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1、有關(guān)長距離輸水工程水力過渡過程研究 摘要：隨著社會經(jīng)濟水平的不斷提高，我國水利建設(shè)獲得了長足的發(fā)展，其中，長距離輸水工程以其重要的社會意義和經(jīng)濟價值獲得了業(yè)內(nèi)外人士的普遍關(guān)注。本文將結(jié)合實例對長距離輸水工程水力過渡過程進行分析，以便參考。關(guān)鍵詞：長距離輸水工程；水利過渡工程；分析中圖分類號：TV文獻標識碼：A文章編號：工程概況某水庫輸水工程（遼寧省境內(nèi)），輸水管道全長共計222.898公里，途經(jīng)6市。該工程屬于長距離輸水工程，同時還具有大流量以及低揚程的特點，整個輸水系統(tǒng)被設(shè)計為壓力密閉式系統(tǒng)。泵站上游部分利用有壓重力原理進行水流的輸送
2、，在整個輸水管線上共設(shè)置了6個配水站以實現(xiàn)對多個城市的配水，因而管線沿途流量呈現(xiàn)出不斷減少的趨勢。其取水頭部和輸水洞直接相連，不僅設(shè)有攔污柵、電動吊車，還設(shè)有檢修閘門以及工作閘門。輸水洞、配水站之間的主要設(shè)施如下：1）調(diào)流閥；2）流量計；3）電動蝶閥；4）穩(wěn)壓塔和液控蝶閥；5）排氣閥；6）泄水閥[1]。8在有壓管道輸水工程中，應用水力學非恒定流理論可知，輸水系統(tǒng)啟停時，系統(tǒng)中的閥門也會隨之發(fā)生相應的短暫啟停，如此一來，便會造成水擊的問題。此過程中，管中流速一旦發(fā)生劇烈波動（受某些外界因素影響），將會導致水體壓強發(fā)生大幅變化，繼而對管壁、閥
3、門以及其它各種管路元件造成強烈沖擊，輕微時，可能造成相關(guān)元件的毀損，嚴重時，將會造成管道爆裂，影響整個輸水工程的安全及正常運營。由此可見，針對水擊過渡過程展開分析、研究具有非常重要的現(xiàn)實意義。2.水力過渡過程物理模型選擇本文將采用一維瞬變流模型對水力過渡過程（或者稱之為水擊作用）展開數(shù)值研究。其中：1）V—水體流速；2）H—測壓管水頭；3）a—水擊波波速，取值1000m/s2；4）g—重力加速度，取值9.81m/S2；5）x—沿輸水管道方向；6）t—時間；7）D—輸水管道直徑；8）α—輸水管道的坡度；9）λ—沿程阻力系數(shù)，取值8g/C2。
4、該控制方程屬于常規(guī)的雙曲線方程，采用特征線—有限差分法展開離散求解。8該系統(tǒng)管線，不僅包括水庫、穩(wěn)壓塔，還包括凈水廠、加壓泵站，除此之外，還涉及輸水涵洞和管路的良好銜接問題，因此，方程的邊界條件顯得尤為復雜，主要取以下幾點：1）水頭部；2）管路分叉；3）管路合并；4）穩(wěn)壓塔；5）凈水廠；6）加壓泵站。邊界節(jié)點的定解關(guān)系可通過能量守恒定律和質(zhì)量守恒定律進行確定，換而言之，在邊界節(jié)點流量之和與水頭流量相等。水泵過流量和泵揚程的彼此關(guān)系，可用如下數(shù)學方程予以表示[2]：其中：1）Hs—水泵斷流水頭；2）Q—水泵過流量，通過泵后蝶閥在某時間點t的
5、開度τ確定。3.基本方案及相關(guān)參數(shù)對長距離輸水工程的管道系統(tǒng)進行設(shè)計時，一般將以下兩個設(shè)計指標列為重點考慮對象：1）管道中將會產(chǎn)生的最大壓力水頭，其數(shù)值受管壁強度限制，要求實際最大壓力水頭不可超過試驗壓力1.1Mpa；2）管道中將會產(chǎn)生的最小壓力水頭。如果出現(xiàn)負壓，且小于水體蒸汽壓力時，那么將會導致水體發(fā)生局部汽化反應，給管壁帶來不利的影響。在工程設(shè)計中，一般認為管道中的負壓應控制在0.7～0.8個標準大氣壓以上。在水泵啟停時，管道中水擊壓強的大小將會受到閥門關(guān)閉方式及關(guān)閉時間Ts的明顯影響，所以，在工程設(shè)計中，主要通過延長閥門調(diào)節(jié)時間的
6、方式，來實現(xiàn)對水擊壓強的有效控制。本文通過數(shù)值計算結(jié)果，對最優(yōu)閥門關(guān)閉方式進行選擇，將水擊壓力符合設(shè)計標準?？晒┻x擇的控制閥啟閉方案見表1[3]。8表1泵后控制閥啟閉方案根據(jù)本輸水系統(tǒng)布置方案，對6種系統(tǒng)運行方案（見表2）進行水力過渡過程的計算及分析，分別是：1）以最大供水量對加壓站上游各城市進行供水的5種系統(tǒng)運行方案；2）全系統(tǒng)正常運行方案。各運行方案的加壓泵機組詳細配置見表3[4]。表2系統(tǒng)運行方案104m3/d表3各運行方案機組配置4.計算結(jié)果及其分析對上述6種管道系統(tǒng)進行工況分析，并對其水力過渡過程進行數(shù)值分析，得出以下重要內(nèi)容：
7、1）測壓管水頭包絡(luò)曲線；2）各穩(wěn)壓塔水位；3）各穩(wěn)壓塔溢流量。以加壓站上游各市為最大供水量、鞍山下游為最不利工況1泵組全部開啟運行為例，對相關(guān)數(shù)值進行優(yōu)化計算后，確定采用180s線性開啟方式以實現(xiàn)對泵后蝶閥的開啟控制，開啟時，管道內(nèi)測壓管水頭包絡(luò)曲線如圖1所示[5]。圖1測壓管水頭包絡(luò)曲線8由圖1可知，在管道內(nèi)，水錘正壓最大值為97.65m，水錘負壓最大值為-6.16m，符合工程安全設(shè)計標準。對計算進行分析，得出如下幾條結(jié)論：1）適當延長閥門的啟閉時間，能夠明顯降低水擊波的沖擊力，實現(xiàn)對水頭的最大正壓力及最大負壓力的有效控制；2）不同閥門
8、啟閉方式將會造成不同大小的水擊波強度。整體而言，閥門開啟過程中，快速開啟方案通常好于緩慢開啟方案，而閥門關(guān)閉過程中，緩慢關(guān)閉方案則大多好于快速關(guān)閉方案；3）對于鞍山上游各市最大供水量情況下的鞍
