作者：陈光
1.工程概况
宜昌市东宜原水工程是利用黄柏河东支尚家河水库水源，通过东风总干渠将水引至官庄水库后，再修建压力输水管道，向宜昌市城区供水的一项水源工程。工程总供水规模为34万m3/d，总投资6145. 44万元，于2002年建成投入使用。
管道建成初期运行正常．因设计未考虑在管道出口端设置闸阀，且管道设计标准不高，抗压能力较低，每年用于管道查漏、抢修和维修的费用较大。自2008年以来多次爆管，特别是201 1年7月6日及1 1月7日，在桩号6 +220处连续两次发生双管道爆管事故，导致城区大面积停水，严重影响了百万人的生产、生活。
2 管道爆管原因分析
2.1管道现状
经现场踏勘，东宜原水工程主要由取水枢纽和压力输水管道两部分组成。坝前取水口设平板钢闸门，引水隧洞穿坝后通过DN1200蝶阀与输水管道连接。输水管道为双管、分三段，全长17. 8km，全程沿丘陵地形起伏布置，高差最大达100. 2m。其中官庄水库至桩号3 +500段采用预应力钢筋混凝土管（DN1200，设计承压1.0MPa）；桩号3+500~10 +246采用玻璃钢夹砂管（DN1000，设计承压0.6MPa）；桩号10+246~11+766采用玻璃钢夹砂管(DN1000，设计承压0. 8MPa)；桩号11 +766~13+900采用单根球墨铸铁管（DN1200，设计承压2.OMPa）输水至宜昌市四水厂；桩号11+766~17+800采用单根球墨铸铁管（DN1200，设计承压2.OMPa）输水至宜昌市一水厂，双管在桩号12 +865m处连通。
爆管处集中在管线桩号6 +200～6 +240处，现场管道破裂情况为1号管断裂破口宽70cm，管头错位15cm;2号管底部断裂，最大破口宽45cm；两次爆管时管道日供水量均维持在20万t/d，库水位分别为194. Im、196. Sm。经查，一水厂端管底标高98. OOm，四水厂端管底标高115.00m，爆管处属玻璃钢夹砂管道（DN1000，设计承压能力0.6MPa），管底标高为114. 5m，该段管道基础（50m轴向范围）位于一堰塘内（现已填平），基底为深达6m的淤泥，管道下游150m后为一长爬坡段管道。自建成运行至爆管期间，该处无渗、漏水现象。
2.2原因分析
该工程属长距离重力输水管道，爆管期间未发生极端天气、地震等。鉴于2008年初在宜昌市一水厂进水口处（管道末端）设置了远程控制快速闸阀系统_1，为解决因水厂清水池偏小易出现的漫溢问题，设四水厂为手动阀，闭阀时间大于60s。现就一水厂闸阀在通水状态下快速动作对供水管道的影响进行分析（快速闸阀启动到关闭历时约20s）。按正常库水位至维持正常供水的最低水位，分不同日供水量工况，四水厂闸阀在不同开度(经核实其开度大部分时间维持在30%)等多种组合工况下汁算水锤与管内水头。
2.2.1 一水厂末端水锤计算及分析
根据《水力学计算手册》舍维列夫公式，依据不同工况流速，判定是否为管流，是否为阻力平方区，计算公式
，其中根据管材特性计算管道抗力系数K，计算c为717.5 m/s；判定水击相，闭阀时间
;依据水击连锁方程与水锤计算公式
，计算水锤分别为127. 31m和26. 21m；考虑水头损失，叠加得出不同工况下一水厂管道末端总水头分别为139. 61m和68. 02m。
分析表明，在通水状态下，关闭闸阀或过快调控闸阀将产生直接水锤，造成管道内压力骤然剧增至正常工况水头( 12. 31~51. 82m)的数倍，最高可达11倍多，最大水锤水头达127. 31m，未超2.OMPa的球墨管设计承压。
2.2.2玻璃钢夹砂管道(0. 6MPa)末端水锤计算及分析
针对设计承压0. 6MPa的玻璃钢夹砂管道（桩号3 +511～10 +246，长6735m，末端管底标高136.5m），按不同组合工况，计算分析关闭一水厂出口端闸阀，该玻璃钢夹砂管道末端管道内产生的水锤及管内水头，具体见表1所列。
分析上述计算结果，在通水状态下，不论是正常库水位198. 2m，还是维持正常供水低水位193. 00m，四水厂闭阀时，关闭一水厂闸阀或快速调控该闸阀将产生直接水锤，造成管道内压力骤然剧增，水头最高达到75. 3m（198. 2m水位，日供水量34万t时），超过0. 6MPa的管道设计承压。
2.2.3爆管处水锤计算及分析
针对爆管处玻璃钢夹砂管道（桩号6 +220，设计承压0. 6MPa，末端管底标高（14. Sm），按不同组合工况，计算关闭一水厂出口端闸阀，爆管处管道内产生水锤及管内水头，具体见表2所列。
分析上述计算结果，不论是正常库水位198. 2m，还是维持正常供水低水位193. OOm时，均需四水厂闸阀全开，关闭一水厂闸阀或过快调控该闸阀产生的直接水锤造成的管道内压力增加才不会超过管道设计承载能力0. 6MPa，但管压已接近设计临界状态31；其余工况下，管压均超过0. 6MPa的设计承压，最高达到98. 25m（198. 2m水位，日供水量34万t时）。
2.3分析及结论
2.3.1 数据分析
分析上述数据可知：
a．管道供水流量越大时，快速关闭一水厂闸阀或过快调控产生的直接水锤也就越大。
b．管道通水过程中，不同库水位下，四水厂蝶阀关闭时，关闭一水厂闸阀或是快速调控（小于49. 62s）一水厂闸阀产生的直接水锤，造成管道内压力增加，增加的压力将超过玻璃钢夹砂管道设计承压能力，极可能导致玻璃钢夹砂管爆管。
c．四水厂闸阀开度对管道水锤的消散起着积极作用，当其全开时，双管道连通阀至四水厂方向的管道起着溢流式调压井的作用。
d．通过比较在不同库水位供水时的区别，可知坝后蝶阀开度对管内工作水头影响较大；供水量变化时，随着蝶阀开度变化，工作水头呈抛物线曲线分布，期间会产生工作水头峰值。
2.3.2结论
依据两次爆管前管道日供水量（约20万t/d）、库水位维持在194.0~196. Om范围、四水厂闸阀30%开度工况及上述计算成果，综合分析，可知在该工况下，关闭、过快或过频调控一水厂闸阀产生的直接水锤，造成管道桩号6 +220处内压高达0.64MPa，超过该段管道设计承压能力0. 6MPa，导致爆管；而该处管底高程仅为114. Sm，自身工作水头较大，且地基为柔性基础（淤泥质基础，深度大于6m），水锤波对处于柔性地基上管道产生的振动振幅将放大且持续时间更长，进一步加剧了对管道的破坏，更容易产生爆管破坏。
鉴于上述数据分析，以及该处先前无任何渗漏水现象，初步推断该处爆管系在通水状态下，关闭、过快或过频调控一水厂末端远程控制闸阀系统导致。
3 防护措施探讨
为消除隐患，现急须采取相应措施，提高供水安全可靠性，确保东宜输水管道正常运行和城区供水安全。考虑东宜管线在宜昌市发展大道宜洋汽车后市场附近分叉，一条管道通往四水厂、另一支通往一水厂，结合管线布置线路及高程考虑，选择避开玻璃钢夹砂管道处设置，可行的防护措施主要如下：
a．取消一水厂远程控制快速闸阀系统，改为大转速比闸阀；适当扩大水厂清水池；鉴于管道末端存有一定富余水头，改装为可调式差动减压阀；同时为避免负水锤影响，务必对管道进出口闸阀联动操作，在坝后蝶阀调整或关闭150s后（末相水锤消散时间），方可缓慢调节末端闸阀，不得提前动作。
b．取消四水厂端闸阀，让12km处连通阀至四水厂段管道起到溢流式调压井作用。
c．在供水管线桩号11+775现有排泥阀处（玻璃钢夹砂管道末端的铸铁管段）设置连接DN400快开式安全阀，开启值设定为0. 6MPa。
d．进一步针对不同库水位，把握合理调节蝶阀开度与管内工作水头的变化规律，避免峰值工作水头，确定管道最优工况，确保管道运行安全。
4结论
通过东宜供水管道不同工况下管道末端闸阀快速动作对不同部位管道的水锤，以及不同防护措施的探讨可以得出如下结论，供类似工程借鉴。
a．长距离多起伏输水管道设计时应针对地形优选管道纵坡（布置），优化管道闸阀设施选型以适应不同库水位、不同供水工况下的影响，并配备必要的减压或安全闸阀确保工程安全。
b．供水管道管理单位应规范供水管道闸阀操作流程及注意细节，避免快速动作管道末端闸阀，同时把握合理调节蝶阀开度与管内工作水头的变化规律，避免峰值工作水头。
5摘要
本文简要介绍了湖北省宜昌市东宜供水工程运行现状及存在的问题，分析了不同工况下管道末端闸阀快速动作对不同部位的水锤，总结了集中爆管厚因，并提出了可行的防护方案，可供类似工程借鉴
