第１１卷第３期 供水技术 ＷＡＴＥＲ ＴＥＣＨＮＯＬ０ＧＹ Ｖｏｌ＿１１ Ｎｏ．３ ２０１７年６月 Ｊｕｎ．２０１７ 长距离重力流输水管线首次回供水工程实例 巫京京， 李政帅， 祝丹丹， 刘春霞， 王 琰， 沈 磊， 许登阁 （郑州自来水投资控股有限公司，河南郑州４５００１３） 摘要： 郑州市港区一水厂输水管线首次向市区回供通水，面临输水管线水锤防护及回供水 对市区管网产生水力冲击影响的问题。采用Ｈａｍｍｅｒ及Ｂｅｎｔｌｅｙ ＷａｔｅｒＧＥＭＳ软件构建了水锤模型 和管网水力模型，对不同输水工况的管道水力瞬变流以及对市政管网的影响区域进行了模拟计算 分析。通过优选通水方案并有效指导首次回供通水方案，以保证管网安全运行。 关键词： 南水北调； 水锤模型； 管网水力模型； 首次回供； 管网安全 中图分类号：ＴＵ９９１．３３ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１６７３—９３５３（２０１７）０３—００３６—０４ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｉ．ｉｓｓｎ．１６７３—９３５３．２０１７．０３．００８ Ａ ｃａｓｅ ｓｔｕｄｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｉｒｓｔ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｏｆ ｌｏｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ ｇｒａｖｉｔｙ ｗａｔｅｒ ｐｉｐｅｌｉｎｅ Ｗｕ Ｊｉｎｇｊｉｎｇ，Ｌｉ Ｚｈｅｎｇｓｈｕａｉ， Ｚｈｕ Ｄａｎｄａｎ，Ｌｉｕ Ｃｈｕｎｘｉａ， Ｗａｎｇ Ｙａｎ， Ｓｈｅｎ Ｌｅｉ，Ｘｕ Ｄｅｎｇｇｅ （Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｗａｔｅｒ Ｓｕｐｐｌｙ Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ Ｈｏｌｄｉｎｇｓ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ ４５０００７，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｉｓｓｕｅｓ ｓｕｃｈ ａｓ ｃｏｎｔｒｏｌ ｏｆ ｈａｍｍｅｒ，ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｏｆ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｔｏ ｕｒｂａｎ ｎｅｔｗｏｒｋ ｉｎ Ｇａｎｇｑｕ ｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ，ｗｈｉｃｈ ｗａｓ ｆｉｒｓｔ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｉｎ Ｚｈｅｎｇｚｈｏｕ Ｃｉｔｙ． Ｈａｍｍｅｒ ｍｏｄｅｌ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｍｏｄｅｌ ｗｅｒｅ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｃａｌｃｕｌａｔｅ ａｎｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｅｎｔ ｆｌｏｗ，ａｒｅａ ｏｆ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｉｎ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ ｗａｔｅｒ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｐｒｏｇｒａｍ ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ，ｔｏ ｅｎｓｕｒｅ ｔｈｅ ｓａｆｅ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： Ｓｏｕｔｈ－ｔｏ—Ｎｏｒｔｈ Ｗａｔｅｒ Ｄｉｖｅｒｓｉｏｎ Ｐｒｏｊｅｃｔ；ｈａｍｍｅｒ ｍｏｄｅｌ ｎｅｔｗｏｒｋ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｍｏｄｅｌ； ｉｆｒｓｔ ｒｅｖｅｒｓｅｄ； ｓａｆｅｔｙ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｎｅｔｗｏｒｋ １工程概况 郑州市港区一水厂位于郑州市东南部，设计供 水能力为２０×１０ ｍ ／ｄ，建设初期该区域主要水源 为地下水，取水能力为３×１０ ｍ ／ｄ。为保证郑州航 网供水。 随着南水北调中线工程通水，港区一水厂水源 切换为丹江水优质水源。港区需水量约为６×１０ ｍ ／ｄ，港区一水厂供水能力有富余。为保证郑州市 优质水源全覆盖，减少地下水开采量，休整滩区水源 井，考虑利用现有管道重力自流向市区回供，供水路 径见图１。 空港经济综合实验区用水需求，修建了长２７．１ ｋｍ 的ＤＮ１０００引水工程，将东周水厂出厂水经两级加 压输送至港区一水厂清水池，再经补氯后向港区管 基金项目：国家水体污染控制与治理科技重大专项（２０１２ＺＸ０７４０４—００４） ・３６・ 巫京京，等：长距离重力流输水管线首次回供水工程实例 第ｌ １誊 第３期 ２．２模拟结果分析 利月ｊ水锤模型埘港 一水厂小 供规模进行 关阀水锤训‘算，优化父 时Ｍ 、以【ＩＩＩ供水谴７×１０ Ｉｎ ／ｄ，港 一水厂清水池水位ｌ５３．２０ ｍ．５８个排气 阀令部开肩，输水管线２５个阀ｆ Ｊ（小包禽港Ｉ≮一水 厂ｍ厂 ｆ】）全＂，输水管线木端ｆ 力３６Ⅲ，尔悯水 厂阀门不同关闭时长］ 况为例，进行汁钟：说明 、 东劂水厂 ¨关Ｉｉ｛寸 时ｌ ｌｎｉｎ时的水锤情况 ２，可以看ｊ｛Ｉ最大Ｊｌ三乐ｆｆ｛现 火『才Ｊ闷¨ ，总水头 为２８１．１ Ｉｌｌ，白Ｆ｝１水压为ｌ９１．１ ｒＩ１、港 厂 东周 水厂阀门之问的管道均会…现最大为一１０ ＩＩ１的负 压 、输水管线正常运行过程叶ｌ，快速火『十Ｊ陔阀门会 产生较大止 ，易造成管道水锤 ：敞 、实际运 中， 禁止ｊｆＩ现快速关闭该阀门的操作 ． 图１ 港区一水厂回供路径示意 Ｆｉｇ．１ Ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｐａｔｈ ｏｆ Ｇａｎｇｑｕ Ｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ 港 一水厂 东周水厂之间存在地势起伏大， 输水管线长，沿线阀门及排气阀等供水设施较多等 问题，在回供过程中可能出现阀门操作不当引起的 管道水锤，还面临如何合理调度回供水源与东周水 厂｝｝Ｉ厂水以确保周边管网压力稳定的问题。为此， 笔者建立了航空港区一市区供水水锤模型，分析该 供水管道的安全性，并提 操作管理建议 、通过管 网水力模型，对不『占＝ｊ回供丁况进行模拟分析，制定管 吝 一 一 一 一 一 一 一 一 善 Ｉｒ． ）（ 卜 ０ 一吝 ｒ＾ 一一吝 卜 一 ０ ｒ｛ 图２关阀历时１ｒａｉｎ的水锤压力包络线 Ｆｉｇ．２ Ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｈａｍｍｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｔｈ ｃｌｏｓｉｎｇ ｖａｌｖｅ ｉｎ １ ｍｉｎｕｔｅ 东周水厂阀门ｌ父 Ｊ）ｉＨ，ｆ ２０ Ｉｌｌｉｎ时， 人Ｉ … 现在关 阀门前５００ Ｉｌｌ， 力为１０６．４ Ｉｌ，港ｆ ｍ厂 ２．５ ｋｍ范 内管道均会ｊｎ现最大为一ｌ～一０．３ ｎ 等的负 ，如冈３所爪。 网调度方案，保障管网安全运行。 ２输水管线的水锤防护措施 港区一水厂地面高程为ｌ５３．５ ｎｌ，东周水厂周 边高程为８９ Ｉｌｌ，两水厂地势差为６４．５ Ｉ１１，东周水厂 平均ｆ｝Ｊ厂乐力约为３５ ｍ 、通过水力计算得Ｉ叶ｊ，最大 一Ｉ ２５（ｍ Ｉ（ｘ）ｏ０ 理论同供能力为７×１０ ｉｎ ／ｄ。 ２．１ 水锤模型的构建 枢 ７５（ ） ５（）０【】 水锤分析模拟采用Ｂｅｎｔｌｅｙ Ｈａｍｍｅｒ软件，根据 现状东周一港 输水管线设计资料及港 卡¨关 程 ２５ １ 设计资料，水锤模型巾ＤＮｌ０００球墨铸铁管管 厚 １３．５ ｉｎｉｎ，海森威廉系数收ｌ２Ｏ，杨氏模量为１７０ ５３９ 殳 宴 譬 吝 吝 堇 景 詈 时ｔ离／ ＭＰａ，泊松比为０．２８ 将管线资料及附属设施参数 导入Ｈａｍｍｅｒ软件，建立东周一港 输水管水锤 模型一 图３关阀２０ ｒａｉｎ的水锤压力包络线 Ｆｉｇ．３ Ｅｎｖｅｌｏｐｅ ｃｕｒｖｅ ｏｆ ｗａｔｅｒ ｈａｍｍｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｗｉｔ｝ｌ ｃｌｏｓｉｎｇ ｖａｌｖｅ ｉｎ ２０ ｍｉｎｕｔｅ ・３７・ 第１１巷第３期 供水技术 呵以看出，延长阀门火闭时间可有效降低关阀 造成的瞬变流压力，从而减小关阀水锤发生概率。 ２．３水锤防护措施 ６。 （１）正常运行时，东周水厂阀门建议关阀时间 小少于３０ ｎｌｉｎ。其他阀门关阀时间不宜少于２０ ｍｉｎ，且保证匀速缓慢关阀。 （２）根据《城镇供水长距离输水管（渠）道工程 技术规程》，首次充水和后期管道需要重新充水时， 保证管道充水流速小大于０．３ ｍ／ｓ，即流量计读 数不大于８４７ ｍ ／ｈ，实施分段静压充水。 （３）充水完毕后，管道开始运行，东周水厂阀门 开肩时间小宦少于２０ ｒａｉｎ，且应匀速缓慢开启。 （４）为防止快关或错误关阀造成水锤危害，可 采取以下方案：编制操作规程，根据模拟成果，针对 ｛ｉ王个阀门注明在确需火闭时所需关阀历时和操作要 ４／，；ｘ，Ｊ‘操作人员进行培训，使其做到熟练作业，减少 误操作；将水锤破坏呵能造成的管道损坏纳入城市 和供水介业供水风险应急预案，以保证发生事故时 能及时应对外处置得当 图４港区回供７×１０ ｍ。／ｄ时的供水区域 Ｆｉｇ．４ Ｗａｔｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ａｒｅａ ｏｆ Ｇａｎｇｑｕ Ｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ ａｔ ｒｅｖｅｒｓｅｄ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ７×１０ ｍ ／ｄ ３不同通水工况下的水力模拟 郑州市共有５座水厂，根据ＳＣＡＤＡ数据对回供 一』爿的供水量进行统计分析，并预测回供当天城 针 对白天供水最离时段和夜间供水低谷 市需水量时段，利朋水力模型模拟计算港区一水厂不同的回 供规模『＿ 况下，东周水厂及其余水厂的联合调度方 案 以港Ｉ义：一水厂ｆ１犬最高时回供７×１０ ｎｌ ／ｄ为 例，东捌水厂减产，刘湾水厂ｍ厂压力略降，其余水 Ｊ‘…Ｊ‘流量 力无明 变化。港区回供的供水区域 ４，管网 乃分布 ｆ１１） ５（管网平均压力为３６ 通过对小同回供］ 况下的汁算分析，建议： ｌｊ 港 一水厂首次 供水量不宜超过２× ｌ０ Ｉｌｌ ／ｄ，待稳定运行后冉逐渐增大，以保证输水管 线安全运行及市区供水篱网稳定 对管道阀门 ｍ厂阀门 图５港区回供７×１０ ｍ ／ｄ时的管网压力 Ｆｉｇ．５ Ｗａｔｅｒ ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｍａｐ ｏｆ Ｇａｎｇｑｕ Ｗａｔｅｒｗｏｒｋｓ 度的控制，由东周水厂至 港 一水厂，阀门开度依次增大，优先凋控东周水厂 港 水厂夜里网供量在４×１０ ｍ ／ｄ及以 …寸，ｆ｝１港区供水的东北部 域压力达到４５ Ｉ］１以上 离乐 若需同供４×１０ ｍ ／ｄ及以上，建议在 ＤＮ１０００输水干管 加装调流调压阀，安装位置见 ・ａｔ ｒｅｖｅｌｌｅｄ ｃａｐａｃｉｙ ｏｆ ７×１０ ｍ’／ｄ ｔ４首次回供通水运行评价 综合考虑港区一水厂最大同供能力、现状管网 的承载能力、反供管线水锤风险以及东周水厂泵房 调度难易系数等综合因素，港Ｉｘ 【亓】供Ｈ，ｔｆＨ］为２０１５年 ２月１ ２号，首次反供水量定为２ Ｘ １０ ｎｌ ／ｄ ３８・ ２０１７年６月 巫京京，等：长距离重力流输水管线首次回供水工程实例 续表１（Ｃｏｎｔｉｎｕｅ） 时间 ８：００ ９：００ １０：００ 第１１卷第３期 出厂压力／ＭＰａ ０．３４７ ０．２２７ ０．３４７ 时间 ２０：００ ２１：００ ２２：００ 出厂压力／ＭＰａ ０．３２８ ０．３３１ ０．３５１ １１：００ ０．３４７ ２３：００ ０．３５２ 首次回供通水运行情况表明，东周水厂与港区 一水厂状况良好，未出现安全事故，且反供水水质良 好，供水区域内居民享受到了优质水源。 ５结语 采用Ｈａｍｍｅｒ软件对输水管线不同关阀时长下 图６调流调压阀安装位置 Ｆｉｇ．６ Ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎｌｏｃａｔｏｎ ｏｆｔｈｅｆｌｏｗ ｒｅｇｕｌａｔｉｎｇ ｖａｌｖｅ 管道中的瞬变流进行了模拟计算，结合管网水力模 型对不同供水工况的模拟分析，得到了不同回供规 模工况下的关阀水锤防护措施和管网调度方案，从 而有效指导实际生产运行。项目的实施，可为长距 港区反供管道首次充水过程中，全开排气阀，缓 慢向管道中注水直至充满。由于南三环调流调压阀 未安装且港区至东周水厂地势高差较大，为保证反 离重力流输水管线安全运行防护提供参考。 参考文献： ［１］王娜，黄海真，巫京京，等．航空港区向市区回供水水 锤模拟分析［Ｊ］．给水排水，２０１６，４２（２）：１１７—１２０． ［２］ 郑州市市政工程勘测设计研究院给水分院．航空港区 引水工程初步设计［Ｒ］．郑州，２０１１． 供管道与东周水厂管道连接处的压力，只有通过调 节阀门开度，增大局部阻力，使反供管道末端压力与 东周水厂出厂压力相匹配。其中，港区水厂阀门全 开，二号加压泵站阀门开８％，一号加压泵站阀门开 ５％，东周阀门开１０％，其余阀门全开，排气阀全开。 东周水厂当天９：００—１１：００开启１号水泵， ７：３Ｏ一２３：５５开启４号水泵，出厂压力见表１。当天 反供水量为２０ ２９４ ｍ。／ｄ，与前期模拟计算方案 一［３］ＧＥＣＳ １９３：２００５城镇供水长距离输水管（渠）道工程 技术规程［Ｓ］． ［４］金锥，姜乃昌，汪兴华，等．停泵水锤及其防护（第２ 版）［Ｍ］．北京：中国建筑工业出版社，２００４． ［５］ 朱旭阳．长距离输水管路停泵水锤的数值计算及动态 模拟［Ｄ］．广州：广州大学，２０１３． 致。 表１ 东周水厂出厂压力表 Ｔａｂ．１ Ｐｒｅｓｓｕｒｅ ｏｆ Ｄｏｎｇｚｈｏｕ ｗａｔｅｒｗｏｒｋ 时间 ０：００ 出ｒ医力／ＭＰａ ０．３ｌ４ 时间 １２：００ 出厂压力／ＭＰａ ０．３５２ ［６］ＧＢ ５００１３－－２００６室外给水设计规范［Ｓ］． 作者简介：巫京京（１９８６一 ）， 女，工程师，主要从 事水质管理与技术保障 研究工作。 Ｅ・ｍａｉｌ：３８０８７００６９＠ｑｑ．ｃｏｒｎ １：００ ２：００ ３：００ ０．３１０ ０．３４７ ０．３４０ １３：００ １４：００ １５：００ ０．３４９ ０．３４７ ０．３１０ ４：００ ５：００ ０．３４Ｊ４ ０．３４２ １６：００ １７：００ ０．３１２ ０．３１２ ６：００ ７：００ ０．３３５ ０．２８２ １８：００ １９：００ ０．３３０ ０．３３１ 收稿日期：２０１６—１１—０８ ・３９・
