长距离供水如何控制水锤危害

长距离供水如何控制水锤危害

李晓将

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司 

摘要：水锤效应是长距离供水管道中常见的一种物理现象，对供水管道的安全稳定运行有着明显的负面影响，严重还会对供水管道造成破坏。为了控制长距离供水时的水锤危害，保证长距离供水管道正常运行，相关人员应根据水锤效应，提出具体防护措施。

关键词：长距离供水；控制；水锤危害

为了缓解我国的供水矛盾，政府及相关部门非常重视供水工程的设计，其中南水北调就是非常具有代表性的供水工程。管道供水工作具有成本低、环境要求低、操作便捷、管理方便等特点，在供水工程中得到了广泛的使用。但在长距离供水过程中，管道内部会产生水击造成流速变化，也就是所谓的水锤效应。水锤的产生会对供水工作造成负面影响，甚至是导致管子的破裂、阀门及元件的损坏，因此在疏水过程中应加强对水锤危害的控制。

1 水锤发生的成因及表现形式

1.1 水锤发生的原因

水锤现象出现的原因主要有两点：第一，在供水工程中调节流量，需要完成起泵、停泵、启闭阀门或改变水泵转速等操作，而这些操作势必会造成水流速度的剧烈变化，容易出现水锤情况；第二，长距离供水工程中难免会出现突发事故，导致水泵动力中断而造成停泵，一般来说，这种事故多发生在配电系统故障、人员操作失误及雷击等情况下[1]。

1.2 水锤危害的主要表现形式

第一，当水锤压力过高或过低时，水流流速的变化会对供水管道造成一定的冲击，当压力过高时就会引发水泵阀门和管道的破坏，而当水锤压力过低时，则会破坏管道的稳定性，使管道受到破坏；第二，在长距离供水过程中，受到客观因素影响，导致水泵反转速过高突然停止或者在反转过程中再次启动电动机时，水流的冲击会使电动机转子永久变形，水泵机组中的部件也会出现相应的损坏。第三，当水泵中出现倒流情况时，流速超过一定标准后，会使管网内的压力降低，水量减小，从而影响正常供水效果[2]。

2 长距离供水中控制水锤危害的必要性

在长距离供水过程中，管道的设计与维护直接影响到供水工作能否顺利开展。而水锤现象会造成供水管道局部凸起和变坡的现象，一旦发生事故造成停泵，这些凸起部位的水体就会在压强的作用下汽化，进而造成管道和水力机械的气蚀，出现水柱分离的情况。一旦水柱重新合为一体，就会出现“弥合水锤”，使管道内部的压强迅速上升，对管体造成较大的压迫，情况严重时还会发生爆管现象。而若是出现爆管现象，不但会使管道和泵站内的建筑物受到严重的破坏，还会影响到供水沿线人们的正常生活。因此，在长距离供水工程设计中，必须要充分考虑管道增加调压措施，以降低水锤效应的危害，避免因水柱分离情况，影响长距离供水的正常进行。

3 长距离供水控制水垂危害的防护措施

水锤效应对供水管道有着极大的破坏性，一旦引起管道的破裂或元件的损坏，就会影响供水管道的正常运行，进而影响供水沿岸人们的生产和生活。因此，一定要认识到水锤效应的危害，并从设计过程、施工过程、运行管理等多方面探究水锤防护的措施，以便降低水锤效应对水管的危害，让水管正常运行。

3.1 设计过程中的水锤防护措施

长距离供水工作中，常会出现因设计不合理而导致水锤危害的事故发生，因此，在设计环节中应加强对水锤防护措施的应用。对于设计者来说，应根据长距离供水管道的使用情况，结合地区特点充分考虑和分析可能发生的水力过程，并在设计中选择最佳的方案来降低工程造价，从而在运行中提高系统的安全性与可靠性。而在方案设计中，设计人员应充分利用信息技术功能，将方案中的数值代入到计算机中进行模拟，再结合模拟结果制定相应的防护措施。

一般来说，设计要点主要包括以下四个方面：第一，阀门种类的选择。阀门的开关直接关系到供水管道中流速的变化，为了防止在管道供水中出现水流倒泄和水泵机组反转的情况，设计者可以采用缓闭式止逆阀或可控阀，提高阀门的可控性，通过对阀门种类的科学选择来控制水锤危害；第二，注水或注空气稳压。为了防止真空或弥合水锤等情况，造成管道内压力剧增，设计者应注重空气罐及注空气阀的运用，通过注水或注空气稳压来控制系统中的水锤压力振荡；第三，泄水降压。为了避免因突发情况导致管内压力陡升，设计者应考虑运用停泵水锤消除器、旁通管等设计，以降低水锤带来的危害[3]。

除此之外，分段减压消能也是设计环节中降低水锤效应的关键举措，在长距离供水管道中，由于管道的长度较长，水本身在流动过程中受到惯性的影响，形成水锤效应。为了消除水锤危害、降低管道内的压力，应合理采取分段减压措施。具体来说，在实际施工中，施工人员应按照设计图纸，通过测量确定管道总长度后，将总长度截取为若干个不连续的部分，并在每个管道的末端都安装闸阀和消能设备，提高对每个部分的控制程度，这一措施的目的是为了降低管道内的压强。通过这种手段来调节管道内的压强，能有效减轻供水的压力，降低管道内的工作压力，防止因管道内工作压力陡增，而导致水管破裂、元件损坏等情况出现。

3.2 施工过程中的水锤防护措施

施工质量对降低水锤效应也至关重要，应注重加强施工过程中的质量控制，例如高程控制、管道焊接、拐点镇墩及支架、阀门安装等环节。以长距离供水管道焊接质量为例，施工中应加强对施工技术、施工材料等环节的把控。为了降低水锤效应对管道的危害，输水管道宜选址内壁光滑、防腐效果好的管材；同时，为了保证管道焊接质量，在施工时应尽量选择半自动下向焊方法，提高焊缝质量和速度，使焊接效率得到显著提升。除此之外，在焊接前应做好充足的准备工作，在钢材进入施工现场后，组织建设单位与监理单位对原材料进行检验，保证其质量符合施工要求，并填写正规的验收记录表，焊条及管材放入干燥、通风好的仓库之中，以便施工时及时取用。

3.3 运行管理中的水锤防护措施

长距离供水管道运行中，管理过程不善是造成水锤现象频发的重要因素，结合我国近些年来发生的重大水锤事故原因进行分析，发现设备维修不及时或人为操作失误是造成水锤现象出现的主要诱因。因此，长距离供水工程中，运行管理人员应严格按照要求进行操作及日常维护工作。

首先，运行管理人员应定期检查水泵系统的状态，保证其结构完好且正常运行。机组正常开启或关闭阀门前，操作人员应在相关技术人员的指导下进行现场检查，保证水泵系统设备完好无损，在监控系统的辅助下，发现满足开启或关闭阀门条件后，则按照正常开启或关闭阀门程序操作。同时，在设备正常运行期间，检修人员需要时刻关注机电设备的运行情况，一旦发现机电设备需要维护时，要及时向上级申请开展维护工作，避免水泵系统损坏而影响正常工作开展。同时，操作人员也应重视对现场环境的巡查，并核对运行管理中系统的各项参数，一旦发现异常则要及时处理。

其次，优化输水系统。为了降低水锤危害，技术人员应增强靠近出口阀位置的管道管理措施，尤其对于容易发生水锤现象的位置处，应额外增加支撑，降低共振现象发生的可能性。同时，应加强对取水处的清淤工作以及建筑结构加固和修补工作。由此可见，良好的供水环境也是有效防范水锤的有效措施之一。

最后，严格按照相关规定进行操作。长距离供水工程中的设备开启或关闭阀门操作有着相应的规范，若在操作过程中出现违规情况，则会因人工操作不当而出现水锤效应。为了避免这一情况的出现，操作人员应严格遵守规范，并在日常工作中积极提升自身的能力和专业素养，降低因人为因素造成水锤现象的概率。需要注意的是，如果在关闭阀门后还需要再次开启，坚决不能在水流还处于停机瞬变流过程中开启，而是要耐心等待水流平稳后再进行操作。

结束语

总的来说，受到我国水资源分布不平衡的影响，长距离供水作为调配水资源的重要手段，将得到更广泛的应用。近些年，我国长距离供水工程技术水平得到了快速的提高，极大缓解了部分地区的用水矛盾，而对于管道工程设计时，应针对性采取水锤防治相关措施，在设计、管理和施工等环节取得相应的成就。因此，在技术的发展和进步下，相关人员应基于水锤的各种危害不断探究和实践，加强供水工程水锤防治工作的优化和提升，积极研究新型水锤防护措施，以保证长距离供水安全高效。

参考文献

[1]杜畅,刘喜元,张健等.泵后管线先降后升的长距离输水系统水锤防护[J].排灌机械工程学报,2022,40(12):1248-1253+1267.

[2]胡卫娟,胡建永,李柏庆.长距离供水工程水锤联合防护研究[J].给水排水,2022,58(09):107-111.

[3]袁哲,王丰,周子旋等.长距离跨海管道供水工程的水锤防护研究[J].水电能源科学,2022,40(06):114-117+27.