樊昊岳 孫 瑋 井擇珳

（河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 河北保定 071000）

引言

隨著經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展與環(huán)境的惡化，人們在急切需要水資源的同時很難在居住地周邊采集足夠的水源供給人們?nèi)粘Ｉ睿r(nóng)業(yè)灌溉以及工業(yè)用水。城市規(guī)模不斷擴(kuò)大，人們對水的需求也不斷增多，我們在開源節(jié)流的同時必須將我國有限的水資源進(jìn)行合理化配置整合。我國的水資源分布呈南多北少，東南內(nèi)澇西北干旱局勢，在邊遠(yuǎn)山區(qū)仍然存在限時限量供水的現(xiàn)象，人民的用水需求尚未得到滿足。因此南水北調(diào)，中長距離供水等工程項(xiàng)目一再被國家采用。而在中長距離管道供水過程中，管道崩裂，泵站設(shè)備故障等問題頻出，水錘效應(yīng)成為影響這些現(xiàn)象的主要因素之一。

1 水錘效應(yīng)形成因素分析

水錘效應(yīng)分為正壓水錘和負(fù)壓水錘，當(dāng)閥門突然閉合或由于某種原因管道突然堵塞時，入水口處水體靜止而后方水體由于慣性作用持續(xù)向前移動，形成水流沖擊波對管道內(nèi)部及閥門造成巨大壓力并產(chǎn)生破壞的現(xiàn)象，稱為正壓水錘效應(yīng)，相反由于慣性作用閥門出水口處水體由于慣性作用持續(xù)向前運(yùn)動造成管道內(nèi)部出現(xiàn)真空狀態(tài)并造成壓力急劇降低的現(xiàn)象，稱為負(fù)壓水錘效應(yīng)。水錘發(fā)生的物理原因主要是水體慣性以及水體的壓縮性，是流體的一種不穩(wěn)定流動狀態(tài)。

2 水錘的影響因素分析

近年來，北方中大型城市缺水嚴(yán)重，不得不采用長距離調(diào)水來滿足人民日常生活需要。例如南水北調(diào)工程、引灤入津工程，引黃濟(jì)青工程、引黃入晉工程等等。而重力流引水由于可隨地形條件進(jìn)行鋪設(shè)，造價低，施工方便，滲漏損失小通常作為國家的優(yōu)先選擇方案。

隨著城鄉(xiāng)建設(shè)的發(fā)展和人均生活水平的提高，我國輸水管道網(wǎng)線趨于完善，向偏遠(yuǎn)山區(qū)，城市周邊農(nóng)村地區(qū)輸水管道線路日益增多。而這一類型管道面臨著管道長、起伏多、揚(yáng)程大等自然環(huán)境影響，管道也面臨著出現(xiàn)死角，穿越山川、公路、河流且地形起伏大等自然因素，故水錘現(xiàn)象容易發(fā)生，管道炸裂現(xiàn)象頻出。

在長距離供水管道的沿途布有加壓泵站，其涵蓋一定數(shù)量的閘門，單級雙吸離心泵，偏心半球閥，防倒吸閥等精密裝置。當(dāng)突然發(fā)生停泵，輸水中斷，閥門快速閉合等緊急情況時,由于管道線路較長，水體根據(jù)慣性作用繼續(xù)向前移動，使管道中出現(xiàn)劇烈的加壓或令管道呈真空狀態(tài)造成管道內(nèi)部低壓狀態(tài)。

波速是水錘的重要影響因素之一。流體自身的體積受到管道的壓力及流體中的自由氣體影響較為嚴(yán)重。因?yàn)楣艿琅c外界聯(lián)通，不可避免會顯現(xiàn)管道存氣征象，當(dāng)管道有分歧含氣量時，水錘波速也會產(chǎn)生響應(yīng)轉(zhuǎn)變，含氣量在一定范圍內(nèi)增添時水錘波速在管道中會顯現(xiàn)較強(qiáng)的降落趨向，但隨著含氣量延續(xù)增添波速再也不降落甚至?xí)@現(xiàn)上升趨向。

溫度是水錘效應(yīng)的另一個影響因素。當(dāng)冷凝水的溫度略低于蒸汽溫度時會對水錘的形成造成最大的影響。管道內(nèi)的低溫冷凝水與蒸汽混合是非常危險的。但這樣的情況又是非常普遍的，像在冷凝水回收系統(tǒng)中或類似的系統(tǒng)，這種是一種非常難以解決的水錘形式。

結(jié)語

根據(jù)前人的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)閱讀大量相關(guān)文獻(xiàn)，通過分析推斷我們不難看出，水錘效應(yīng)的后果是極其嚴(yán)重的，在興修水利工程設(shè)施的過程中，水錘效應(yīng)的危害萬萬不可忽視。水錘效應(yīng)的影響因素及其復(fù)雜，它主要取決于水體的慣性作用同時也取決于管道的材質(zhì)、構(gòu)造，水體的波速、流動狀態(tài)、溫度等相關(guān)因素。在水的運(yùn)送當(dāng)中管道內(nèi)外受力情況十分復(fù)雜，磨損、腐蝕情況也較為嚴(yán)重。

針對以上情況，我們可以采用雙向調(diào)壓塔注水增壓避免壓力降低，利用排氣閥注氣、排氣，改變管道內(nèi)部氣壓條件，減少停泵次數(shù)，控制管道直徑增大摩擦消耗多余能量，從而減小水錘的危害并且調(diào)節(jié)水體波速，來保證管道、加壓泵的安全，保證泵站、輸水線路的正常運(yùn)行。對于地面起伏大地形復(fù)雜的輸水線路一定要根據(jù)當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算研究水錘分析情況，當(dāng)?shù)匦纹鸱^大時，提前鋪設(shè)管道支撐結(jié)構(gòu)改變管道的鋪設(shè)幅度，避免因角度過大引起的爆管，對可能發(fā)生的水錘現(xiàn)象提前防護(hù)，從而來保證人民的日常用水需求，避免因?yàn)橥Ｋ畮聿槐匾慕?jīng)濟(jì)損失，避免因?yàn)楣艿辣褜?dǎo)致的水資源浪費(fèi)。

[1]李愛茹，董文明.淺談“水錘效應(yīng)”的危害與消除措施[J].科技信息，2010(09)：731.

[2]唐寅.水錘的研究與防護(hù)[D].武漢科技大學(xué),2008.

[3]任鵬宇.管道含氣狀態(tài)對水錘波速的影響研究[D].長安大學(xué),2013.