长距离重力流供水工程中防止二次爆管的空气阀布置方法

本发明涉及一种空气阀布置方法，特别是在长距离重力流供水系统中防止二次爆管的空气阀布置方法，提出一个适用范围广的有效防止二次爆管的准则，能够为长距离重力流输水工程提供更有效的空气阀布置理论指导。

背景技术：

1、在长距离重力有压流输水工程中，输水系统中流量的调节、工况的转换等导致的阀门动作，都可能导致输水系统中的水力参数发生剧烈变化，产生全系统的水力瞬变现象，轻则导致相邻管路出现非正常供水，重则导致爆管事故，危及整个输水系统的正常、稳定运行。而在长距离重力流输水工程中常常采用空气阀进行水锤防护，因此空气阀的布设显得尤为重要。

2、爆管发生后，管道中的水流工作压力得以释放，爆管处压力降为大气压，大量水体从爆管点泄出，由此引起的水锤降压波自爆管点沿管道向前后方传播，爆管点处原工作压力越大，产生的降压水锤波越大，由于管道敷设起伏不平，该降压波沿管路传播过程中，在管道中原工作压力较低点处的水流，可能发生汽化，继而产生剧烈的弥合水锤，导致管道中产生二次爆管，产生负压破坏。故爆管发生后，首先应该先防负压，因此明确管道中负压防护措施(一般是空气阀)是否布设、性能是否可靠十分重要。

3、一般情况下，水锤防护的效果与空气阀的数量和位置有关。爆管具有很强的随机性且不可控，一旦出现供水事故，所带来的直接危害及次生危害均将产生严重后果，当发生爆管后，直接危害无法避免，次生危害则必须尽量避免，确保工程不会发生连环爆管导致事故扩大。预防爆管事故及次生灾害的基本方法是通过预设可能的危险爆管点，核实管道布置与负压防护措施是否合理。

4、目前尚无文献与规范对空气阀在输水管道系统中的布置进行系统的分析论证。我国国家的标准《室外给水设计规范(gb50013-2006)》第7.4.7条规定：输水管(渠)道隆起点上应设通气设施，管道竖向布置平缓室，宜间隔1000m左右设一处通气阀，美国官网协会(awwa)推荐的布置间距为380m～760m。以实际工程(图3危险爆管点1)为例，av6～av7间距702.672m，满足规范要求，但是假设在危险爆管点(桩号k3+164.474)处发生爆管，将在桩号为k2+069.925处产生-9.4m的负压，超过了管道负压控制标准，说明现有的规范仅对空气阀安装水平距离做出规定已不能在长距离重力流供水工程中有效防止二次爆管。

5、长距离重力流输水系统要求工程地形有一定的落差，利用该落差依靠重力自流，很多重力流输水系统在保证一定的覆盖层厚度的情况下，管道沿地形的起伏变化而平行铺设，因此重力流供水方式受地形约束较大。重力流供水工程中管道安装高程相距较大，传统的空气阀间隔一定距离布置，未考虑供水管道的高程变化较大，已经不能有效满足有效防止二次爆管的要求。

6、可见，设计一种适用于长距离重力流供水工程，使空气阀效能最大化的空气阀布置方案已经成为亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、发明目的：本发明的目的是提供一种长距离重力流供水工程中防止二次爆管的空气阀布置方法，从传统的空气阀防护角度出发，在水平距离方面对空气阀安装位置做出规定的基础上，探求一个在长距离重力流供水工程中能有效防止二次爆管的空气阀布置的高程要求，以确定合理的空气阀布置方式，检查空气阀布置方案能否有效防止二次爆管。

2、技术方案：本发明提供的一种在长距离重力流供水工程中防止二次爆管的空气阀布设方法，包括以下步骤：

3、在管道的凸起点处设置空气阀；

4、将凸起点之间的管段用与凸起点高程相差δhd+h的线段分隔，得到阶梯式的辅助线段；其中△hd为管道最大真空度控制值，h为发生爆管后爆管点处的实际压力；

5、在管道线与辅助线段的交点处增设空气阀；

6、检查布设的空气阀的水平距离是否超过了规范要求，在距离超过规范要求的相邻空气阀之间增设空气阀。

7、作为优选，管道最大真空度控制值为8m，对于明管敷设的管道，h＝0；对于埋管敷设的管道，h取管道上部的覆土厚度。

8、进一步地，所述方法还包括根据预设的危险爆管点，进行危险爆管点模拟计算，得到在增设空气阀前后同一爆管点处的压力和流量变化。

9、本发明提供的一种在长距离重力流供水工程中防止二次爆管的空气阀检验方法，包括以下步骤：

10、计算相邻空气阀a和b以及中间凸凹点的高程差；

11、将空气阀的安装高程以及中间管段凸点和凹点的高程差最大值与δhd+h进行比较；

12、若高程差最大值超过δhd+h，则在空气阀a和b之间的管段增设空气阀，直到高程差最大值在δhd+h以内。

13、作为优选，根据如下公式判断空气阀a和b是否需要增设空气阀：

14、[|za-zb|、|za-zc|、|za-zd|、|zb-zc|、|zb-zd|、|zc-zd|]max≤δhd+h

15、其中，za是空气阀a的安装高程，zb是空气阀b的安装高程，zc是管道凸点高程，zd是管道凹点高程。

16、基于相同的发明构思，本发明提供的一种在长距离重力流供水工程中防止二次爆管的空气阀布设系统，包括：

17、初始设置模块，用于在管道的凸起点处设置空气阀；

18、辅助线段设置模块，用于将凸起点之间的管段用与凸起点高程相差δhd+h的线段分隔，得到阶梯式的辅助线段；

19、检查完善模块，用于在管道与辅助线段的交点处增设空气阀；以及，检查布设的空气阀的水平距离是否超过了规范要求，在距离超过规范要求的相邻空气阀之间增设空气阀。

20、基于相同的发明构思，本发明提供的一种在长距离重力流供水工程中防止二次爆管的空气阀检验系统，包括：

21、高程数据计算模块，用于计算相邻空气阀a和b以及中间凸凹点的高程差；

22、空气阀检验模块，用于将空气阀的安装高程以及中间管段凸点和凹点的高程差最大值与δhd+h进行比较，若高程差最大值超过δhd+h，则在空气阀a和b之间的管段增设空气阀，直到高程差最大值在δhd+h以内。

23、基于相同的发明构思，本发明提供的一种计算机系统，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序被加载至处理器时实现所述的一种在长距离重力流供水工程中防止二次爆管的空气阀布设方法，或者实现所述的一种在长距离重力流供水工程中防止二次爆管的空气阀检验方法。

24、有益效果：本发明以特征线法为基础，将爆管过程看作是一个不断进行泄流的一个过程，得到地下埋地管道发生爆管时的非定常流动以及长距离重力流供水中防止二次爆管的空气阀高程布置的一般准则，这对于确定合理的空气阀布置方式，检查空气阀布置方案能否有效防止二次爆管，具有重要的工程应用意义。与现有技术相比，本发明解决了重力流输水系统中防止二次爆管的空气阀布置的高程要求，只要空气阀的布设高程满足相关高程差不超过埋管深度与最大真空度控制值之和，就可以有效防止二次爆管，使空气阀更有效得发挥作用，从而节省工程投资。