不可小视气阻水锤对城镇输配水管道的危害Word格式.docx
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管段低处,可根据工程的需要设置泄（排）水井.
泄（排）水阀的直径.可根据放空管道中泄（排）
水所需要的时间计算确定."
高处排气,低处泄水排污这本是城市供水设计
施工中不可忽略的一般常识.可是就在笔者家乡附
近地形起伏较大的某城镇.在城镇供水管网改造施
工中未设排气装置,加之运行管理不善,给城镇供
水带来不应有的危害,经常产生气阻水锤,严重影
响了城镇正常供水.详见下面的实例.
1气阻水锤危害输配水管道的实例
1.1基本情况
某城镇地处小兴安岭的西南缘.松嫩平原的东
北部,是山脉伸向平原的过渡地带.城镇呈北高南
低的漫岗丘陵.地形起伏较大,城镇北半部地面坡
度约为20%.左右.近10年最冷月平均气温一22.7o,
冻土深度为一2.47m（历史最大一2.85m）.于上世纪
70年代初分两期建设了城镇供水工程.供水方式为
高地水池（两个水池调节容积计1000m3）重力流
供水.由于城镇的发展,建筑层数增高,供水压力
远远满足不了要求.在近期管网改造中将其改为分
区分压供水.变分散提水为统一增压供水.现水源
工艺流程见图1.
图1
1.2管网运行中配水管爆裂
改造后的新水源及新增管网于2009年9月末
正式投入生产.历经近6个月的运行,在新旧管道
?
16?
S0【JTHWESTWATER&
WASTE'
ffATER西南给排水
接点处经常爆管.至今年4月上旬止爆管6次.原
有管道经近4O年的运行.管顶覆土已达4.0～4.5m
厚,加之天寒地冻抢修挖方十分困难,累计因修理
停水近一个半月.影响城镇正常供水.修漏地段示
意图见图2.
新建高压
原有高压标高为管中心标高
原有低压
图2管道连接系统示意图
图中A管段系原Dn=250mm铸铁管配水管线:
B管段为新铺设的De=400mmPVC—U管材.自二级
泵站输水管线;
C点为新旧管线的接点处,即输水
管线与配水管网的接点处:
D点的闸门关闭.
图中未注明管径的均为Dn:
250～300mm原铺设
的铸铁管
管道的爆裂处.均在C点的左侧.裂纹长度在
100—300ramC点原工作压力（由高地水池重力流
供水时）为0.17MPa.经二级泵站加压后C点现工
作压力为0.27MPa,管道工作压力仅增加0.1MPa.
Dn=250mm管材均系上世纪60年代末期.鞍钢生
产的国标（冶标）普压铸铁管材.
1.3管道爆裂的分析
致使管道爆裂的因素.可能有如下几种原因
（1）A段管道由低压改为高压管道,其实C点
的工作压力由原来的0.17MPa增加到O.27.所谓的
增压只增了0.1MPa.所谓的高压还没有超过O_3
MPa.现低压区供水有的管段承压值亦超过此数值.
0.3MPa不过是管材出厂标定压力的50%.所以增
压绝不会使管道爆裂
（2）从修漏中观查管材材质良好,壁厚仍在接
近10mm左右,未有肉眼可见的气泡,重皮,砂眼
等质量缺陷.是标准的灰口铸铁,所以管道爆裂并
非因材质差或"
老化"
所致.
f3）水锤的破坏是管道爆裂的致命原因
输水管线,配水管网中未设排气装置,闸门D
又处于常闭状态.气体无法排除,致使气阻产生水
锤.再加上经常启闭阀门.加剧了水锤的破坏力.从
排气的角度看重力流与压力流截然不同.重力流的高
地水池与大气相同.而压力流系统在没有用户用水时
是完全封闭的,管中积气难以排除,而引发水锤.
（4）管网系统水力条件差运行工况不佳.
输水管线与配水管网接点位置不当.且管径不
匹配（输水管径是D=400mm.配水管网接点Dn=
250mm）.如改在E点纵,横各连接一处.情况要
好一些.或C连接点不变.D:
400mm输水管再往
前延长15m与纵向管道在F点连接亦可
2配水管网水锤的成因与危害
2.1水锤波的基本理论
水锤理论上亦称水击.其理论是十八世纪末期
俄国着名学者H.E儒柯夫斯基创立的:
管路中液
体流动速度骤然减小所引起的急剧的压力升高称为
水锤所以任何引起液体速度骤然减小的原因同时
也就是水击的成因"
在压力管道中,由于流速的剧烈变化,急剧的
压力交替升降的水力冲击（水锤波）现象,称为水
锤（又叫水击）.
水锤发生时.管道中压力升高或降低的物理原
因.是由于液体不可压缩性和液体的运动惯性两者
与管壁弹性综合作用结果.形成了相当于声音在水
中传播的速度（1435m/s）的水锤波.
水锤分为直接水锤和间接水锤:
直接水锤:
闸门或水泵站内的逆止阀的关闭时间小于水锤波到
达的时间.称为直接水锤.即:
T≤等;
式中:
T一动作时间（S）;
L一_管段长度（m）;
C一水锤波传播速度（m/s）.
间接水锤:
如果闸门或水泵站内的逆止阀的关闭
时间大于水锤波到达的时间.称为间接水锤.即:
T&
gt;
告
2.2水锤的成因
产生水锤波的原因很多.凡是能使管道中水的
流速改变的因素都是产生水锤的原因.在城镇供水
系统运行中水锤的成因:
（1）水泵机组突然失电
17?
SOUTHWESTWATER&
停机;
（2）迅速启闭设在输,配水干线管路中阀门;
（3）管路中聚集空气,引起水流中断;
（4）迅速接通或
切断大型用水户;
（5）其它能改变管道中水流速的
因素.
结合上述实例.管道爆裂的主要原因是:
启闭
闸门和气阻使管中流速改变产生水锤所致
闸门是控制水流.调节管道内水量水压的重要
设备.闸门一般设在输水管路和配水管网的连接点
上,管线分支管上及过长的干管线上.迅速关闭输
水管路和配水干线的闸门时.使管中水流突然受阻
或流速剧然变化而产生水锤.使供水中断使管道破
坏.由于闸门的启闭不是瞬时完成的.所以.水锤
也常是间接水锤.因此,发生水锤时,直接波与反
射波可能有所抵销.因而使水锤的升压值比直接水
锤要小.但不可忽视它的破坏力,这是实例中使管
道破损原因之一应采取有效措施予以消除.
管路中积气的来源:
修漏时管道放空进气:
水
在正常流动中会逸出气体:
局部断水时管道进气
等.管道中聚集空气时,引起水流中断,并在管道
的抬高部位形成气囊使水流完全受阻.甚至使水汽
化,压力急剧增高,使管道破裂,供水完全中断.
这是实例中管道爆裂的主要原因
2.3水锤波传播速度的计算
水锤对管道的危害.主要是水锤波的直接波与
反射波对管壁的冲击,要重复若干次方能消失.对
管壁的危害程度.取决于水锤波的传播速度C值.
C值越大,危害越大,否则反之.水锤波的传播速
度.取决于水的弹性模数与管材的弹性模数的比值
和管径与壁厚的比值有关应按下式计算.即:
1420
/+鲁D6
C一水锤波传播速度（s）;
K一水的弹
性模量,其值为k=2.2xl03（MPa）;
E一管材的弹性
模量,其值见表1:
D一供水管道的公称直径
mm）;
8一管材的壁厚（mm）.
表1常用管材弹性模数（MPa）
注:
硬聚氯乙烯管指PVC—U给水管材.
文中实例水锤波的传播速度C值:
管材d=250口铸铁管,壁厚8=9.8口（冶标
YB428—64）,求C值?
c:
/?
+六
=
1420=
_ll27,/+★器26
几种常用管材的不同管径,壁厚的水锤波传
波速度C（m/s）,见表2.
oo?
s.z..
铸铁管89?
09?
O9?
2lO?
0lO?
8ll?
71205l3.314?
2
球墨铸管86?
l6.36?
46-87?
27?
78?
l8?
69?
PVC—
塑管C3oo86—
285
1.铸铁管材选自:
天津钢管集团股份有限公司——
连续铸铁管:
2.球墨铸铁管材（K9级）选自:
北台钢铁（集团）有限责任
公司:
3.PVC—U管材（0.8MPa）选自:
哈尔滨巨阳塑业有限
公司,质量标准:
GB/T10002.1.
2.4发生水锤时压力增高值的计算
水锤发生时管路中最大压力Hmax:
H一=Hy+Ah（mH20柱）
H发生水锤时管道承受的最大压力值（m）;
Hy一管路中原工作压力（m）;
△h一水锤压力增高值（m）.
Ah=（V一V）
V一管路中的初速,闸门关闭前的流速
（m/s）;
V厂为闸门部分关闭后,管路中水流的终速
g一重力加速度9.81（m/s2）.
当闸门完全关闭,V2=0时,此时水锤压力最大.
实例中:
C=I127m/s,V.=1.0m/s（按经济流速
计.实际上大大超过此数值）
△h=-（V1一V2）
g
（1.0—0）
18?
SOUrHWESTWATER&
=1l5m
C点的管道中心标高为235.56m.二
级泵站泵轴中心标高为249.12m.管径De=400mm.
输水管段长度L=1300m,阻力损失按6.5m计,水
泵出口压力为Ho=2.0kg/cm.
管路中原工作压力:
Hy=20.00+（249.12-235.56）一6.5
=20.00+13.56—6.50
27.06（m）
Hm=H+Ah
=27.06+115
=142.06（m）
发生水锤时管道承受的最大压力值为142.06米
H:
0柱,这个压力值并不是实际上的最大压力值,
即使这样还是管材标定出厂压力的2.4倍.是管道
原工作压力的5.25倍.在这么大的压力的水锤波冲
击下必使管道爆裂.
2.5实例中C点压力增大值的分析
前面C点压力增高值的计算是按经济流速
（V1=1.0m/s）计算的,实际上C点的流速要比经济
流速大得多,由D,=400mm转输来的水量,要通过
C点D=250mm再转输给配水管网,只有增大流速
方能完成.根据水流量的概念是指水在单位时间内
通过一定断面的体积（名数为:
1/s,m3/h）.
若De=400mm管道输送的水流量为Q.,而D=
250mm管道接纳的水流量为Q:
应Q=Q:
QI=DZ盯-
Dv1:
半（o.4）.x1.5---,
（设V1=1.5m/s）
Q2="
71"
u22V2=半（o.25）xV2=0_785×
0.0625×
V2=0.049~V.
QI=Q~,
0.188=0.049xv2
r一0.188
'
0.049
=3.84-叮T7-（m/s）,此时C点的管内流速为
3.84（m/s）,压力增加值△h:
（米）
△h=-（Vl—V2）
（3.84_o）
=ll5x3.84
442米（H0柱）.
水锤压力最大值H一=442+27.06=469.06米
（H0柱）.这是多么惊人的数字啊!
!
这是C点发
生水锤时的最大压力值.什么样的管道能抵抗这么
大的压力!
如果在F处再连接一点.由两点承受上面的压
力,C点的压力可大大减小.按上面的算法:
:
0.049V
r0.094
0.一049
V2=1.92（rn/s）
此时C点应承受的压力:
115x1.92=221米（H20柱）.H~=221+27.06=
248.06米（H0柱）,按经济流速时水锤压力增加l,3.
另外从另一方面考虑.如果C点接纳的转输水
量,再供给E点的三条Dn=250mm配水管道时.其
流速仍按经济流速计算.即vj=1.0rrds
Q3=3~D22.VJ=,此时
C点管中水的流速应等于3.0m/s
该点的压力增加值△h=l15x3.0=345H=
345+27.06=372.06米（H20柱）.
这样C点的最大压力值有四个:
按经济流速计算Hm~=142.06米（H20柱）;
按接纳B管段水量算H=~=469.06米（H20柱）;
按C,F点接纳B管段水量算H~=248.06米
（H20柱）;
按供给E点的水量算Hm~,=372.06米（H20柱）.
3消除水锤的措施
对于水锤的发生.可采取有效措施予以削弱
或消除.尽可能的避免直接水锤的发生.或者变
直接水锤为间接水锤.以减轻以至消除水锤对管
道的破坏的作用.为此,结合本文的实例可采取
下列措:
1）由于启闭输,配水干管上的阀门所引发的
水锤,可采取延长阀门的启闭时间,消除直接水
锤,减轻问接水锤的危害.其阀门安全启闭时间应
满足下式的要求:
十
号
19?
WASTEWATER西南给排水VolI32No.62010
城卞两水利用练舍整工程分析
李兵
（中铁瑞城置业有限公司,四川成都610031）
摘要雨水利用在我国尚处于起步阶段,它对城市的环境,经济,社会的可持续发展有着重
要的意义.作为一项新兴技术,它的到来必将与城市其他子系统之间产生必不可少的联系和作用.
本文通过分析雨水利用系统和城市其它相关子系统之间的相互联系.提出了雨水利用工程是一项综
合工程的概念以及它与其他子系统之间相互协调的方法.其目的在于在今后的城市规划中,为考虑
雨水利用的综合整治作一些必要的参考
关键词雨水利用综合工程城市
自20世纪8O年代初期.世界各国开始注重雨水
利用.许多国家和地区将雨水利用作为一项基础设施
建设纳入城市规划之中.有些国家已制定相关的规范
条例使它像其他的工程那样正规.我国的一些地区也
已开始重视雨水利用,有些已经进入探索试验阶段.
现代雨水利用.已不像古代人们对雨水的利用
那样,只是简单地收集来灌溉或日常使用那样简
单.它的实施必须与其他各种系统相互交叉.笔者
认为.现代雨水利用可以归入环境工程范畴,但其
又有自己的独特性在当代综合发展的社会背景
下,许多领域相互交叉,相互影响,雨水利用作为
种工程技术,也不例外.一个雨水利用方案的提
出,实际上就其本身工程难度而言并不复杂.难就
难在如何将其与社会其他工程子系统紧密结合.既
要考虑到雨水收集利用的综合效益.又要满足其他
子系统的自身要求限制.这便是我们今后该重点研
究的问题下面就对雨水利用与一些典型的相关子
系统的联系加以说明比较.图1为与雨水利用工程
T_一水的容重（t/m3）;
V厂水锤发生时
管中水的流速（m/s）;
L_管段长度（m）.
阀门应采用暗杆闸阀.D&
600mm的管路上应
采用伞形齿轮装置或电动闸阀.凡是丝杠闸门基本
上能满足启闭时间的要求.
2）在城镇输,配水干线上不宜使用碟阀,因
它启闭快宜产生直接水锤.且在水锤的作用下易使
其变形,损坏,失灵.在泵站内也可选用缓闭止回
阀,威阻缓闭消声止回阀,碟式威阻缓闭止回阀;
室内也可采用蓄能器式液控启闭碟阀
3）根据《室外给水设计规范》（GB50013—
2006）第"
输水管道系统运行中.
应保证在各种设计工况下.管道不得出现负压."
特别是化学建材管材,严防在负压作用下变形.
4）在输水管道上的隆起点.在配水管网的制
高点,起伏顶点等处,根据管径装置单,双口排气
阀,随时排除积气,减少气阻水锤对管道的破坏.
5）严禁任何单位,个人在输水管道,配水官
网上直接装泵抽水.影响管网运行工况.也是滋生
水锤的因素之一.总之为消除水锤对输,配水管路
的危害.使管网保持良好的水力条件.确保安全可
靠的供水
4结束语
从本文的简单实例中.不难看出水锤对管道
的破坏作用是十分严重的.发生水锤时管道所承
受的压力是原工作压力的五倍多,是值得设计,
施工,供水管理部门重视的问题.对水泵突然失
电,开闸停车.逆止阀迅速关闭产生水锤的危害
与消除,因本文实例未涉及到,故未加以分析,
请予以谅解
△作者通讯处:
161602黑龙江雀克山县排水事业管理处
20?
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