供水管道壁光滑，后续水流在惯性的“帮凶”下，水力迅速达到zui大，所以容易造成破坏作用（如破坏阀门和水泵等），这就是水力学中的“水锤效应”，也叫正水锤；相反，阀门或水泵突然开启，也会产生水锤效应，叫负水锤。这种大幅波动的压力冲击波，极易导致管道因局部超压而破裂、损坏设备等。所以水锤效应防护是供水管道工程设计施工中必须要考虑的关键因素。

  为了降低水锤效应，保障供水系统安全，需设置防水锤空气阀和水锤防护系统（防水锤监测系统或者管线水锤及漏损监测系统），也就是说要安装管道泄漏监测系统，能够及时观察到水锤效应，即使有泄漏或者爆管等情况出现也能及时发现具体位置，为后续处理带来方便。

解决方案：

一、防水锤空气阀

（1）设备要求

空气阀应采用全新的合理的工艺和耐用性设计，并且具有适合本地冬季环境温度低达零下40℃及使用条件的等级和质量。所有的空气阀零部件应严格精确制造，并能与同类型零部件互换使用。

（2）型式及基本参数

防水锤空气阀既有排气功能又有补气功能，在管道异常快速充水或水柱弥合情况下，通过限制排气速度产生临时气囊，减缓水柱弥合速度，降低压力波动。阀体要求立式地面下安装。

（3）结构

防水锤空气阀建议采用一体化圆柱形设计，即低压进排气、高压微量排气装置处于整个阀体内部，整个空气阀外部无突出零部件，便于保护阀门元件，利于节省安装空间同时免于遭到意外损坏。

低压进排气装置：主要由阀体、浮子、污物防护罩等组成，防水锤空气阀为全通径设计。若阀体内无水，浮子将下沉到下部位置以允许空气从阀体下侧和阀体顶端的排进气孔口自由进出管道。在孔口上与阀体连接安装保护罩以免污物进入阀体。若阀体内充水时，浮子将上升直到与顶盖上孔口周围的止水装置接触，此时止水装置可防止水冒出阀体。

微量排气装置：微量排气装置的作用，当管道内有压力的情况下，空气阀充满水，可以自动动作，随时排放在管道正常运行期间积累的少量空气。因为本工程原水含沙量较高，微量空气阀应为耐污型，运行时在任何工况下都应避免阀内的水接触到微量空气阀的排气口，造成水中杂质卡堵在排气口上，造成密封不严而漏水的现象。微量排气装置应设计合理，结构简单，无任何冗余密封部件，密封性能可靠，免维护。

防水锤装置：其主要作用为当管道出现非正常工况发生水柱分离后的水柱弥合阶段通过限流盘来限制空气阀的排气速度，在一定时间内使管道内留存空气，形成气囊，通过空气的可压缩性和弹性降低快速流动的水对管道的冲击，保护管道安全。防水锤装置具有可调节缓闭调整机构，可根据水锤分析计算结果和现场实际运行工况现地调节气囊维持时间，以达到消除弥合水锤的合理效果。为避免管道内可能存在的杂物对防水锤装置造成卡堵和缠绕，防水锤装置应位于浮球上方以避免与水接触。

主浮球、副浮子，只能垂直上下移动，避免充水过程中，高速气流冲击浮球，引起浮球密封偏移及振动。

防水锤空气阀应为整体铸造而成，不允许通过焊接连接和补焊修补。采用球墨铸铁的阀体和阀盖均需采用树脂砂铸造，毛胚不得有砂眼、气孔。铸造结构为同质性材料，不得含有非金属物和其他杂质。所有未经机加工的铸件表面应进行磨光处理并仔细地清理铸件毛刺。

二、防水锤监测系统介绍

（1）系统要求：

管线水锤及漏损监测监测系统能够实时在线监测供水管道的爆管或漏损事件，基于现场高频压力传感器和时钟同步技术监测爆管漏量：240升/分以上，实现50米的爆管定位精度；

识别和展示压力瞬变水锤事件（施工、阀门操作、水泵启停、排泥冲洗等），及时报警管理人员，定位瞬变源的位置或区域；同时验证过渡过程的理论计算和水锤防护设施，并指导运行人员科学安全操作。

识别和展示管线压力瞬变水锤事件，在线记录显示水锤压力变化曲线，实现报警，并确定压力瞬变源和定位，验证过渡过程理论计算。

基于管内0.3MPa运行压力以上，传感器沿主管道800-1200米安装间距，能够实现管道0.5-1.0%额定流量的爆管漏失实时监测和报警，通过时钟同步技术确定漏失位置，精度±50米范围。

压力瞬变（水锤）分析，结合供水管道材质、管龄、管径等等参数，基于现场存在的压力瞬变强度和数量，评估管网的爆管风险，并展示危险管线的区域。

监测传感器安装位置周边(约300-500米)跑冒滴漏的现象，实现微小漏水监测，系统通过频谱分析功能实现报警。

管网异常事件管理（水泵开停、阀门开闭、施工、冲洗、排气故障等），完整、准确掌握供水系统运行状态，实时监测系统传感器位置的排气阀工作状态，提示管理人员的日常维护，避免因排气阀故障而导致的水锤产生，破坏输水管线的安全。

管道泄漏监测系统能够自学习供水/用水模式，帮助用户快速判断给水系统问题，提高供水运行的可靠性、安全性，基于供水压力实现供水调度，并及时自动发现运行异常，提高调度管理的效率和水平。

（2）系统构成与配置

在确定排气阀位置上安装一体式传感器，必须包括高频压力计和水听器，同时传感器接触到管道内的水。安装传感器位置间距的设置原则：800-1200米，现场条件在此间距范围内适当调整位置。

传感器通过现场数据采集通信装置RTU，3G/4G无线和光纤通信方式，将采集到数据传输到调度控制中心分析平台对管道进行实时监测和分析。

系统配置要求

1)现场硬件设备必须包含：

-高频压力传感器

-水听器

-通信数据传输装置RTU

-GSM（3G/4G）和同步授时时钟天线

-不锈钢控制箱及电源附件

2)通信方式：3G/4G无线通信或光纤通信。当空挂光缆出现故障时，通讯系统能够保证故障点两侧的监测设备能够分别向线路两端传输数据，再通过水厂与各管理站之间的有线VPN网络将监测信号传回至水厂监测系统平台软件。

3)监测分析平台软件：客户端服务器安装方式

4)电源：风光互补电源供电，带有锂电池，容量需满足现场传感器和RTU传输装置没有日照20天情况，继续保持正常工作。

（3）技术参数

1、高频压力传感器

采样频率：64/128/256Hz，以满足分析需求

量程：0～300 psia，需满足负压的监测；

精度：≤0.1%FS

响应时间：≤1ms

电压：5V+/-0.5V

输出信号：电压、电流、485、网口

工作温度：-40℃～80℃

承受静压：68Bar

材质：不锈钢隔离膜片

防护等级：IP68

2、水听器

灵敏度：-170dB Vre: 1V/μPascal

响应频率范围：20Hz-50KHz

电源：12VDC； -1mW 典型运行条件

传感器材质：不锈钢+特殊橡胶（对水质无污染）

电缆：低噪

水平指向性：±1.5dB（50kHz）

垂直指向性：±2.0dB（50kHz，240°范围）

承受静压：8Mpa

安全工作温度范围： -20 ℃～80 ℃

低噪声、高耐用性，需浸没水中

防护等级：IP68

3、采集和通信装置RTU

运行温度：-30至75°C；

整体及接插件防水等级：IP68

配高频压力计接口，支持Modbus标准总线采集现场其它设备数据

通讯：3G/4G,插入标准尺寸SIM卡，支持光纤通信，配套套串口服务器，支持profinet等通用以太网协议。

压力采集精度大于等于16位；

支持音频输入接口；

配GPS天线，连接线长度缺省6米（可调），

支持GPS/北斗。时钟同步精度：≤1ms；

可外接供电：12VDC，通过软件自动切换内置电源；

本体内置锂电池，在外部电源失效后，满足现场设备运行至少1月；

采集周期：数据上传时间可调整，自动连接中控上传。

内存：内置16G闪存卡,支持采集高频压力数据的存储，保存30天数据不丢失；

低功耗：低功耗设计，供电电压：12VDC；连接传感器后总功耗≤1W；

（4）监测平台

1、管道管理

从页面上方导航栏中选择“系统设置”，在该功能菜单下的子功能项中选择管道设置，如下图所示。可在页面中选择添加阀室、监测点管理、管道路由、添加阀井四个子功能项，分别实现其对应的管道管理功能。其中管道路由可以与经纬度坐标轴对应，在GIS地图上显示管道的走向。

2、实时监测

实时监测是管道泄漏监测系统的一个重要功能，通过添加监测点，实时对管道各个监测点的传感数据进行监测，及时发现具有威胁的压力变化和声音振动信号，从而起到提前预警、提前解决的功能。系统的报警监测有两种，第一种是查看各个监测点的压力数值变化；第二种是查看各监测点水听器的声波情况，并可以对监测点进行选择回放声音。

3、报警管理

当有报警信息产生时，除了可以在地图界面跳出报警信息，还可以在“历史报警”中进行查看信息和回放声音信号。

如果在实时报警界面中已经处理过的报警信息，在历史报警界面中将显示已处理，反之将显示未处理，用户可以通过右侧的“处理报警”按钮，对该条报警信息进行处理。界面中还可以对报警信息发生时录取的声音进行回听。

历史报警信息可以通过excel导出，点击“Excel导出”，浏览器就会开始下载当前已有的光纤记录信息，下载文件默认名称“excel-list.xlsx”，会存放在浏览器默认的下载目录中。