重力流长途输水

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1、重力流长途输水“减压”及安全问题初探黄晖以高地水源供水的工程越来越多地出现在现实的项目当中。在摒弃了传统输水方式（如新疆的坎儿井等）之后，不断地工业化、大流量的长途输送是目前国内许多地方供水现状的真实写照。而其引发的安全性的考量与评估不免令各方面担忧。尽管西北等地区（尤其如新疆）高山重力式供水方式比较普遍，并积累了一定的实际运行经验，但由于全国范围内类似工程项目的集中性、大规模的上马，项目具体工程特点又各有差异，相应的技术总结仍显苍白，远不具备指导性。因此有必要进行分步骤的总结与整理，在工程技术的高度上进行普适性归纳，并不断地进行完善，

2、使得今后的输水工程项目的展开更加合理，运行更加有条理，直至对项目的整体理解作到心中有数、胸有成竹。一．现状与问题主观轻视：相对于水泵长输供水，重力流供水相对传统，小规模工程较为普遍，主观上似有简易的错觉。因此在初期的工程当中，明显地感觉到“功课不足”。主要表现为：实际流速过快（2.5m/s~3m/s）,平时流量波动较大。可能出现离奇突发的爆管事件。经验不足：由于时间、投资与地形的限制，在设计当中，由于习惯了水泵输水计算（阻力为主导因素，决定扬程）的设计人员往往并不熟练掌握重力流水力计算（水头为主导因素，决定阻力与流量），在下坡段局部突起

3、部分，可能会出现半管流、虹吸等不利工况，而在设计阶段并未被发现，使得实际运行过程当中出现流量变化的随机性。控制不当：过分注重关阀水锤的水力计算，而疏于对水锤发生原理的本质理解，造成教条性的操作失误，引发水力激荡，甚至管线的破坏。不加控制：对长距离输水管线无控制地变流量输水，使得管道长期处于压力陡变的随机变化，二．基本原理及理论思想基于上述并不全面的现状与问题，这节里按步骤进行原理性的解释与分析，并引出一定的理论思想。长距离输水无论是重力流供水还是水泵供水，单从安全的角度上讲，宜采用恒定流的供水方式，即从甲地到乙地供水周期稳定，流量尽可能

4、保持不变。当然目前更着重于项目的“经济效率”，越来越多的系统末端直接对用户，流量多变化。客观上，由于国内管材、附件以及设备成熟的质量已经达到了变流量长输水的基本要求，完全可以实现系统的调节功能。或缺的其实只是主观上的认识深度与掌控思想。对事故发生原因寻根究底的过程必须进行综合化的考量，绝不可以点代面；即必须从系统本身以及运行特征上着手，深入了解，详细计算，进行多层次的归纳总结，多管齐下，才是解决系统的真正法门。单一方向的考虑思想，比如：单纯的水锤研究、简单的阀门操作时间、苛刻的空气阀特性参数、随意的减压需求等等均可能会让我们陷入更加狭窄

5、模糊的圈囿，与真相愈走愈远。不如回归系统运行的本真，从根本上解决一些潜在的问题。2.1变流量重力长输水的运行特征以下利用实际工程对变流量长输水进行举例说明。如下图，其为西北地区一输水项目。该管线长约十多公里，中间有支线分出，但分出水量很少；除起端的1公里为DN800之外，其余管线管径均为DN600。在设计流量下，我们得到相应的供水力线图：OriginalData760740720700680Elevation(meters)660640620600020004000600080001.0E+4Distance(meters)图1而这样的

6、系统，理论上我们可以得到如下的供水工况：OriginalData760740720700680Elevation(meters)660640620600020004000600080001.0E+4Distance(meters)图2上图的供压力线仅为理论存在，意味着系统在无限制供水的工况下，如果管线覆设得异常完美，则会出现近一半管段的“虹吸”工况，即系统在后段的高点段产生虹吸供水工况。在此理论工况下，流量将非常大，大约是设计流量的四倍之多。然而，理论上的长距离虹吸现象难以实现，也是我们实践工作当中必须避免的工况。因为有太多可以想见的基

7、础原因会造成系统虹吸的破坏，或者系统本身的破坏。实际工况下，由于空气阀的应用，系统不会出现哪怕是局部的“虹吸”，因此，系统在无限制供水时可能趋近于下图的供水工况。在此工况下，“自由流量”也是非常大的，大约是设计供水量的三倍之多。OriginalData760740720700680Elevation(meters)6606406206000246810Distance(km)图3因此，实际供水的压力线，在图面上便总是在“图1”与“图3”之间进行变化。而末端用户之前的背压则几乎是在140米水头与数米水头之间的变化，相应的流量变化将异常剧烈

8、。假设最小用时流量要求几乎为零时，末端水池前端的阀门背压大约为140米；而如果下一时段需水量增加，此时但凡打开阀门，在如此高压差的工况下，其实际过阀流量将远远超过需水量本身，甚至远远超过我们的想象。反之，也