供水管道壁光滑，后續水流在慣性的“幫兇”下，水力迅速達到zui大，所以容易造成破壞作用（如破壞閥門和水泵等），這就是水力學中的“水錘效應”，也叫正水錘；相反，閥門或水泵突然開啟，也會產生水錘效應，叫負水錘。這種大幅波動的壓力沖擊波，極易導致管道因局部超壓而破裂、損壞設備等。所以水錘效應防護是供水管道工程設計施工中必須要考慮的關鍵因素。

  為了降低水錘效應，保障供水系統安全，需設置防水錘空氣閥和水錘防護系統（防水錘監測系統或者管線水錘及漏損監測系統），也就是說要安裝管道泄漏監測系統，能夠及時觀察到水錘效應，即使有泄漏或者爆管等情況出現也能及時發現具體位置，為后續處理帶來方便。

解決方案：

一、防水錘空氣閥

（1）設備要求

空氣閥應采用全新的合理的工藝和耐用性設計，并且具有適合本地冬季環境溫度低達零下40℃及使用條件的等級和質量。所有的空氣閥零部件應嚴格精確制造，并能與同類型零部件互換使用。

（2）型式及基本參數

防水錘空氣閥既有排氣功能又有補氣功能，在管道異常快速充水或水柱彌合情況下，通過限制排氣速度產生臨時氣囊，減緩水柱彌合速度，降低壓力波動。閥體要求立式地面下安裝。

（3）結構

防水錘空氣閥建議采用一體化圓柱形設計，即低壓進排氣、高壓微量排氣裝置處于整個閥體內部，整個空氣閥外部無突出零部件，便于保護閥門元件，利于節省安裝空間同時免于遭到意外損壞。

低壓進排氣裝置：主要由閥體、浮子、污物防護罩等組成，防水錘空氣閥為全通徑設計。若閥體內無水，浮子將下沉到下部位置以允許空氣從閥體下側和閥體頂端的排進氣孔口自由進出管道。在孔口上與閥體連接安裝保護罩以免污物進入閥體。若閥體內充水時，浮子將上升直到與頂蓋上孔口周圍的止水裝置接觸，此時止水裝置可防止水冒出閥體。

微量排氣裝置：微量排氣裝置的作用，當管道內有壓力的情況下，空氣閥充滿水，可以自動動作，隨時排放在管道正常運行期間積累的少量空氣。因為本工程原水含沙量較高，微量空氣閥應為耐污型，運行時在任何工況下都應避免閥內的水接觸到微量空氣閥的排氣口，造成水中雜質卡堵在排氣口上，造成密封不嚴而漏水的現象。微量排氣裝置應設計合理，結構簡單，無任何冗余密封部件，密封性能可靠，免維護。

防水錘裝置：其主要作用為當管道出現非正常工況發生水柱分離后的水柱彌合階段通過限流盤來限制空氣閥的排氣速度，在一定時間內使管道內留存空氣，形成氣囊，通過空氣的可壓縮性和彈性降低快速流動的水對管道的沖擊，保護管道安全。防水錘裝置具有可調節緩閉調整機構，可根據水錘分析計算結果和現場實際運行工況現地調節氣囊維持時間，以達到消除彌合水錘的合理效果。為避免管道內可能存在的雜物對防水錘裝置造成卡堵和纏繞，防水錘裝置應位于浮球上方以避免與水接觸。

主浮球、副浮子，只能垂直上下移動，避免充水過程中，高速氣流沖擊浮球，引起浮球密封偏移及振動。

防水錘空氣閥應為整體鑄造而成，不允許通過焊接連接和補焊修補。采用球墨鑄鐵的閥體和閥蓋均需采用樹脂砂鑄造，毛胚不得有砂眼、氣孔。鑄造結構為同質性材料，不得含有非金屬物和其他雜質。所有未經機加工的鑄件表面應進行磨光處理并仔細地清理鑄件毛刺。

二、防水錘監測系統介紹

（1）系統要求：

管線水錘及漏損監測監測系統能夠實時在線監測供水管道的爆管或漏損事件，基于現場高頻壓力傳感器和時鐘同步技術監測爆管漏量：240升/分以上，實現50米的爆管定位精度；

識別和展示壓力瞬變水錘事件（施工、閥門操作、水泵啟停、排泥沖洗等），及時報警管理人員，定位瞬變源的位置或區域；同時驗證過渡過程的理論計算和水錘防護設施，并指導運行人員科學安全操作。

識別和展示管線壓力瞬變水錘事件，在線記錄顯示水錘壓力變化曲線，實現報警，并確定壓力瞬變源和定位，驗證過渡過程理論計算。

基于管內0.3MPa運行壓力以上，傳感器沿主管道800-1200米安裝間距，能夠實現管道0.5-1.0%額定流量的爆管漏失實時監測和報警，通過時鐘同步技術確定漏失位置，精度±50米范圍。

壓力瞬變（水錘）分析，結合供水管道材質、管齡、管徑等等參數，基于現場存在的壓力瞬變強度和數量，評估管網的爆管風險，并展示危險管線的區域。

監測傳感器安裝位置周邊(約300-500米)跑冒滴漏的現象，實現微小漏水監測，系統通過頻譜分析功能實現報警。

管網異常事件管理（水泵開停、閥門開閉、施工、沖洗、排氣故障等），完整、準確掌握供水系統運行狀態，實時監測系統傳感器位置的排氣閥工作狀態，提示管理人員的日常維護，避免因排氣閥故障而導致的水錘產生，破壞輸水管線的安全。

管道泄漏監測系統能夠自學習供水/用水模式，幫助用戶快速判斷給水系統問題，提高供水運行的可靠性、安全性，基于供水壓力實現供水調度，并及時自動發現運行異常，提高調度管理的效率和水平。

（2）系統構成與配置

在確定排氣閥位置上安裝一體式傳感器，必須包括高頻壓力計和水聽器，同時傳感器接觸到管道內的水。安裝傳感器位置間距的設置原則：800-1200米，現場條件在此間距范圍內適當調整位置。

傳感器通過現場數據采集通信裝置RTU，3G/4G無線和光纖通信方式，將采集到數據傳輸到調度控制中心分析平臺對管道進行實時監測和分析。

系統配置要求

1)現場硬件設備必須包含：

-高頻壓力傳感器

-水聽器

-通信數據傳輸裝置RTU

-GSM（3G/4G）和同步授時時鐘天線

-不銹鋼控制箱及電源附件

2)通信方式：3G/4G無線通信或光纖通信。當空掛光纜出現故障時，通訊系統能夠保證故障點兩側的監測設備能夠分別向線路兩端傳輸數據，再通過水廠與各管理站之間的有線VPN網絡將監測信號傳回至水廠監測系統平臺軟件。

3)監測分析平臺軟件：客戶端服務器安裝方式

4)電源：風光互補電源供電，帶有鋰電池，容量需滿足現場傳感器和RTU傳輸裝置沒有日照20天情況，繼續保持正常工作。

（3）技術參數

1、高頻壓力傳感器

采樣頻率：64/128/256Hz，以滿足分析需求

量程：0～300 psia，需滿足負壓的監測；

精度：≤0.1%FS

響應時間：≤1ms

電壓：5V+/-0.5V

輸出信號：電壓、電流、485、網口

工作溫度：-40℃～80℃

承受靜壓：68Bar

材質：不銹鋼隔離膜片

防護等級：IP68

2、水聽器

靈敏度：-170dB Vre: 1V/μPascal

響應頻率范圍：20Hz-50KHz

電源：12VDC； -1mW 典型運行條件

傳感器材質：不銹鋼+特殊橡膠（對水質無污染）

電纜：低噪

水平指向性：±1.5dB（50kHz）

垂直指向性：±2.0dB（50kHz，240°范圍）

承受靜壓：8Mpa

安全工作溫度范圍： -20 ℃～80 ℃

低噪聲、高耐用性，需浸沒水中

防護等級：IP68

3、采集和通信裝置RTU

運行溫度：-30至75°C；

整體及接插件防水等級：IP68

配高頻壓力計接口，支持Modbus標準總線采集現場其它設備數據

通訊：3G/4G,插入標準尺寸SIM卡，支持光纖通信，配套套串口服務器，支持profinet等通用以太網協議。

壓力采集精度大于等于16位；

支持音頻輸入接口；

配GPS天線，連接線長度缺省6米（可調），

支持GPS/北斗。時鐘同步精度：≤1ms；

可外接供電：12VDC，通過軟件自動切換內置電源；

本體內置鋰電池，在外部電源失效后，滿足現場設備運行至少1月；

采集周期：數據上傳時間可調整，自動連接中控上傳。

內存：內置16G閃存卡,支持采集高頻壓力數據的存儲，保存30天數據不丟失；

低功耗：低功耗設計，供電電壓：12VDC；連接傳感器后總功耗≤1W；

（4）監測平臺

1、管道管理

從頁面上方導航欄中選擇“系統設置”，在該功能菜單下的子功能項中選擇管道設置，如下圖所示。可在頁面中選擇添加閥室、監測點管理、管道路由、添加閥井四個子功能項，分別實現其對應的管道管理功能。其中管道路由可以與經緯度坐標軸對應，在GIS地圖上顯示管道的走向。

2、實時監測

實時監測是管道泄漏監測系統的一個重要功能，通過添加監測點，實時對管道各個監測點的傳感數據進行監測，及時發現具有威脅的壓力變化和聲音振動信號，從而起到提前預警、提前解決的功能。系統的報警監測有兩種，第一種是查看各個監測點的壓力數值變化；第二種是查看各監測點水聽器的聲波情況，并可以對監測點進行選擇回放聲音。

3、報警管理

當有報警信息產生時，除了可以在地圖界面跳出報警信息，還可以在“歷史報警”中進行查看信息和回放聲音信號。

如果在實時報警界面中已經處理過的報警信息，在歷史報警界面中將顯示已處理，反之將顯示未處理，用戶可以通過右側的“處理報警”按鈕，對該條報警信息進行處理。界面中還可以對報警信息發生時錄取的聲音進行回聽。

歷史報警信息可以通過excel導出，點擊“Excel導出”，瀏覽器就會開始下載當前已有的光纖記錄信息，下載文件默認名稱“excel-list.xlsx”，會存放在瀏覽器默認的下載目錄中。