明“生长环”是电化学腐蚀、水中微生物、管网后沉淀共同作用的结果,它引起了管网水质恶化。通过实验论证了管径越小,水与管壁“生长环”接触率越大,消耗的余氯越多,铺设年代越长,管内的水质越差,停留时间(水龄)越长,水质污染越严重。而对我国的大、中、小城市管网状况统计可知,管网中水多在小管径低流速状况下流动,“生长环”对其影响程度增加。同时用分散分析法分析了在各种影响因素同时存在下,各因素及各因素的交互作用对配水系统内三卤甲烷形成的影响程度,得出加氯量的变化对三卤甲烷形成的影响最大,为55%。降低加氯量,对减少三卤甲烷的形成具有重要作用。对配水管网余氯在管道中传输与节点混合数学方程进行探讨,同时推求出不同连接方式的水龄模型。探讨了模型的求解方法,确定用基于时间驱动的拉格朗日算法求解余氯衰减模型。论文从水质、水量和水压全方位考虑,提出了管网规划、设计及改造的新方法—配水系统区块化;并将其应用到某市配水系统的水质模拟,结果表明,区块化后配水系统的综合平均水龄减小约20.1%,余氯消耗减小约12.6%。同时水压分布更加趋于均匀,平均水压减小约12.1%,与此相对应配水系统的漏水量也减小13.8%。这些结果充分验证了配水系统区块化的有效性。