下载文档原格式
水力过渡过程计算嘿，朋友！咱们今天来聊聊水力过渡过程计算这回事儿。
你知道吗，水力过渡过程就像是一场水流的大冒险！想象一下，水在管道里、渠道中奔跑，突然遇到了一些状况，比如阀门关闭、水泵启动或者管道破裂。
这时候，水的流动状态可就发生了巨大的变化，就像一个调皮的孩子突然改变了玩耍的方式。
水力过渡过程计算，那可是相当重要的！比如说，在城市的供水系统中，如果不进行准确的计算，一旦出现紧急情况，比如突然停水或者水压骤变，那可就麻烦大啦！家里的水龙头可能不出水，洗澡洗到一半变成冷水澡，这得多难受啊！水力过渡过程计算其实就像是给水流规划路线。
我们要考虑水的速度、压力、流量这些因素，就像给一个旅行团安排行程，要考虑路程、时间和费用一样。
如果计算不准确，水流就可能“迷路”，造成各种问题。
比如说，在水电站中，水轮机的调节如果没有基于准确的水力过渡过程计算，那电力供应可能就会不稳定，一会儿亮堂堂，一会儿黑黢黢，这可咋整？再看看长距离的输水管道，如果不精心计算水力过渡过程，管道可能承受不住压力，出现破裂，那水就像脱缰的野马一样四处乱跑，这得造成多大的损失啊！那怎么进行水力过渡过程计算呢？这可不是拍拍脑袋就能搞定的。
得有专业的知识和工具。
就像厨师做菜要有好的食材和刀具一样。
我们要建立复杂的数学模型，把水流的各种特性都考虑进去。
这可不容易，就跟拼图一样，一块一块地拼凑，直到呈现出完整清晰的画面。
而且，还得根据实际情况不断调整参数，这就好比裁缝给人做衣服，得量体裁衣，不断修改，才能合身。
计算过程中，每一个数据都不能马虎，一个小差错可能就会导致整个结果大错特错，这难道不就像下棋走错一步满盘皆输吗？总之，水力过渡过程计算可不是一件轻松的事儿，但它又极其重要。
只有把这个计算做好了，我们的水利工程才能稳定运行，为我们的生活带来便利，不是吗？。
大波动过渡过程计算分析总结水电站输水系统和机组过渡过程的计算分析具有重要的意义，该计算分析对于机组参数GD2的选择、导叶关闭规律的确定、调压室参数的选择和管道线路的布置等方面都有重要的指导作用。
水电站过渡过程计算分析由大波动过渡过程计算分析和小波动过渡过程计算分析两部分组成。
以下对大波动过渡过程计算分析进行总结说明。
大波动过渡过程计算分析主要包含以下几个部分：①该类系统数学计算模型的建立和求解；②仿真计算程序的编制；③具体输水系统有关原始数据的准备（包含实际系统概化问题）；④各种大波动控制工况的计算分析；⑤《水力过渡过程计算分析报告》的撰写。
一．数学计算模型的建立水电站输水系统数学模型由输水道数学模型和边界数学模型两部分构成。
1．输水道数学模型目前，输水道数学模型是根据一元总流流体的运动方程和连续方程，建立有压管道水力瞬变的弹性水锤基本方程组，然后利用特征线法对方程组进行简化、求解（这里暂不讨论无压输水道）；由于在建立和求解模型的过程中，存在一些简化和假定条件，因此存在以下几个值得研究的问题：①现模型采用一元流假定，该假定在某些情况下不适用，应该改用“二元流”或“三元流”原理构造数模。
②该模型要求“同一段管道为单特性管”，因此须对非单特性管进行合理概化。
③该模型中管道阻力系数采用的是阀门关闭前稳态流动的值，实际应该采用动态的阻力系数。
④计算时间步长和波速调整的优化。
⑤含气水锤模型的建立。
2．边界数学模型不同边界具有不同的数学模型，目前基本边界的数学模型已较成熟，满足仿真计算精度要求。
3．数模的求解方法有压输水道数学模型采用特征线法求解；简单边界数学模型（如一元非线性代数方程）采用改进的不动点迭代法求解；复杂边界数学模型（如二元非线性代数方程组）采用牛顿-莱甫生法求解。
二．仿真计算程序的编制利用FORTRAN语言将已建立的数学模型和所选的求解方法编制成仿真计算程序。
同时，须注意以下几个问题：①水轮机特性曲线的变换（目前采用改进的Suter法）。
长距离输水工程中的技术问题分析随着输水工程的发展和社会经济的发展，长距离输水工程将会越来越多，以下是搜集的一篇探究长距离输水工程技术问题的论文范文，供大家阅读查看。
我国是一个水资源较为丰富的国家，但是由于我国人口基数大，人均水资源占有量非常低，远远低于世界人均水资源占有量，被联合国列为贫水国。
另外，我国幅员辽阔，存在严重的水资源分布不均现象，南方的水资源占全国水资源的80%左右。
而且，随着气候变暖，我国北方的水资源越来越少，因此，跨流域调水工程成为缓解这种水资源分布极度不均衡的重要方法措施，从而带来了长距离输水工程。
长距离输水一般可以分成重力流输水和压力流输水两种形式，在有条件的情况下，选择重力流输水能取得更好得节能效果。
下面就长距离输水工程中的技术问题进行分析。
1、长距离输水工程中管材的合理选择长距离输水工程中，管材的选择需要依据工程的规模、工程的重要级别、压力等级、输水距离的长度、沿途地质水文条件、管道的性能等因素，进行技术性、经济性、安全性等方面的综合评估，然后确定管材。
我国幅员辽阔，不同地区的地质条件等有很大差异，同时经济发展状况和管材的应用情况也有很大差异。
而每一项长距离输水工程都具有其独有的特点，这使得管材的选型也非常复杂。
某一种管材在一个工程中运用取得较好的经济、安全、质量效果，但是在另一个工程项目中可能就取不到这样的效果了。
根据多年的实践经验，长距离输水工程中的管材主要有离心球墨铸铁管、钢管、玻璃钢管、预应力混凝土管、钢筒混凝土管这几种。
其中，预应力混凝土管是成本最低的管材，在我国已被广泛运用到长距离输水工程中，但是其自重大，因此选用该管材时必须严格控制工作压力，将其控制在0.4-0.8MPa 之间为宜，也正是因为这一缺点，影响了预应力混凝土管在长距离输水工程中的应用推广。
某市政长距离输水工程中，其原定设计中选择钢筒混凝土管作为重力流管道，选用钢管作为压力流管道，在局部地方进行阳极保护。
长距离有压输水管道水力过渡过程研究摘要：在长距离输水工程中, 系统关闭措施不当或系统事故易产生危及泵站和输水管线安全的过渡过程。
有关规范对过渡过程中的特性参数进行了规定, 要求超过指标时必须采取防护措施保证工程安全。
在实际工程中, 由于对规范的理解和判断不同, 对工程的安全性和经济性产生了不同的影响。
文章结合实际工程, 对不同防护指标下采用的防护措施设置进行了探讨。
关键词：输水工程;过渡过程;指标;探讨;近年来为适应我国社会经济的发展要求, 改变区域水资源分布不均的状况,大量的长距离输水工程相继开工建设, 而且工程呈现“长距离、大流量、高水头”的特点。
由于管线距离长、地形起伏大, 在停泵或管线末端阀门关闭过渡过程中管线的压力会出现急剧波动和交替升降, 对泵站和管道系统的运行安全造成危害。
有关规范对过渡过程中的特性参数进行了规定, 要求超过某个指标时必须采取防护措施以保证工程安全。
在实际工程中, 由于对规范的理解和判断不同, 造成了工程设计中对水力过渡过程中产生危害的防护措施有两种:过度防护;防护不足。
两者对工程的安全性和经济性产生了不同的影响。
如何理解过渡过程中几个规定的控制指标, 进而以经济的防护措施保证系统的安全是每一个工程必须重点考虑的问题之一。
1 水锤分析计算控制指标讨论根据我国现行设计规范GB50265-2010《泵站设计规范》、GB50013-2006《室外给水设计规范》和CECS193∶2005《城镇供水长距离输水管 (渠) 道工程技术规程》, 总结出水锤分析计算涉及到的系统参数控制指标主要有以下三点:泵系统中水泵的反转速度及持续时间、输水系统最高压力、输水系统最低压力。
2 输水系统允许最高压力值探讨2.1 对不同压力的概念认识水泵出口额定压力:指水泵出口的工作压力, 一般与泵站设计杨程或最大杨程对应的压力值相对应。
GB50265-2010中9.4.2条要求“最高压力不应超过水泵出口额定压力的1.3~1.5倍;输水系统任何部位不应出现水柱断裂”, 停泵水锤的最高压力不应超过水泵出口额定压力的1.3~1.5倍是基于系统这一特性并充分考虑了水泵结构设计的要求确定的。
长距离输水管水力过渡过程分析实例发布时间：2022-05-07T10:11:26.742Z 来源：《新型城镇化》2022年9期作者：汤凯琳[导读] 对长距离输水管道及中间加压泵站的水力过渡过程分析及管道系统阀门选择。
广西壮族自治区水利电力勘测设计研究院有限责任公司摘要：对长距离输水管道及中间加压泵站的水力过渡过程分析及管道系统阀门选择。
关键词：长距离输水管道中间加压泵站水力过渡过程分析阀门设置1、前言水力过渡过程：当供水系统从一个状态转移到另一状态，或在稳定运行时受到扰动，系统都会出现非恒定的暂态（过渡）过程，由此产生的一系列工程问题：压力水管道中的水锤现象、调压室（水位波动现象）及水泵机组转速变化和调速问题。
根据2019年最新颁布的《室外给水设计标准》(GB50013-2019)，增加了7.3长距离输水章节，要求输水管道系统对瞬态水力过渡过程进行分析。
要求采取水锤综合防护设计后的输水管道系统不应出现水柱分离，瞬时最高压力不应大于工作压力的1.3倍~1.5倍。
下面以广西省南方沿海城市某输长距离水工程为例，进行简要水力过渡过程分析。
2、项目概况及水力过程分析该案例供水工程区域地势平缓，输水量为30万m3/d，采用两根DN1800双管供水，输水距离总长为33km。
该项目水源为水库，死水位为21m，末端供水至水厂絮凝反应沉淀池，水面高程23m。
输水线路呈两端高中间低，采用先自流后加压的供水模式，加压泵站位于输水管线中间段，其中重力自流段长14km，加压段长19km。
中间加压泵站地面高程为5.0m，水泵采用由吸水井吸水的方式，泵站吸水池水压标高为12m，吸水池特征水位为：最高运行水位为9m，最低运行水位2m，正常运行水位9.0m。
泵站采用六台变频水泵，每台水泵参数一致：流量Q=552～920～1104L/s，扬程H=49～38～31m。
正常运行工况下管道压力参数详见表2第1部分。
本工程采用美国肯塔基大学Kypipe系列的TranSurge2018水锤分析软件进行模拟计算。
长距离输水管道工程施工技术分析我国西南地区虽然矿产资源颇为丰富，但由于人们生活水平的不断提高，为了解决更优质的水源问题，需要从较远的地区长距离输水到全国各地要用水的地方。
以大理海东三岔河水库引水工程为例，文中结合施工积累的经验和心得体会，介绍了长距离管道输水工程的特点、施工工艺流程、施工技术要点和施工技术质量管理。
以期为长距离输水管道工程施工提供有价值的参考。
标签：大理；长距离；输水管道；施工技术；特点1 长距离管道输水工程的特点[1]1.1 土地资源占用少长距离管道输水工程的永久性占地包含有安全监测用房、气阀井等极少量的建设用地，其它都是给施工现场来临时占用的。
可以看出，长距离管道输水工程的建设占用的土地资源量非常少，且永久性占用地面积也很少，这在很大程度上节约了大量的土地可利用的资源。
此外，众所周知，输水管道的施工建设在地下，这不仅节省了很多空间和大面积的土地资源，同时也为城市的快速发展建设提供了更多、更廣的资源。
1.2 水资源浪费少长距离管道输水工程是通过输水管道来提供水资源，由于不被外露，蒸发量极少，渗漏等浪费现象也十分罕见。
因此，水资源量浪费极少。
此外，长距离管道输水工程由于被埋在地下，偷水盗水现象不多见，巡察管理的现场工作也很少，对施工单位的管理也大有裨益。
1.3 施工工期少长距离管道输水工程的现场施工流程包括三个阶段：图纸设计阶段、管材建造阶段和现场施工阶段。
长距离管道输水工程场地施工的节点不多，将已经加工好的输水管材用货车运往施工地，然后开挖、下管和回填即可完成施工。
因此，现场施工的速度非常快，增强了土地资源的流转速度，节约了施工工期。
1.4 资金投入量较大资金问题是长距离管道输水工程现场施工的后勤保障。
只有资金落实到位，施工的流程才能合理地细分，施工质量才能做到精细和高标准。
2 项目概况大理海东新区三岔河引水工程从洱源县三岔河水库调水，三岔河水库设计总库容1152万m3，死水位为2420.50m，调入区海东城市新区规划的最高点约为2190m。
有关长距离输水工程水力过渡过程的分析
摘要：随着社会经济水平的不断提高，我国水利建设获得了长足的发展，其中，长距离输水工程以其重要的社会意义和经济价值获得了业内外人士的普遍关注。
本文将结合实例对长距离输水工程水力过渡过程进行分析，以便参考。
关键词：长距离输水工程；水利过渡工程；分析
工程概况
某水库输水工程（辽宁省境内），输水管道全长共计222.898公里，途经6市。
该工程属于长距离输水工程，同时还具有大流量以及低扬程的特点，整个输水系统被设计为压力密闭式系统。
泵站上游部分利用有压重力原理进行水流的输送，在整个输水管线上共设置了6个配水站以实现对多个城市的配水，因而管线沿途流量呈现出不断减少的趋势。
其取水头部和输水洞直接相连，不仅设有拦污栅、电动吊车，还设有检修闸门以及工作闸门。
输水洞、配水站之间的主要设施如下：1）调流阀；2）流量计；3）电动蝶阀；4）稳压塔和液控蝶阀；5）排气阀；6）泄水阀[1]。
在有压管道输水工程中，应用水力学非恒定流理论可知，输水系统启停时，系统中的阀门也会随之发生相应的短暂启停，如此一来，便会造成水击的问题。
此过程中，管中流速一旦发生剧烈波动（受某些外界因素影响），将会导致水体压强发生大幅变化，继而对管壁、阀门以及其它各种管路元件造成强烈冲击，轻微时，可能造成相关元件的毁损，严重时，将会造成管道爆裂，影响整个输水工程的安全及正常运营。
由此可见，针对水击过渡过程展开分析、研究具有非常重要的现实意义。
2.水力过渡过程物理模型选择
本文将采用一维瞬变流模型对水力过渡过程（或者称之为水击作用）展开数值研究。
其中：1）V—水体流速；2）H—测压管水头；3）a—水击波波速，取值1000m/s2；4）g—重力加速度，取值9.81m/S2；5）x—沿输水管道方向；6）t—时间；7）
D—输水管道直径；8）α—输水管道的坡度；9）λ—沿程阻力系数，取值8g/C2。
该控制方程属于常规的双曲线方程，采用特征线—有限差分法展开离散求解。
该系统管线，不仅包括水库、稳压塔，还包括净水厂、加压泵站，除此之外，还涉及输水涵洞和管路的良好衔接问题，因此，方程的边界条件显得尤为复杂，主要取以下几点：1）水头部；2）管路分叉；3）管路合并；4）稳压塔；5）净水厂；6）加压泵站。
边界节点的定解关系可通过能量守恒定律和质量守恒定律进行确定，换而言之，在边界节点流量之和与水头流量相等。
水泵过流量和泵扬程的彼此关系，可用如下数学方程予以表示[2]：
其中：1）Hs—水泵断流水头；2）Q—水泵过流量，通过泵后蝶阀在某时间点t的开度τ确定。
3.基本方案及相关参数
对长距离输水工程的管道系统进行设计时，一般将以下两个设计指标列为重点考虑对象：1）管道中将会产生的最大压力水头，其数值受管壁强度限制，要求实际最大压力水头不可超过试验压力1.1Mpa；2）管道中将会产生的最小压力水头。
如果出现负压，且小于水体蒸汽压力时，那么将会导致水体发生局部汽化反应，给管壁带来不利的影响。
在工程设计中，一般认为管道中的负压应控制在0.7～0.8个标准大气压以上。
在水泵启停时，管道中水击压强的大小将会受到阀门关闭方式及关闭时间Ts的明显影响，所以，在工程设计中，主要通过延长阀门调节时间的方式，来实现对水击压强的有效控制。
本文通过数值计算结果，对最优阀门关闭方式进行选择，将水击压力符合设计标准。
可供选择的控制阀启闭方案见表1[3]。
表1 泵后控制阀启闭方案
根据本输水系统布置方案，对6种系统运行方案（见表2）进行水力过渡过程的计算及分析，分别是：1）以最大供水量对加压站上游各城市进行供水的5种系统运行方案；2）全系统正常运行方案。
各运行方案的加压泵机组详细配置见表3[4]。
表2 系统运行方案104m3/d
表3 各运行方案机组配置
4.计算结果及其分析
对上述6种管道系统进行工况分析，并对其水力过渡过程进行数值分析，得出以下重要内容：1）测压管水头包络曲线；2）各稳压塔水位；3）各稳压塔溢流量。
以加压站上游各市为最大供水量、鞍山下游为最不利工况1泵组全部开启运行为例，对相关数值进行优化计算后，确定采用180s线性开启方式以实现对泵后蝶阀的开启控制，开启时，管道内测压管水头包络曲线如图1所示[5]。
图1 测压管水头包络曲线
由图1可知，在管道内，水锤正压最大值为97.65m，水锤负压最大值为-6.16m，符合工程安全设计标准。
对计算进行分析，得出如下几条结论：1）适当延长阀门的启闭时间，能够明显降低水击波的冲击力，实现对水头的最大正压力及最大负压力的有效控制；2）不同阀门启闭方式将会造成不同大小的水击波强度。
整体而言，阀门开启过程中，快速开启方案通常好于缓慢开启方案，而阀门关闭过程中，缓慢关闭方案则大多好于快速关闭方案；3）对于鞍山上游各市最大供水量情况下的鞍山下游流量变化工况，有：①开泵、开阀状态，向营盘配水站供水量分别处于正常流量条件、不利工况流量条件时，输水管道内将会随之分别出现负压偏大的问题、正压偏大的问题；②将全部加压泵同时关闭，发现输水管道内负压符合工程设计标准，但正压稍微偏大；③如果将其中一台加压泵关闭，那么输水管道将出现负压偏大的问题，这对于工程运行而言，是十分不利的。
值得一提的是，最初计算时，没有将空气阀设置问题纳入其中。
除此之外，应用气泡模型进行计算、分析时，仅考虑了关闭其中一台加压泵的工况，发现沿程空气阀在减小最大负压方面具有一定效果，但不是很明显，且根据空气阀初始设置方案进行布置，得出极大负压不符合设计要求。
所以，应对负压极限位置的管段实行空气阀局部加密计算。
一种方案是间隔200m加密，另一种方案是间隔100m加密，对比发现，后者在
保证工程安全运行方面更具优势[6]；4）对于鞍山上游各市最大供水量情况下，鞍山分支流量为最不利工况一、最不利工况二的情况，当处于开泵、开阀状态时，正压水头和负压水头均符合工程运行条件。
将加压泵全部关闭时，将会出现负压偏大的问题，所以，应科学确定关阀时间。
只关闭一台加压泵时，应针对局部管段做好空气阀做好加密处理；5）在不同运行工况下，蝶阀的开启和关闭最好执行表4所给出的方案，如此才能有效保证最大正压力水头和最大负压水头均符合设计条件，进而保证整个长距离输水工程安全运行；6）对不同工况下的1～4号稳压塔进行计算，得出的溢流数据见表5（稳压塔初设直径为2.4m）。
其中，1、2号稳压塔的溢流量通常不大，仅仅是某个时段发生溢流，甚至完全没有溢流的发生，符合经济性原则以及合理运行原则。
3号稳压塔的溢流问题，大多数表现为时段性溢流，极限峰值（最大）为0.06m3/s，另外，处于正常运行工况条件下，3号稳压塔也存在某种程度的恒定溢流，对一段时间内的溢流情况进行分析，得出溢流量的均值为0.035 m3/s，在此过程中，对稳压塔直径进行修正，并取值DW=2.43m。
4号稳压塔存在恒定溢流问题，考虑到恒定溢流量的最大直为0.25 m3/s，所以，对其直径进行修正，并取值DW=2.48m[7]。
表4蝶阀启闭运行建议方案
表5 不同计算工况下，各稳压塔溢流情况汇总表
5.结语
本文选取整个输水系统处于正常运行状态且加压站上游保持在最大供水量条件时，对鞍山下游的流量工况（由正常流量工况一直到最不利校核流量工况）以及鞍山分支不利校核流量工况进行计算，对输水系统管道中的最大水锤正/负压进行模拟计算，同时结合工程设计中关于安全的要求，对输水系统的开泵、开阀以及停泵、关阀方案展开了一系列的优化对比，并提供了较为实用的开阀、关阀建议方案。
除此之外，还对管路系统中的全部稳压塔的溢流情况进行了深入的研究，然后对各个稳压塔的直径进行了相关修正。
通过对长距离输水工程水力过渡过程的一系列分析，能够有效提升整个输水系统的安全性、稳定性以及经济性。
参考文献：
[1] 曲兴辉,张健. 关于长距离输水管道末端净水厂停水关阀的过渡过程分
析[J]. 水利水电技术. 2010(11).
[2] 李爱华.大伙房水库输水(二期)工程水力过渡过程分析[J]. 东北水利水电. 2011(03).
[3] 沈志刚,刘卫华,赵小利,窦浩. 李家河水库压力输水管道水锤防护分析与研究[J]. 给水排水. 2011(S1).
[4] 刘旭,秦文保. 大口径长距离输水管道放空时间的计算探讨[J]. 广西水利水电. 2010(04).
[5] 秦文保. 大口径长距离输水管道放空时间的计算探讨[J]. 广东水利水电. 2010(09).
[6] 马世波,徐华新,朱伟. 单向稳压塔在长距离输水工程水锤防护中的应用研究[J]. 水利建设与管理. 2012(S1).
[7] 宋春华. 深圳抽水蓄能电站水力过渡过程分析[J]. 广东水利水电. 2008(04).。
