浅谈水锤效应的影响因素

樊昊岳 孙 玮 井择珳

（河北农业大学 河北保定 071000）

引言

随着经济的不断发展与环境的恶化，人们在急切需要水资源的同时很难在居住地周边采集足够的水源供给人们日常生活，农业灌溉以及工业用水。城市规模不断扩大，人们对水的需求也不断增多，我们在开源节流的同时必须将我国有限的水资源进行合理化配置整合。我国的水资源分布呈南多北少，东南内涝西北干旱局势，在边远山区仍然存在限时限量供水的现象，人民的用水需求尚未得到满足。因此南水北调，中长距离供水等工程项目一再被国家采用。而在中长距离管道供水过程中，管道崩裂，泵站设备故障等问题频出，水锤效应成为影响这些现象的主要因素之一。

1 水锤效应形成因素分析

水锤效应分为正压水锤和负压水锤，当阀门突然闭合或由于某种原因管道突然堵塞时，入水口处水体静止而后方水体由于惯性作用持续向前移动，形成水流冲击波对管道内部及阀门造成巨大压力并产生破坏的现象，称为正压水锤效应，相反由于惯性作用阀门出水口处水体由于惯性作用持续向前运动造成管道内部出现真空状态并造成压力急剧降低的现象，称为负压水锤效应。水锤发生的物理原因主要是水体惯性以及水体的压缩性，是流体的一种不稳定流动状态。

2 水锤的影响因素分析

近年来，北方中大型城市缺水严重，不得不采用长距离调水来满足人民日常生活需要。例如南水北调工程、引滦入津工程，引黄济青工程、引黄入晋工程等等。而重力流引水由于可随地形条件进行铺设，造价低，施工方便，渗漏损失小通常作为国家的优先选择方案。

随着城乡建设的发展和人均生活水平的提高，我国输水管道网线趋于完善，向偏远山区，城市周边农村地区输水管道线路日益增多。而这一类型管道面临着管道长、起伏多、扬程大等自然环境影响，管道也面临着出现死角，穿越山川、公路、河流且地形起伏大等自然因素，故水锤现象容易发生，管道炸裂现象频出。

在长距离供水管道的沿途布有加压泵站，其涵盖一定数量的闸门，单级双吸离心泵，偏心半球阀，防倒吸阀等精密装置。当突然发生停泵，输水中断，阀门快速闭合等紧急情况时,由于管道线路较长，水体根据惯性作用继续向前移动，使管道中出现剧烈的加压或令管道呈真空状态造成管道内部低压状态。

波速是水锤的重要影响因素之一。流体自身的体积受到管道的压力及流体中的自由气体影响较为严重。因为管道与外界联通，不可避免会显现管道存气征象，当管道有分歧含气量时，水锤波速也会产生响应转变，含气量在一定范围内增添时水锤波速在管道中会显现较强的降落趋向，但随着含气量延续增添波速再也不降落甚至会显现上升趋向。

温度是水锤效应的另一个影响因素。当冷凝水的温度略低于蒸汽温度时会对水锤的形成造成最大的影响。管道内的低温冷凝水与蒸汽混合是非常危险的。但这样的情况又是非常普遍的，像在冷凝水回收系统中或类似的系统，这种是一种非常难以解决的水锤形式。

结语

根据前人的经验，经阅读大量相关文献，通过分析推断我们不难看出，水锤效应的后果是极其严重的，在兴修水利工程设施的过程中，水锤效应的危害万万不可忽视。水锤效应的影响因素及其复杂，它主要取决于水体的惯性作用同时也取决于管道的材质、构造，水体的波速、流动状态、温度等相关因素。在水的运送当中管道内外受力情况十分复杂，磨损、腐蚀情况也较为严重。

针对以上情况，我们可以采用双向调压塔注水增压避免压力降低，利用排气阀注气、排气，改变管道内部气压条件，减少停泵次数，控制管道直径增大摩擦消耗多余能量，从而减小水锤的危害并且调节水体波速，来保证管道、加压泵的安全，保证泵站、输水线路的正常运行。对于地面起伏大地形复杂的输水线路一定要根据当地的环境严谨的计算研究水锤分析情况，当地形起伏过大时，提前铺设管道支撑结构改变管道的铺设幅度，避免因角度过大引起的爆管，对可能发生的水锤现象提前防护，从而来保证人民的日常用水需求，避免因为停水带来不必要的经济损失，避免因为管道爆裂导致的水资源浪费。

[1]李爱茹，董文明.浅谈“水锤效应”的危害与消除措施[J].科技信息，2010(09)：731.

[2]唐寅.水锤的研究与防护[D].武汉科技大学,2008.

[3]任鹏宇.管道含气状态对水锤波速的影响研究[D].长安大学,2013.