淺談水錘效應的影響因素

樊昊岳 孫 瑋 井擇珳

（河北農業大學 河北保定 071000）

引言

隨著經濟的不斷發展與環境的惡化，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日常生活，農業灌溉以及工業用水。城市規模不斷擴大，人們對水的需求也不斷增多，我們在開源節流的同時必須將我國有限的水資源進行合理化配置整合。我國的水資源分布呈南多北少，東南內澇西北干旱局勢，在邊遠山區仍然存在限時限量供水的現象，人民的用水需求尚未得到滿足。因此南水北調，中長距離供水等工程項目一再被國家采用。而在中長距離管道供水過程中，管道崩裂，泵站設備故障等問題頻出，水錘效應成為影響這些現象的主要因素之一。

1 水錘效應形成因素分析

水錘效應分為正壓水錘和負壓水錘，當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向前移動，形成水流沖擊波對管道內部及閥門造成巨大壓力并產生破壞的現象，稱為正壓水錘效應，相反由于慣性作用閥門出水口處水體由于慣性作用持續向前運動造成管道內部出現真空狀態并造成壓力急劇降低的現象，稱為負壓水錘效應。水錘發生的物理原因主要是水體慣性以及水體的壓縮性，是流體的一種不穩定流動狀態。

2 水錘的影響因素分析

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

隨著城鄉建設的發展和人均生活水平的提高，我國輸水管道網線趨于完善，向偏遠山區，城市周邊農村地區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、揚程大等自然環境影響，管道也面臨著出現死角，穿越山川、公路、河流且地形起伏大等自然因素，故水錘現象容易發生，管道炸裂現象頻出。

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。當突然發生停泵，輸水中斷，閥門快速閉合等緊急情況時,由于管道線路較長，水體根據慣性作用繼續向前移動，使管道中出現劇烈的加壓或令管道呈真空狀態造成管道內部低壓狀態。

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重。因為管道與外界聯通，不可避免會顯現管道存氣征象，當管道有分歧含氣量時，水錘波速也會產生響應轉變，含氣量在一定范圍內增添時水錘波速在管道中會顯現較強的降落趨向，但隨著含氣量延續增添波速再也不降落甚至會顯現上升趨向。

溫度是水錘效應的另一個影響因素。當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中或類似的系統，這種是一種非常難以解決的水錘形式。

結語

根據前人的經驗，經閱讀大量相關文獻，通過分析推斷我們不難看出，水錘效應的后果是極其嚴重的，在興修水利工程設施的過程中，水錘效應的危害萬萬不可忽視。水錘效應的影響因素及其復雜，它主要取決于水體的慣性作用同時也取決于管道的材質、構造，水體的波速、流動狀態、溫度等相關因素。在水的運送當中管道內外受力情況十分復雜，磨損、腐蝕情況也較為嚴重。

針對以上情況，我們可以采用雙向調壓塔注水增壓避免壓力降低，利用排氣閥注氣、排氣，改變管道內部氣壓條件，減少停泵次數，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節水體波速，來保證管道、加壓泵的安全，保證泵站、輸水線路的正常運行。對于地面起伏大地形復雜的輸水線路一定要根據當地的環境嚴謹的計算研究水錘分析情況，當地形起伏過大時，提前鋪設管道支撐結構改變管道的鋪設幅度，避免因角度過大引起的爆管，對可能發生的水錘現象提前防護，從而來保證人民的日常用水需求，避免因為停水帶來不必要的經濟損失，避免因為管道爆裂導致的水資源浪費。

[1]李愛茹，董文明.淺談“水錘效應”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[D].武漢科技大學,2008.

[3]任鵬宇.管道含氣狀態對水錘波速的影響研究[D].長安大學,2013.