（环境工程专业论文）吴堡工业园供水系统可靠性研究.pdf

摘要 论文题目：吴堡工业园供水系统可靠性研究 学科专业：环境工程 研究生：任晓琴 指导教师：党志良教授 签名： 签名： 摘要 山地工业园区供水系统，具有供水水源分散，水量变差大、输水距离长、抽水扬程高、 地形变化复杂等特点。一旦工程出现问题，将给工业园区的生产活动和人们的正常生活带 来很大的经济损失。因此，在供水工程的设计中必须对其工程设计的可靠性给予足够的重 视。本文结合吴堡工业园区供水工程设计的实际项目，通过分析和全面了解供水系统的设 计情况和运行环境，研究供水系统各要素的可靠性，对于提高供水系统的运行效率，保证 系统的运行安全，指导供水系统的设计、管理与维护，有着重要的理论意义和现实意义。 在大量阅读国内外供水系统可靠性研究文献的基础上，通过系统学习供水工程的可靠 性理论，结合“陕西省吴堡县工业园供水工程设计”项目，针对远距离高扬程多级泵站供水 系统的可靠性进行了分析与研究。具体进行了如下几方面的工作。 从吴堡县工业园供水工程特点及系统组成分析出发，对水源的分布、水量、水质；输 水线路以及管材；输水方式；调蓄建筑物等的可靠性进行了分析研究。提出了多水源供水 方案，采用了两条平行管道加设连接管的输水方式。计算了供水系统在一定运行条件下所 需的最小调节容积。 建立了加压泵站的最优设计数学模型，对三种加压方案进行了优化比选。分析了水泵 机组出现故障率的三个阶段及泵站各组件可靠性设计，并且提出了提高泵站可靠性设计的 措施。 在已定方案条件下，根据水锤计算原理，通过a f ti m p u l s e 软件计算了供水系统在事 故突然停泵过程中产生的最大压力、最小压力以及水泵机组在事故停泵时的运转情况，验 证了输水管道设计的可靠性，并且提出了水锤防护措施。 通过相应的防洪设计标准，推求出了水源地设计洪水、设计暴雨量、设计洪量以及设 计洪水过程线，并提出了需采取的防洪工程措施与非工程措施。为了确保输水管道的可靠 性运行，在此也提出了相应的管道防洪工程措施与非工程措施。 关键词：供水系统；多级泵站；防洪措施；水锤计算；可靠性 西安理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t i t l e ：t h er e s e a r c ho ft h er e l i a b i l i t ya b o u tt h e w a t e r s u p p i 肌n gs y s t e mw u b u m a j o r ：e n v i r o n m e n t a le n g i n e e r i n g n a m e = x i a oq i nr e n s u p e r v i s o r = p r o f z h i l i a n gd a n g a b s t r a c t s i g n a t u r e ：基i 业旦皿屋e n s 啪a t u r 。铲 w a t e rs u p p l ys y s t e mw a t e rf o ri n d u s t r i a lo fm o u n t a i nt h a th a sal a r g eo f c h a r a c t e r i s t i c sf o r e x 锄d 1 ew a t e ri ss p r e a d、w a t e ri sv o l a t i l e 、t h ed i s t a n c eo fc a r r yw a t e ri sv e r yl e n g t h、h a v e v e r vh i g hd e l i v e r yl i f t 、t e r r a i nh a sc o m p l e xc h a n g ea n ds oo n o n c et h ep r o j e c th a v ea n y p r o b l e mi tw i l lg i v et h ep e o p l e sn o r m a ll i f ea n dt h en o r m a lp r o d u c t i v ea c t i v i t i e s c a u s eg r e a t e c o n o m i c1 0 s s e s s ow em u s tg i v es u f f i c i e n ta t t e n t i o nt or e l i a b i l i t yo f t h ed e s i g no ft h ed i s t a n c e w a t e rp r o je c t i nt h i st e x tw ec o m b i n et h ea c t u a le v e n t s ，“l o n g d i s t a n c ew a t e rd e l i v e r yf o r i n d u s t r i a lp a r ki nw u b uc o u n t ys h a a n x ip r o v i n c e ”t h r o u g hc o r r e c ta n a l y s i sa n dt h o r o u g h u n d e r s t a i l do ft h eo p e r a t i o na n dd e s i g ho ft h ed i s t a n c ec a r r yw a t e rs y s t e m ，m e a n w h i l ew e r e s e a r c ht h er e l i a b i l i t vo fa l le l e m e n t sa b o u tt h ew a t e rs u p p l ys y s t e m s ，w h i c h w i l ln o to n l y e n h a n c es v s t e mr e l i a b i l i t y ，b u ta l s oc a ni m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fc a r r y w a t e ra n dq u a l i t y ，w h i c h w i l lg i v et h et e c h n i c a la d v i c et ot h el o n gd i s t a n c ew a t e rs u p p l y 、m a n a g e m e n t a n dm a i n t e n a l l c e t h a th a v ei m p o r t a n tm e a n i n g t ot h e o r ya n dr e a l i t yp o i n t t h r o u g hr e a d i n gal o to fh o m ea n da b r o a ds t u d yo fd i s t a n c e w a t e r sr e l i a b i l i t ya n d c o m p r e h e n s i v es t u d yt h er e l i a b i l i t yk n o w l e d g e i nt h i st e x tw ec o m b i n et h ea c t u a l e v e n t s ， “l o n g - d i s t a n c ew a t e rd e l i v e r yf o ri n d u s t r i a lp a r k i nw u b uc o u n t ys h a a n x ip r o v i n c e ”，w e m a i nr e s e a c ht h em er e l i a b i l i t ya b o u tt h ew a t e rs u p p l y i n gs y s t e mb a s e do nl o n g - d i s t a n c e ， h i g h 1 i ra n dm u l t i s t a g ep u m p a s f o l l o w si st h em i a nw o r k i nt h i st e x tm i a nm a k et h er e s e a c h e sf r o mt h ec h a r a c t e r i s t i c sa n dc o n s t i t u t eo fs y s t e m a b o u tl o n g 。d i s t a n c ew a t e rd e l i v e r yf o ri n d u s t r i a lp a r ki nw u b uc o u n t ys h a a n x ip r o v i n c e 、g t v e t h es e c u r i t ya n a l y s i so ft h ew a t e rs u p p l y 、t h ew a t e rq u a l i t yf o rt h ew a t e r h e a da r e a 、a n a l y z e d s t u d i e st h ep i p e l i n e 、t h ew a yt oc a r r yw a t e r 、a d j u s tp o o la n ds oo n ，a n dp r o p o s e dt h em u c h w a t e rs c h e m ef o r s u p p l yw a t e r a d o p t t w o p a r a l l e lp i p e a n di nt h em i d d l eo fa c o m p a n v ，a n a l y s i sa n dc o m p u t et h es m a l l e s tv o l u m e o fa d j u s tp o o li nt h ec o n d i t i o n s b u i l dt h eb e s td e s i g nm a t h e m a t i c a lm o d e lo p t i m i z e dd e s i g n c o m p a r et h et h r e ew a y o f p u m p i n gs t a t i o n a n a l y z et h r e ec i r c u m s t a n c ew h e np u m pe m e r g em a l f u n c t i o na n dr e l i a b i l i t y d e s i g i la b o u tc o m p o n e n t so fp u m p m e a n w h i l ep r o p o s e dt h e m e a s u r ea b o u tr e l i a b i l i t yd e s i g no f 1 西安理工大学硕士学位论文 p u m p a tt h ec o n d i t i o nt h a ts c h e m ei sd e t e r m i n e ，u s i n gt h ea f ti m p u l s es o f t w a r ec o m p u t et h e m a x i m u ma n dm i n i m u mp r e s s u r ea n dt h ef u n c t i o n i n go fw a t e rp u m pi na c c i d e n tw h e nt h e p u m ps t o pu ps u d d e n l y , v e r i f i c a t i o nt h er e l i a b i l i t yd e s i g no fp i p e l i n e m e a n w h i l e ，g i v et h e p r e c a u t i o n sf o rw a t e rh a m m e r t h r o u g ht h es t a n d a r do fp r e v e n tf l o o d ，w ec a l c u l a t et h ed e s i g n e df l o o d 、d e s i g n e ds t o r m 、 d e s i g n e dg e n e r o s i t ym a g n a n i m i t ya n dp r o c e s sl i n eo ff l o wo fw a t e rh e a ds i t e ，a tt h es a m et i m e w ec o m eu pw i t ht h ef l o o dp r o t e c t i o nm e a s u r ea b o u tw a t e rh e a ds i t e a l s os u b m i tt h ef l o o d p r o t e c t i o nm e a s u r eo fp i p e l i n et om a k es u r ei t sr e l i a b i l i t y k e yw o r d s ：s y s t e mo fw a t e rs u p p l y ；m u l t i s t a g ep u m p ；f l o o dp r o t e c t i o nm e a s u r e ； c a l c u l a t i o no fw a t e rh a m m e r ；r e l i a b i l i t y 1 1 目 录 l 绪论1 1 1 问题的提出1 1 2 可靠性科学的形成及发展1 1 3 供水系统可靠性研究的国内外动态1 1 3 1 国外研究动态1 1 3 2 国内研究动态4 1 4 系统可靠性研究方法8 1 5 本文研究的内容、目的和意义9 1 5 1 研究的内容9 1 5 2 研究目的和意义9 2 供水系统可靠性研究的理论基础1 1 2 1 供水系统运行的工作状态1 1 2 2 水源可靠性理论1 1 2 3 输水管道可靠性理论1 2 2 4 泵站的可靠性理论1 2 2 5 防洪建筑物的可靠性理论1 2 3 吴堡工业园供水系统的可靠性研究1 3 3 1 供水工程条件分析1 3 3 2 水源可靠性研究1 3 3 2 1 供水水源分布及取水方案1 4 3 2 2 供水水源可靠性指标1 6 3 2 3 多水源取水可靠性分析1 6 3 2 4 水源区保护措施2 1 3 3 管道的可靠性研究2 2 3 3 1 供水系统的水力计算理论2 2 3 3 2 输水方式2 4 3 3 3 事故流量的保证2 4 3 3 4 输水管线的走向2 5 3 3 5 输水管材的选取2 6 3 。3 6 输水管道防腐2 7 3 4 加压泵站运行系统的可靠性研究2 7 3 4 1 供水泵站机组选型年费用最小的数学模型2 7 3 4 2 供水泵站管道建设费用最小的数学模型2 9 3 4 3 供水泵站机组选型2 9 3 4 4 水泵机组可靠性分析3 4 3 4 5 泵站各组件可靠性设计分析3 5 3 4 6 提高泵站可靠性设计的措施3 5 3 5 调节建筑物的可靠性研究3 6 3 5 1 水源地集水池3 6 3 5 2 泵站调蓄池3 7 3 5 3 高地水池3 7 西安理工大学硕士学位论文 4 吴堡工业园供水系统加压泵站的水锤计算分析及防护3 9 4 1 软件的应用3 9 4 1 1 软件的功能及特点3 9 4 1 2 软件计算的原理4 0 4 2 水锤分析计算4 1 4 2 1 水锤计算4 1 4 2 2 水锤计算结果分析5 1 4 3 水锤防护措施5 1 5 吴堡工业园供水系统防洪工程措施5 3 5 1 水源地防洪5 3 5 1 1 防洪设计标准5 3 5 1 2 设计洪水推求5 3 5 1 3 设计暴雨推求5 3 5 1 4 洪峰流量推求5 5 5 1 5 设计洪量与设计洪水过程线推求5 6 5 2 防洪措施5 6 5 2 1 防洪工程措施5 7 5 2 2 防洪非工程措施5 7 5 3 输水管道防洪5 8 6 结论与展望5 9 6 1 结论5 9 6 2 展望5 9 致谢6 1 参考文献6 3 附录6 9 1 绪论 1 绪论 1 1 问题的提出 我国北方地区水资源短缺，为了解决工业用水与人们的生活用水量的不断增加，不得 不建设供水工程，供水系统作为一种重要的输供方式，不但影响着人们的日常生活水平， 而且影响着工业发展的经济效益，但是在供水过程中，由于管材本身的质量问题、长期使 用中产生的腐蚀与退化以及地面上重物的挤压等原因会使管道出现渗漏甚至爆管现象；加 压系统的水泵运行工况、运行环境的随机性变化；调节构筑物中的清水池、高位水池水量 随供用水条件变化等，都会影响供水工程输配水系统的正常运行。特别是建在山区和 丘陵地区的长距离供水的管道连续距离长、高程起伏大、工作压力高，因此管道损坏的几 率比较高，一但出现问题，将会给生产和生活带来非常严重的后果并且造成严重的经济损 失。因此，为了保证供水系统在设计年限内能正常使用，在设计中充分研究供水系统的可 靠性并采取必要的技术措施提高供水安全可靠性以降低由此带来的重大损失是非常必要 的。吴堡工业园供水工程属于典型的山地长距离高扬程的供水工程，具有很高的重要性， 不得出现任何断水事故。因此，在施工设计过程中应充分考虑供水系统运行的可靠性，对 可能出现的各种影响供水系统可靠性运行的因素进行分析与研究，并且采取必要的安全措 施将具有非常重要的现实意义。 1 2 可靠性科学的形成及发展 最初关于可靠性的研究大约是在2 0 世纪2 0 年代，由美国的航空部门提出，主要是针 对飞机导弹的失事问题进行研究。2 0 世纪6 0 年代，美国国防部电子设备可靠性咨询小组 得出了著名的a g r e e 研究报告后，可靠性问题就作为一门新研究课题被加以系统的研究 t 2 1 。此后，日本、前苏联、英国、法国、意大利以及一些东欧国家也开始展开了可靠性 的研究工作，并且制定了可靠性研究的一些基础标准，使可靠性研究进入了一个新的阶段。 目前，国外的可靠性研究工作已经从电子元件的可靠性转到系统的可靠性研究上来，并且 逐渐渗透到各个工程领域上来。 关于可靠性的研究在我国起步比较晚，大约在2 0 世纪7 0 年代开始，当时主要是针对 电子、机械、航空等工作展开的，到了9 0 年代，我国可靠性研究进入了高潮。虽然，我 国可靠性工作研究比较晚，与发达国家存在一定的差距，但是通过几十年的努力已经取得 了很大的进步，近几年已经开始在电力，给水系统等领域展开可靠性研究工作。 1 3 供水系统可靠性研究的国内外动态 1 3 1 国外研究动态 国外关于供水管网的可靠性研究大约在2 0 世纪7 0 年代。并且经过几十年的努力后已 经取得了很大的成效。 西安理工大学硕士学位论文 1 9 7 2 年美国的戴姆林、沙米尔、阿拉德3 1 等最先提出了将可靠性理论运用于城市给 水管网的优化设计中，并且对供水管道的可靠性问题进行了初步的探讨。 1 9 7 9 年h o w a r d 和s h a m i r 采用回归分析的方法得出了关于使用时间和管道故障率之 间的指数函数关系，同年前苏联科学技术博士h h 邝可布拉莫夫出版了他的著作给水系 统可靠性1 ，书中提出管网可靠性与管道的材料，管径，连接结构与管道内部压力等 有关。并且提出不同位置的管段发生事故时对整个管网的供水可靠性影响不同，主干管发 生事故比次干管发生事故对供水系统的可靠性影响比较大，且越靠近水源的管段发生事故 对管网的可靠性影响比离水源远的管段发生事故时的影响大；有备用系统的管网比无备用 系统的可靠性要高，且备用数量越多可靠性越高，但是其建设投资费用也随着增加。这些 理论将为以后的管网可靠性研究奠定了基础。 1 9 8 8 年，w a g n e r 巧1 哺1 等人提出了节点连通性和管网系统可得性两个指标对管网网络 结构进行可靠性研究，在该过程中他们假设节点只要与水源相通，就能满足用户对水量、 水压和水质的要求，虽然这存在一定的缺陷，但是他们的研究也取得了一定的成果。 1 9 8 9 年l a n s e y 等人使用随机约束模型进行管网设计，其中包括需水量、水压力以及 管道强度系数的不确定性等盯1 。 1 9 9 2 年c u l l i n a n e 和l a n s e y 等人基于水力和机械有效性提出了管网的优化设计程序 【7 】 o 1 9 9 0 年f u j i w a r a 和d e s i l v a 在研究过程中意识到节点只要与水源相通，就能满足用户 对水量、水压和水质的要求存在一定的缺陷，采用管网故障时满足用户的用水能力来评估 管网可靠性1 8 1 。 1 9 9 1 年b o u c h a r t 和g o u l t e r 等人把系统发生水力故障和机械故障结合起来的方法分 析了城镇给水管网的给水可靠性，只是他们在建立模型时忽略了高位水池水位的变化对给 水系统可靠性的影响9 1 。 19 9 6 年g a p t a 和b h a v e 采用直接推断方法进行满足可靠性要求的管网设计，通过节 点流量分析预测不同节点在需求不足情况下的有效性，改变管径以提高系统供水可靠性， 在供水系统可靠性和所需费用之间取得某种平衡，该方法同样适用于已有管网系统的加固 优 1 0 l 。 1 9 9 7 年g u e r c i o 和x u 提出了管网优化设计的线性规划方法，对目标函数和约束条 件进行一阶泰勒展开，形成包括稳态模拟模型、可靠性模型和线性优化模型三个辅助模 型的算法，使系统可靠性的计算耗时大大减少，可用于大型管网的优化设计1 。 1 9 9 9 年x u 和g o u l t e r 提出了管网的随机水力模型，采用一次可靠性方法近似计算系 统的功能可靠度，以评价因系统元件的机械失效引起的节点需求和系统服务功能的不确定 性，进而对管网进行优化设计1 2 1 。 2 0 0 0 年，j o s ea v a s q u e z ”等提出把遗传算法和f o r m 法相结合进行基于可靠性的 管网优化，同年k e v i n e 1 a n s e y 4 1 等人，采用最小割集法可靠性分析模型，通过系统的 1 绪论 离散故障对整个系统的影响计算管网可靠度，并通过实例分析了如何提高管网可靠度的方 法。同年g a r g a n o 和p i a n e s e 基于大量供水系统不同需求模拟得到的水力性能无量纲指数 的统计分析，取不同工作状态下管网水力性能指数的平均值作为评价系统的整体可靠性 ( 包括机械和水力可靠性) 的指标，该方法可用于管网设计阶段及现有系统维修加固阶段的 可靠性分析1 5 1 0 2 0 0 4 年b r y a n a t o l s o nr 力等进一步利用于f o r m 法和遗传算法相结合的方法对给水 系统进行进行了优化，采用一次可靠性方法确定系统中关键节点的位置及其可靠度。2 0 0 5 年，f a r m a n ir a z i y e h 鸭1 等针对给水管网总费用与其可靠性之间的关系进行了分析研究， 这一研究使的给水管网可靠性评价的方法与标准有了更进一步的发展。 2 0 0 7 a g r a w a l 等提出基于可靠性和费用优化的迭代方法用于供水管网系统的加固与 扩建以得到一级冗余网络系统，采用不同供水状况下管网的节点和容积可靠性参数评估系 统的可靠性，其中系统的可靠性通过增加连接管或增大新增管的管径来提高1 1 6 1 。 水锤是影响长距离供水工程安全运行的一个关键因素，关于给水可靠性研究中的水锤 分析研究国外学者也作了不少的工作。国外最早对水锤进行研究的是法国工程师门那布勒 ( m e n b r e a ) ，他考虑了管壁和流体的弹性，用能量的理论最早解释了水锤的基本原理，奠 定了弹性水锤的理论基础t 9 1 。此后有不少学者致力于水锤方面的研究。 1 8 5 8 年，意大利工程师门那布勒( m e n a b r e a ) 禾l j 用能量原理，并考虑了管壁和流体的弹 性，推导出了波速计算公式，为弹性水锤的理论奠定了基础刀t 1 8 1 。 1 8 9 7 年儒可夫斯基9 1 ( j o u k o w s k i ) 采用三组不同尺寸水管做了很多次的实验，发表了 关于水锤基本理论的报告，最早提出了采用公式计算水锤压力的计算公式，这一研究使的 水锤研究能够与实际工程结合起来。 1 8 9 8 年美国工程师弗里泽尔( f r i z e l l ) 在“管道中流速变化所产生的压力”一文中导出了 水锤波速和由于流速突然变化所产生的水锤压力的公式，并且讨论了分岔管、波的反射以 及连续波对速度的影响等问题1 2 0 1 。 阿列维( a l l i e v i ) 在系统研究了水锤理论与计算方法以后，于1 9 1 3 年推出了水击连 锁方程式组，此后，他还提出了至今还在使用的末相水击的计算公式与水击图解曲线，从 而奠定了水击计算的理论基础呓。 1 9 5 3 年格莱( g r a y ) 1 2 2 17 介绍了应用计算机对水锤分析的特征线法。并且把这一研究 应用于其博士论文中，该研究方法对以后的流体流动的数值计算方面起到了一定的知道作 用。 1 9 7 8 年斯特里特vl ( s t r e e t e rv l ) 和怀利eb ( w y l i ee b ) 合著f l u i dt r a n s i e n t 一书，书中主要讨论了瞬变流的产生和发展的机理以及减少和防止瞬变流动引起的不利影 响的方法，同时给出了应用f o r t r a n 语言计算瞬变流的方法和程序以及控制瞬变流的 工程措施1 2 3 1 。 2 0 世纪9 0 年代，s t r e e t e rv l 研究了瞬态空化管流t 2 4 1 0a b e r g a n t 和a r s i m p s o n 西安理工大学硕士学位论文 建立了空化管流的界面模型1 2 5 1 。w e i s m a nj 和k a n gsy 共同研究了垂直向上管道的流态 过程t 2 6 1 。 2 0 0 0 年，a l a i 呓7 1 对管网中由水柱分离产生不可压缩气体的水击现象进行了研究。 同时期国际水力研究协会( i a h r ) 于2 0 0 0 年出版了名为伴有水柱分离的水力过渡过程 ( h y d r a u l i ct r a n s i e n t sw i t hw a t e rc o l u m ns e p a r a t i o n ) 综合报告书1 2 8 1 0 书中详细论说了国际 水力研究协会( i a h r ) 成立的断流水锤研究组近年来对段流水锤的研究成果。 近年来，随着计算机的发展，已经开发了一些水锤计算软件，并逐渐应用于工程实践 中。 随着供水系统的不断建设，防洪减灾工作被提到了议事日程上来，防洪工作直接影响 到供水系统的可靠性。关于国外防洪灾害治理的研究国外也做了大量的研究。 1 9 9 3 年，美国中西部密西西比河流域上游发生了历史罕见的特大洪水之后，美国马 上组织了多个高层次委员会眨9 b t 3 1 1 ，提教了数个报告。针对洪水管理报告提出三个重要 建议，一是、充分考虑各种可能的措施，包括：预报预警、撤退、防护、天然与人工滞蓄 洪二是、充分估计社会、经济以及社会价值；三是、更多地采用非工程措施，通过洪泛区 的管理与计划减少脆弱性b 加1 3 3 1 。 1 9 9 8 年，在荷兰鹿特丹举行的第1 2 届莱茵部长会议上针对洪水管理提出了四个目标， 主要目的是抑制洪水风险，绘制洪泛区和洪水高危险区域内的洪水风险分布图和改善洪水 预警系统b 钔1 3 5 1 。 1 9 9 9 年美国陆军工程师团出版的技术导则岩土工程规划研究阶段的风险分析方法 ( e t l l l l 旺2 5 5 6 ) 和2 0 0 5 年出版的海岸工程设计手册第v 卷海岸工程的可靠性设计 ( e m l l l 0 _ 乏一1 1 0 0 ) q b ，针对已建堤防和海岸防洪设施的设计，提出了采用可靠性方法分 析的导则。美国陆军工程师团可靠性分析方法将可靠性分析分为三个层次，即水准i i i 方法、 水准i i 方法、确定性半概率方法b 们1 3 7 1 。该法也被称为美国陆军工程师团方法。 荷兰是一个洪水频发的国家，需要依赖堤防圈的保护。2 0 世纪8 0 年代，荷兰的一些 部门成立了防洪设施技术咨询委员会“概率方法”第1 0 工作组，9 0 年代提出了防洪设施 概率分析方法导则。到了2 1 世纪，荷兰的工作人员开发了洪水风险评价软件系统 一p c r i n g1 3 8 。 2 0 0 0 年h rw a l l i n g f o r d 第一次对英格兰和威尔士的洪水和海岸侵蚀的可能带来的损 失进行了估计，随后系统化提出了适合于大尺度( 或者是战略规划阶段) 的防洪工程风险评 价的方法r a s p 3 9 1 4 0 】0 。 1 3 2 国内研究动态 我国对给水系统可靠性的研究比较晚。杨钦、严煦世在1 9 8 7 年出版的给水工程一书 中首次提出了给水系统可靠性的问题。有关长距离输水工程的设计、运行和管理方面，专 门谈及可靠性问题的还不多。对于可靠性工程技术的应用还处于起步阶段，与国外相比， 差距不是很大，还属于探索研究的水平。 4 1 绪论 同济大学的研究者徐祖信等人在我国给水管网可靠性领域进行了先行、深入的研究， 提出了一个水分配系统以可靠性为基础的线性优化模式1 4 1 1 。 1 9 9 7 年，徐得潜h 刀用m o n t ec a r l o 方法模拟城市实际需水量、给水水源、给水系统 各组分的运行情况，并对给水系统可靠性进行了定量计算。 1 9 9 9 年，黄炜h ”提出了给水系统可靠性设计的数学模型和解法，为工业给水管网依 据可靠性要求设计和改扩建提供了途径。 2 0 0 0 年，赵新华1 首次提出了给水管网计算中可靠度与平均可靠度的概念，并且建 立了相应的数学模型。同时期，哈尔滨建筑大学市政工程系的康大臣，赵洪宾h 5 1 等人在 “可靠度与给水系统可靠性”一文中提出了可靠度概念不适应于开放的复杂系统可靠性的 把握问题，应该突破可靠度概念来理解给水系统可靠性问题。 2 0 0 2 年，陈海荣等h 们人在“水分配系统的系统可靠性研究综述”中研究了城市给水 管网可靠性模型，并且介绍了嫡在可靠性分析中的应用。 2 0 0 6 年徐州建筑职业技术学院的张子贤，刘家春h 1 7 1 在“输水管道系统的可靠性”一文 中采用网络分解法，研究了设置连通管的输水管道系统的可靠性计算模裂；计算表明，随 连通管条数的增加，输水管道系统的可靠性可能洚低也可能提高；在输拳管道系统中，输 水千管的管段表三遏的可靠性变化是影响系统可靠性的敏感性因素。该研究成果对输水管 道系统的设计、组件的选择、施工安装与维护管理以及寻求系统最大可靠性途径，具有重 要的指导意义。 国内关于水锤的研究比较晚，开始与2 0 世纪6 0 年代。7 0 年代得到普及使用，但当 时的专著还比较少。随着大量外文文献的翻译出版，我国学者对前人理论的学习、总结和 发展，极大地促进了我国瞬变流理论的研究，近几十年来取得了丰硕的成果t 4 8 1 。 1 9 8 1 年，王树人等主编的水击理论与水击计算中系统地讲述了水击的基本理论 与基本方程式的推导过程，并且给出了简单的关于水击的电算程序t 4 9 1 。 1 9 8 5 年，刘汉勋5 叫在“水锤实验装置和压水堆用新型止回阀的水锤实验研究中”通 过自行设计的以轻水( 去离子水) 为介质的的常温不锈钢回路的水锤冲击实验装置。采用专 门设计的四通转换阀及其气动操作机构，可以对核反应堆冷却剂回路在“关、停、并、转” 过程中产生的倒流现象进行水锤冲击模似试验。同时，对q 0 1 5 0 和q 0 2 0 0 两种压水堆用新型 无冲击止回阀进行了水锤的试验研究，得出了它们的瞬态冲击波的波形、峰值大小和波动 的持续时间等动态特性。并对现有水锤计算方法作了一些分析。 1 9 8 8 年，邓华在“管路中水柱分离”一文中分析讨论了有关管道系统中的水柱分离 现象1 5 1 1 。同年刘竹溪、刘光临等人编著的关于水锤的较早论著泵站水锤及其防护巧2 1 中提出了将计算机技术引入到泵站水锤计算中，并对水泵的全特性曲线及单向调压塔进行 了系统深入的研究。 刘光临、蒋劲等人结合石台寺泵站的工程实际，进行了事故停泵水锤的阀调节防护措 施的模型试验研究，分析了水泵出口阀的关闭特性对水锤的影响和两阶段关闭阀调节的水 西安理工大学硕士学位论文 锤防护特性，提出了确定最优关阀程序的方法1 5 3 1 。 1 9 9 4 年，蒋劲u 4 1 在确定泵系统阀门最优关闭程序的v s 法研究中提出了确定泵系统 阀门最优关闭程序的v s 法，并对京西第二水源工程进行了计算分析。该方法较以往的方 法在理论上有所创新，且能更好地确定控制泵系统水锤的最优关阀程序。该方法对工业供 水系统、输油系统及抽水蓄能电站的水力过渡过程计算及其控制具有实际指导意义。 1 9 9 5 年，刘光临，刘梅清巧”等人在泵系统中调压塔水锤防护特性的研究一文中针对 万家寨引黄入晋工程总干一、二级泵站采用的级间串联、站内多台机组并联的复杂泵系统， 应用水锤理论和带插值的特征线法，建立了多条进出水管道交汇的水泵并联和调压塔边界 条件的数学模型，分析了在各种不同运行组合情况下事故停泵水力过渡过程中调压塔的水 锤防护特性，研究了水泵出口间关闭程序对管道系统压力和调压塔水位变化的影响，提出 了确定调压塔经济断面的方法，得出了对工程优化设计有实际意义的结论。 1 9 9 6 年，杨玉思，金锥巧叫以两处断流弥合水锤实验为基础，提出了在一条管路上出 现两处水柱分离的判断以及弥合升压的计算方法。运用动量定理和水锤计算的弹性水柱理 论，推证了断流空腔两端水柱波速相等和不等情况下的弥合升压计算公式。 1 9 9 7 年，姚青云 发表了泵站水锤两阶段关阀调节防护一文，该文章结合红柳坑泵 站工程实际，提出了泵出口装有两阶段关闭蝶阀事故停泵蝶阀最优操作程序的确定方法， 得出了对该泵站安全经济运行有益的结论。 19 9 8 年，杨晓东，朱满林巧跗等在装有进排气阀的长距离压力输水系统水锤计算研究 一文中根据长距离压力输水系统和多点布置进排气阀的特点，结合当量管道法和调整波速 法，建立了水锤计算中的自动分段方法，同时将其用于进排气阀的水锤过程计算中。通过 建立的迸排气阀计算模型在实例中的应用和计算分析，不仅确立了计算方法的合理性和易 用性，而且提出了进排气阀在工程应用中有着实际意义的结论。 2 0 0 1 年，刘时芳，刘梅清叫等在发表的论文“长距离输水管道水锤过程预测与防护” 中，针对长距离管道系统中存在的水锤问题进行分析，对采用空气罐作为水锤防护手段的 合理性进行研究，对提高补给水系统的安全可靠性及运行稳定性具有重要的意义。李良庚， 刘梅清在水锤消除器在工程中的应用一文中应用特征线法为常见的下开式水锤消除器 建立了数学模型，并结合工程实饯对水锤消除器的选取进行了寻优计算，取到了较好的消 锤效果。 2 0 0 2 年，朱蒙生，史守峡哺等人用数值模拟方法对管网直联泵站停泵水锤问题进行 了研究，涉及到数学物理建模过程中的管网简化、边界条件、终端泄流节点模拟元件处理 等若干重要问题，并给出了部分计算结果。朱海伦m 2 1 的在关于长距离输水管路停泵水锤 的数值模拟中论述了长距离输水管路中停泵水锤数值计算的原理，并以此为基础对长春 市某长距离输水管路中的停泵水锤问题进行了数值模拟。 2 0 0 4 年，秦淑芳，陶爱峰哺”通过总结水锤的传统防护措施及其适用性，介绍了快闭 止回阀、液控缓闭蝶阀及不完全关闭止回阀的结构和原理，并分析了后两者在高扬程泵站 1 绪论 输水系统中的应用及效果，指出了在处理方法上的优、缺点，以及在使用时应注意的问题。 2 0 0 5 年，武汉大学的周龙才与刘梅清1 采用v i s u a lb a s i c 6 。0 开发了长管道多泵并 联系统水锤计算的可视化软件。软件的数学模型中对水锤计算采用的是目前较成熟的特征 线法，并在边界条件处理中考虑了多种可能的情况。 2 0 0 7 年，朱满林，沈冰m 5 1 等人针对长距离压力输水工程特点，采用水锤计算的特征 线法，对两座长距离压力输水工程的水锤防护措施进行了分析。优化了长距离有压重力输 水工程防护水锤的蝶阀关闭过程。提出了空气阀组概念，分析表明，采用空气阀组和两阶 段关闭蝶阀联合作用可有效地防护长距离加压输水工程中水锤危害。 2 0 1 0 年，昆明理工大学建筑工程学院的唐均，张洪明哺6 1 等针对长距离有压输水管道 出口阀关闭引起的水锤问题，采用瞬态水力学理论和仿真计算，以大岩坑水电站为例，对采 用调压井配合控制出口闸门关闭长管道有压输水系统的水力过渡过程进行了计算和分析。 研究结果表明，优化闸门的关闭时间和关闭方式能有效降低水击压力。 我国的防洪管理研究也经历了一段较长的发展过程。2 0 世纪8 0 年代初，一些学者把 有关洪水风险的研究概念介绍到国内。建国以来，我国关于防洪工程的建设取得了显著的 成效，但是关于防洪非工程措施方面我国起步比较晚。 1 9 9 8 年，以前我国各大流域还没有健全的防洪体系，我国防洪工作和防洪思路发生 重大的转变是在1 9 9 8 年发生大洪水之后，也就是从那时起我国开始大规模的防洪工程建 设。 1 9 9 9 年，南京水利科学研究院，姜树海6 。”采用事故树分析方法，逐层顺序讨论了漫 坝失事事故的形成，定量给出了相应的防洪风险率，校核了现有大坝的总体设防水准。在 此基础上，论证了合理选择大坝防洪设计标准的原则和方法。 2 0 0 0 年，程晓陶引等人针对海河流域防洪安全保障体系的发展战略展开全面的分析 与综合评价，并提出了有关该流域的未来防洪的防洪安全保障体系的构思以及近期防洪安 全保障体系的重点建设工作与措施。 2 0 0 0 年，天津水利水电系的冯平，崔广涛等人以暴雨和洪水为例，采用风险分析 的方法，探讨了多因素影响下的防洪计算问题。所建议的方法综合考虑了暴雨和洪水可能 不同频率这一普遍现象，为现有水文资料情况下，合理估算防洪风险，及确定设计洪水提 供了一条更符合实际的有效途径。 2 0 0 1 年，傅湘，陶涛f 7 0 1 发表了防洪风险决策模型的应用研究一文，该文章将三峡为 中心的防洪系统作为研究对象，通过工程技术分析，预选出若干防洪综合措施的有限方案 集，运用多目标风险决策优化模型，求出各方案的评价指标，并用效用理论选出最佳均衡解。 2 0 0 3 年，唐纯喜7 1 1 根据水利、交通工程规划设计的实际需要，按照水利水电工程 设计洪水计算规范的要求，结合河南省的特点，开发了一套中小流域设计洪水计算软件。 2 0 0 6 年，杜国志 刀在其博士论文中从资源管理的角度出发，研究了洪水资源管理的 基本理论，洪水资源化的模式与方法，进行了洪水资源化潜力与时机分析，从洪灾损失与 西安理工大学硕士学位论文 洪水资源利用两个方面系统进行风险分析，同时结合实际情况进行了实