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【摘 要】随着国民经济的发展，科学技术的进步，采用管道输送各种介质的范围及领域越来越广，距离越来越远。供水管网是城市重要的基础设施，而长距离管道输水工程更是重中之重，在施工实践过程不断地学习、总结、积累经验，结合日新月异科学技术知识以及现代化施工机械，逐步完善、提高施工工程质量。本文介绍了目前重力流输水管道系统中防水锤的常用方法，并对各类防护方法进行全面的技术分析和总结。
【关键词】长距离；输水管道；防水锤
一、水锤的涵义与产生机理
水锤也称水击，或称流体（水力）瞬变（暂态）过程，它是流体的一种非恒定（非稳定）流动，即液体运动中所有空间点处的一切运动要素，包括流速、加速度、动水压强、切应力与密度等不仅随空间位置变化，而且随时间而变。压力管路中，如果末端阀门关闭较快（即管路中流速变化较剧烈），由于管中水流的惯性，开始在整个管路中就形成了一个阀口一水池传播的减速增压运动，水体压缩，密度增大，一直传到水管进口，水流呈瞬时静止状态，此阶段称增压波（直接波）逆传过程；接着压力和密度大的阀门处水流有反向压力池的趋向，这样形成一个与原流速方向相反的流速，从而压力、密度慢慢恢复正常，在管路中就形成了一个压水池一阀门传播的减速减压运动，此阶段称为降压波（反射波）顺传过程；管中的流速瞬时恢复正常，接着从阀门向水池产生一个反方向的流速，水体膨胀，密度减小，管路中形成一个阀门～水池的增速降压运动，称此过程为降压波逆传过程；管路瞬时膨胀静止后，又开始恢复原始状态，因而又产生一个水池向阀门的流速，密度恢复正常，称此过程为增压波顺传过程。此后的水锤现象又将重复进行上述的四个传播过程。如果不计水力阻力，这种传播过程将周而复始地进行下去，这就是突然瞬时关阀后所发生的水锤波的基本传播方式。一般的水锤现象都将运用这个原理进行水力过渡分析。
二、长距离输水管道防水锤技术选择的原则
输水管起末端的水力高度差为有压重力输水的可利用水头。在确定输水设计流量后，可利用水头越大，输水管管径可越小，投资越少，当然输水管流速越大，运行时可能引起的水锤升压越高。为防止管道发生破坏性水锤事故。当管材强度较强，或地质、地形条件复杂时，还应经过水锤计算适当降低输水流速，以利管道安全运行。有压重力输水在以下三种情况需消减富余能量：1、当可利用水头过大，管中流速超过3m/s或超过水锤计算所确定的最大流速时；2、起端（如水库等）水位变幅较大时；3、低于设计流量运行，输水管下游管道因压力增加较多，不利于安全输水时；这三种情况较适宜的消能装置为减压恒压阀。第一、三种情况减压装置常设在输水管的中下游；第二种情况常设在输水管中上游；第一、三种情况设置的减压阀对输水管还具有较好的水锤防护和减少漏失水量的功能。重力给水系统是否需要减压和分几级减压，主要决定于给水区总落差的大小和管道的承压能力。落差越大，管道允许承压能力越低，需要设置减压的级数就越多。针对重力流管路系统，降低管材承压等级、减少工程造价，并预防水锤发生，在此将重点研究减压措施；对于开阀水锤分析的重点是研究开启末端阀门可能产生的降压波，可能引起管道某些部位产生水柱中断，以及断流水锤升压的大小，是否可能引起保管事故，为此采取措施加以防护；消减关阀水锤，将借助于缓闭蝶阀和减压措施；对于排气阀在防止断流弥合水锤方面。
三、管材的选择
管道工程总投资中，管材部分就占有70﹪～80﹪的比重，所以管材的选择在整个工程的成本控制中有着非常重要的地位。特别这几年我国引进大量的新型管材和新的生产工艺，管材的优化尤为重要。目前长距离输水工程大都在钢管、球墨铸铁管、预应力砼管与预应力钢筒砼管、玻璃钢管等方面选择。在长距离输水工程中，管材的选择一般要根据工程的规模，管道的工作压力，输水距离的长短，工程的进度与重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，当地管材的生产状况，应用管材的习惯，特别是工程的资金的落实情况，而后进行技术、经济、安全等方面论证综合比较后确定。
四、水锤的防护技术与安全措施
凡是有泵及压力管道的地方就会有水锤，因此水锤是本长距离输水工程的一个重要的不容忽视的技术问题，水锤也是造成工程事故的一个主要原因以及日常运行时期的安全隐患。
对泵站及管路系统的水锤问题是国内外研究与防护的重要内容。长距离输水采用压力流输水时，在泵站系统为防止水锤的危害，一般采用调压井（双向、单向），水锤消除器、液控蝶阀、缓闭止回阀、旁通管泄压等形式。
另一方面长距离输水工程中应充分的认识到水柱弥合水锤的危害。在长距离输水管道中，流速变化是经常出现的，管道中水流速度变化时，致使管道中水压力的升高或降低，在压力低于水的气化压力时，水柱就被拉断，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，管道中的水升压，则就形成断流弥合水锤，弥合水锤升值很大，在实验装置观测到的竟达到工作压力的2-4倍，因此其对输水安全性的危害很大。
水在输水管道运行时，实际上是水气两相流。因此在长距离输水管道设计时，应依据输水管道的纵向布置，分析研究计算可能出现的不同工况下水的流动状态，选择合适的位置（一般在驼峰处）布置一定数量的排气阀，在管线的水平段，排气的问题更突出，因此在设计时一般人为地把管线布置成一个高点，设置排气阀，而且水平距段根据经验一般在600m～1000m设置一处。另外排气阀的选择也很重要，因为管道中运行时，水在管道中的状态很复杂。根据国外水锤研究者提供气水两相流可分为六种流态，即层状流、波状层、段塞流、气团流、泡沫流、环状流，由于水流流态的复杂性，也就产生了排气的困难，因此除了确定排气阀的合理数量，合适位置，对排气阀种类与性能也应充分重视。
五、埋地钢管的防腐
通过对以是各防腐方法进行技术性分析，结合施工地条件、经济成本等，本长距离输水工程因为采用环氧煤沥青漆对埋地钢管进行外防腐，防腐施工工序为三油一布（底漆-面漆-玻璃布-面漆-面漆），特殊地段则采用四油二布（底漆-面漆-玻璃布-面漆-玻璃布-面漆-面漆）。因为环氧煤沥青漆具有防腐层性能稳定，使用年限长，耐一定高温（110℃以下），涂层强度高，施工方便，可半机械化或手工生产，涂层造价低廉。此涂层于80年代在我国开始应用，十几年内在各种埋地管线中大量应用，由环氧与煤沥青两种主要成份组成，是甲（环氧）乙（固化剂）双组分涂料，它缩合了环氧树脂（强度高）与煤沥青（防腐性能好）的优点。其缺点是：固化受温度影响较大，低温（5℃以下）固化慢，尤其在现场补口时，该涂层达到固化的时间长，难以得到工期保证。
每种防腐形式都有其优缺点，但它们有一个共同特点，就是对埋地管道给予保护，而它们对管道的保护效果又取决于从选料至施工的各个工序质量，如果在各个阶段均按照标准、规范的要求进行，那么无论哪种防腐形式都会对埋地管道起到一定的保护作用。相反，不论多么优质的涂料，多么先进的防腐手段，花费多高的投入，也不能确保对埋地管道起到应有的保护作用。
结束语
随着城市建设的快速发展和人民生活水平的日益提高，长距离大型输水工程越来越多，随之而来的工程爆管问题引起越来越多工程人员的注意。长距离重力流输水管道系统的防爆技术研究作为输水管道安全运行的重要课题之一，很有必要进行深入研究。
参考文献：
[1]迟宝明，卢文喜等.水资源概论，长春：吉林大学出版社，2006.
[2]金锥，姜乃昌，汪兴华等.停泵水锤及防护，中国建筑工业出版社，2004.
【关键词】长距离；输水管道；防水锤
一、水锤的涵义与产生机理
水锤也称水击，或称流体（水力）瞬变（暂态）过程，它是流体的一种非恒定（非稳定）流动，即液体运动中所有空间点处的一切运动要素，包括流速、加速度、动水压强、切应力与密度等不仅随空间位置变化，而且随时间而变。压力管路中，如果末端阀门关闭较快（即管路中流速变化较剧烈），由于管中水流的惯性，开始在整个管路中就形成了一个阀口一水池传播的减速增压运动，水体压缩，密度增大，一直传到水管进口，水流呈瞬时静止状态，此阶段称增压波（直接波）逆传过程；接着压力和密度大的阀门处水流有反向压力池的趋向，这样形成一个与原流速方向相反的流速，从而压力、密度慢慢恢复正常，在管路中就形成了一个压水池一阀门传播的减速减压运动，此阶段称为降压波（反射波）顺传过程；管中的流速瞬时恢复正常，接着从阀门向水池产生一个反方向的流速，水体膨胀，密度减小，管路中形成一个阀门～水池的增速降压运动，称此过程为降压波逆传过程；管路瞬时膨胀静止后，又开始恢复原始状态，因而又产生一个水池向阀门的流速，密度恢复正常，称此过程为增压波顺传过程。此后的水锤现象又将重复进行上述的四个传播过程。如果不计水力阻力，这种传播过程将周而复始地进行下去，这就是突然瞬时关阀后所发生的水锤波的基本传播方式。一般的水锤现象都将运用这个原理进行水力过渡分析。
二、长距离输水管道防水锤技术选择的原则
输水管起末端的水力高度差为有压重力输水的可利用水头。在确定输水设计流量后，可利用水头越大，输水管管径可越小，投资越少，当然输水管流速越大，运行时可能引起的水锤升压越高。为防止管道发生破坏性水锤事故。当管材强度较强，或地质、地形条件复杂时，还应经过水锤计算适当降低输水流速，以利管道安全运行。有压重力输水在以下三种情况需消减富余能量：1、当可利用水头过大，管中流速超过3m/s或超过水锤计算所确定的最大流速时；2、起端（如水库等）水位变幅较大时；3、低于设计流量运行，输水管下游管道因压力增加较多，不利于安全输水时；这三种情况较适宜的消能装置为减压恒压阀。第一、三种情况减压装置常设在输水管的中下游；第二种情况常设在输水管中上游；第一、三种情况设置的减压阀对输水管还具有较好的水锤防护和减少漏失水量的功能。重力给水系统是否需要减压和分几级减压，主要决定于给水区总落差的大小和管道的承压能力。落差越大，管道允许承压能力越低，需要设置减压的级数就越多。针对重力流管路系统，降低管材承压等级、减少工程造价，并预防水锤发生，在此将重点研究减压措施；对于开阀水锤分析的重点是研究开启末端阀门可能产生的降压波，可能引起管道某些部位产生水柱中断，以及断流水锤升压的大小，是否可能引起保管事故，为此采取措施加以防护；消减关阀水锤，将借助于缓闭蝶阀和减压措施；对于排气阀在防止断流弥合水锤方面。
三、管材的选择
管道工程总投资中，管材部分就占有70﹪～80﹪的比重，所以管材的选择在整个工程的成本控制中有着非常重要的地位。特别这几年我国引进大量的新型管材和新的生产工艺，管材的优化尤为重要。目前长距离输水工程大都在钢管、球墨铸铁管、预应力砼管与预应力钢筒砼管、玻璃钢管等方面选择。在长距离输水工程中，管材的选择一般要根据工程的规模，管道的工作压力，输水距离的长短，工程的进度与重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，当地管材的生产状况，应用管材的习惯，特别是工程的资金的落实情况，而后进行技术、经济、安全等方面论证综合比较后确定。
四、水锤的防护技术与安全措施
凡是有泵及压力管道的地方就会有水锤，因此水锤是本长距离输水工程的一个重要的不容忽视的技术问题，水锤也是造成工程事故的一个主要原因以及日常运行时期的安全隐患。
对泵站及管路系统的水锤问题是国内外研究与防护的重要内容。长距离输水采用压力流输水时，在泵站系统为防止水锤的危害，一般采用调压井（双向、单向），水锤消除器、液控蝶阀、缓闭止回阀、旁通管泄压等形式。
另一方面长距离输水工程中应充分的认识到水柱弥合水锤的危害。在长距离输水管道中，流速变化是经常出现的，管道中水流速度变化时，致使管道中水压力的升高或降低，在压力低于水的气化压力时，水柱就被拉断，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，管道中的水升压，则就形成断流弥合水锤，弥合水锤升值很大，在实验装置观测到的竟达到工作压力的2-4倍，因此其对输水安全性的危害很大。
水在输水管道运行时，实际上是水气两相流。因此在长距离输水管道设计时，应依据输水管道的纵向布置，分析研究计算可能出现的不同工况下水的流动状态，选择合适的位置（一般在驼峰处）布置一定数量的排气阀，在管线的水平段，排气的问题更突出，因此在设计时一般人为地把管线布置成一个高点，设置排气阀，而且水平距段根据经验一般在600m～1000m设置一处。另外排气阀的选择也很重要，因为管道中运行时，水在管道中的状态很复杂。根据国外水锤研究者提供气水两相流可分为六种流态，即层状流、波状层、段塞流、气团流、泡沫流、环状流，由于水流流态的复杂性，也就产生了排气的困难，因此除了确定排气阀的合理数量，合适位置，对排气阀种类与性能也应充分重视。
五、埋地钢管的防腐
通过对以是各防腐方法进行技术性分析，结合施工地条件、经济成本等，本长距离输水工程因为采用环氧煤沥青漆对埋地钢管进行外防腐，防腐施工工序为三油一布（底漆-面漆-玻璃布-面漆-面漆），特殊地段则采用四油二布（底漆-面漆-玻璃布-面漆-玻璃布-面漆-面漆）。因为环氧煤沥青漆具有防腐层性能稳定，使用年限长，耐一定高温（110℃以下），涂层强度高，施工方便，可半机械化或手工生产，涂层造价低廉。此涂层于80年代在我国开始应用，十几年内在各种埋地管线中大量应用，由环氧与煤沥青两种主要成份组成，是甲（环氧）乙（固化剂）双组分涂料，它缩合了环氧树脂（强度高）与煤沥青（防腐性能好）的优点。其缺点是：固化受温度影响较大，低温（5℃以下）固化慢，尤其在现场补口时，该涂层达到固化的时间长，难以得到工期保证。
每种防腐形式都有其优缺点，但它们有一个共同特点，就是对埋地管道给予保护，而它们对管道的保护效果又取决于从选料至施工的各个工序质量，如果在各个阶段均按照标准、规范的要求进行，那么无论哪种防腐形式都会对埋地管道起到一定的保护作用。相反，不论多么优质的涂料，多么先进的防腐手段，花费多高的投入，也不能确保对埋地管道起到应有的保护作用。
结束语
随着城市建设的快速发展和人民生活水平的日益提高，长距离大型输水工程越来越多，随之而来的工程爆管问题引起越来越多工程人员的注意。长距离重力流输水管道系统的防爆技术研究作为输水管道安全运行的重要课题之一，很有必要进行深入研究。
参考文献：
[1]迟宝明，卢文喜等.水资源概论，长春：吉林大学出版社，2006.
[2]金锥，姜乃昌，汪兴华等.停泵水锤及防护，中国建筑工业出版社，2004.