论文《关于水头损失根源的水力学理论探讨》录入

《首届中国城镇水务发展战略国际研讨会论文集》

    经国务院批准，建设部和国际水协（International Water Association，以下简称IWA）将于2006年9月10日至14日在北京国际会议中心举办第五届世界水大会，国务院有关部门和机构以及北京市政府将作为大会组委会成员单位。世界水大会是国际水协每两年定期举办的大型学术交流会，是全球水业界的盛会，每届大会参加人数达2500多人。这届世界水大会由我国参加举办，是首次在亚洲召开，将有利于促进世界水业先进理念和技术以及成功实践经验在中国及亚太地区的传播与应用，有利于扩大中国同世界各国水领域学术界和企业界的合作与交流，提高中国水行业专家和学者的国际影响。

    我公司投送的论文《关于水头损失根源的水力学理论探讨》经大会专家委员会评审后，决定予以录用，已先录入建设部2005年《首届中国城镇水务发展战略国际研讨会论文集》一书 。

    世界上的各种“重力流”与“压力流”输水工程都存在水头损失大、流量小、输水距离短、流速低、出水压力小、边远用户24小时不能正常出水、管道易生锈腐蚀、易爆管等通病。这些通病，在水工程领域，天生固有，似是基因遗传，其实不然，自“真空高速流”问世以后，我们即将上述“通病”确诊为水工程的“顽症”，可以医治的“绝症”。目前，我们已经“医治”了不少水工程的“不治之症”，前景看好。

    国际领先水平的“真空管道高速输水系列成套设备” 长年运行输水不耗用动力、无需人值守，应用改造大中型给排水、长距离引水、自来水配水、直饮水、分质供水、水库防汛溢洪、水库清淤、地下水自动回灌、大江截流、水力发电及深海自动采吸矿产工程等21领域，原工程的沿程水头损失降低到接近于理想流体，在管径、水头、动力及管网原有状态不变的情况下“突变”到前所未有的至高水平。其总水头损失可降低25%-80%，流速增20%-60%，出水高度比“重力流”高20%-40%左右；管网条件不变而增加的20%-60%的输水量以及对管（网）道的降压保护，无形中节省了该工程可观的巨额投资，中国输配水技术水平已超过发达国家。

说明：从水库、高位水池引水，总水头大于沿程水头损失、且管道需跨越比水源液面高八米以内障碍物的长距离引水工程，尤其是工程管道穿越山体、河流形成如同正弦曲线波形，管道与隧道连接，隧道直径比管道大，易窝气，且难于设置排气阀排气，气阻大，过流截面变小，实施引水成套设备后，整个工程运行不耗用任何动力，管道可以沿着地形曲折串接，不掺气，能自动从各出水口排气，不产生气阻，相同条件下，不仅可以比“重力流”输水形式提高输水流量15%-80%，延长输水距离40%，增加出水压力20%-50%，节能15%-20%，节省工程投资10%-15%，而且在防止爆管、管道锈蚀、均衡管压等诸多方面能发挥意料之外的神奇作用。

说明：负水头的长距离引水工程及城市加压的自来水配水工程，干支管铺设成树枝式或环状式管网，高差起伏大、弯头多、水管“窝气”的高凸处多，水头损失大。由于水泵的流量是恒定的，难以与用户总用水量取得—致，供求不平衡，不是浪费能耗，就是供水量满足不了用户需求，加上部分气体不断掺进管网，在流速较慢、水压偏低的水管中成为流体前进的阻碍，导致水泵对流体所作之功通过流体本身的能量传递效率随着管线的延长而超常降低，使城市不同方位的水压差别很大，。不少用户安装管道泵，不仅危及水厂加压泵的安全运行，而且经常造成某段水管“空管气堵”现象，水流在—定时间内难以逾越通过，影响正常供水。负水头或低水头的长距离给排水工程，可以先提水到高位水池后，然后“真空管道高速输水形式”引 水，将“压力流”输水距离尽量缩短，也就是把水泵作用于流体的机械能先转变成位差势能，使水泵的工作效率、扬程及流量在—定输水距离内，始终处于最佳运行状态，发挥最大的效益。余下输水管路则由“真空管道高速输水形式”的单泵单管取而代之。特别是超大管径的输水工程，不但可以增加整条管路的水充盈度，变有旋流为无旋流，降低沿程水头损失，使势能转变成动能的效率提高，流速加快，出水流量加大，促使整个工程的总效益提高。工程实施中又能减少排气阀设置数量及缩小设计管径，减少途中加压泵站数量及其它辅助设施，降低工程总投资。

说明：近距离低水头或负水头真空虹吸引水工程，由于城市地面比江河湖泊高，常规取水需将泵站设置在水源附近，投资大，且不便于管理，可在距离水源数百米内开挖一口深度达到要求的储水井，应用我公司特有的真空虹吸引水装置将源水无动力虹吸到井内，其虹吸高度最大可跨越水源液面垂直距离（水面距水管顶部）八米，深井内安装一台或数台潜水泵，再将水泵到净化池，可节省动力20%以上，真空虹吸流量大小由出口阀门标高与水源液面之间的位差计算决定的，计算中须考虑管道的水头损失。

    常规虹吸管采用抽吸管内空气形成真空负压，大气压将水压进管内形成虹吸，由于种种原因，其真空度较低，管径仅局限在600毫米以内，虹吸高度在6米以内，且会经常破坏真空，造成断水, 影响工程正常运行。

    长距离管道输送流体，水头大的采用“重力流”，水头小的或负水头的，采用水泵加压输水，或两者结合应用，管输，尤其是长距离引水，除采用上述两种输水形式外，还存在第三种输水形式：真空管道高速输水。

    对于地形起伏较大的长距离引水工程，沿程能量损失相对更大，管道末端的充盈度明显降低，流量随着管线的延长而超常减少。在输水管道 头部产生像“管道列车”保持高速行驶所必须的高真空，流体将以更高的流速前进，输水工程的效率(流量)能在原来的基础上大幅度提高，而工程管道流体压力受局部高真空的影响，形成“高速低压”状态，有利管网的安全运行。与“管道真空列车”真空部位设置在终点恰恰相反，“真空管道高速输水装置（简称虹吸流）”的真空部位却设置在输水工程的起点，当工程落差势能越大，真空部位在大气压作用下的吸流量随之迅速增大，成为整个输水工程的“加速调节器”，加上成套设备进水装置的科学结构，经“整流”后的流体不掺气、无涡流，具有自动驱除整个管网“窝存”气体与淤泥，使整个管网处于高真空控制下的输配水管网，其大大小小管道的管内水充满度快速达到100%，工程总水头损失比未改造前降低30%以上，出水压力增大，不少原来需要“二次加压”的高层建筑与边远地区用户，可以直接到水（更详细......）

引渤济锡海水西送工程

采用“真空流”输水形式初步设计方案

引渤济锡分以下四级提水

A 葫芦岛市 渤海  海拔0米

B朝阳市 纬度41.329670 、经度120.240825、海拔729米、距离110公里

C北十二家子 纬度42.195209、经度119.615290、海拔971米、距离120公里

D纬度42.949136、经度118.215660、海拔1263米、距离170公里

F纬度43.512850、经度117.518766、海拔1730米、距离110公里

E锡林浩特市  海拔1200米、距离130公里

引渤济锡海水西送工程，按照常规设计，必须先用水泵提升的“压力流”到一定的高度，再用管道依靠落差自流的“重力流”输水形式到一定距离后，再次提水后“重力流”，按600公里行程需要七级加压提水，因为PVC管不能承受较大的压力而受到制约。常规“重力流”输水形式，长距离输水管道沿途必然窝存大量气体，使管道过流截面变小，埋深度达数十米深的管道（或隧洞）难以设置排气阀，必然影响整个工程的输水效率。即使排气阀能正常排气，但“重力流”输水形式的各进水口不可避免、持续不断地掺入大量气体，对如此长距离引水工程是个无法回避、又必须解决的重大难题。

我们建议的方案是，从辽宁葫芦岛吸取较为深度的洁净渤海水，通过提扬工程将渤海海水分四级或五级提升到海拔1700米左右的高度，最后130公里到达海拔1200米内蒙古锡盟锡林浩特市。输水线路长640公里(锡盟距渤海湾仅600公里)，全程几乎采用隧洞输水，隧洞采用城门洞式，高4.5米~5米，宽4.5米，内不铺设管道，直接以隧洞代替管道，做好衬砌、防渗漏、防塌方、加固等工作。

近距离提水到高位水池，然后采用“真空流”输水替代“重力流”输水形式，，其流量平均大于常规“重力流”15%以上，引渤济锡海水西送工程地形路况如此复杂，流量提高30%很有可能。动力采用风能，据权威部门发布的可靠信息，我国的风能技术达国际领先水平。

    “真空流”输水科技系福建省泉州市丰泽大禹真空输水科技有限公司历经20年的研创，达国际领先水平，目前，国内不少“重力流”长距离引水工程、自来水配水工程纷纷要求改造成为“真空流”输水形式，已改造完成的工程均取得提高流量40%~115%的优异效绩，该高新科技已应用上百项工程，有关技术的两篇论文分别入选由国家建设部、水利部、发改委、环保局联合召开的2006年及2007年的国际水资源大会论文集。详情可参考该公司网页http://www.water7788.com

采用“真空流”输水，全程几乎采用隧洞输水，水泵提水到高位水池后，其优势较“重力流”输水形式有以下8点：

1.         全程几乎采用隧洞输水，隧洞承受压力大，可将七级加压提水缩为四级，增大每级的输水距离和水头；

2.         全程几乎采用隧洞输水，隧洞代替管道，可节省数亿巨大资金投资、并缩短工期；

3.         采用“真空流”输水替代“重力流”输水形式，若动力、管径、投资相同，其流量可增加15%~30%；

4.         “真空流”输水形式全程无须排气，因其在进水口已杜绝气体的掺入、确保全程满管（洞）运行；

5.         “真空流”输水形式全程满管（洞）运行，无气蚀作用，确保隧洞使用寿命延长数倍，竣工后几乎无须维护

6.         全程几乎采用隧洞输水，隧洞内表面粗糙度、起伏、弯曲几乎不影响海水的运行输送，减少征用大量土地；

7.         其流量比“重力流”可增加15%~30%，从而节省大量能源动力；

8.         全程几乎采用隧洞，减少大量工程物质的运输，减少通往沿程隧洞道路的建设和维护;

           电话：0595-22911751

          Email: weng@public.qz.fj.cn

工程实际问题解答

1：一项长距离引水工程，需要安装几套“真空高速输水成套设备”？

答：一般高水头引水工程，仅需安装一套“真空高速输水成套设备”，即可满足工程流量需求； 低水头或负水头的长距离给排水工程，按常规设计需三级（或三级以上）泵站提水，改造成或采用“真空高速输水”形式，至少可将三级（或三级以上）泵站减少一级或一级以上，既可减少泵站的建设投资、征地费用、耗能费用以及人员值守，在减少泵站的同时又增加工程输水量20%以上。

2：应用“真空高速输水成套设备”，如何界定长距离引水工程？

答：从水库引水到水厂、水厂清水池到用户以及常规的长距离引水工程，短则一公里，长则上百公里，均属长距离引水工程，都可以应用“真空高速输水成套设备”提高工程输水量。地形起伏越大，提高工程输水量的效果越明显。

3：原“压力流”长距离引水工程，如何应用“真空高速输水成套设备”提高工程输水量？

答：原“压力流”长距离引水工程，在工程水源处附近，尽量在原“压力流”主管道经过之处附近，找一标高50米以上的山丘，在山丘上建一高位水池，利用原来泵站及主管道提水进高位水池，在高位水池内安装“真空高速输水成套设备”，嫁接到截断后的主管道，这样就完成了“压力流”改造成“真空高速输水”的全过程。

4：高位水池的容量需要多大？

答：只要满足进出流量平衡即可。可根据工程流量大小决定，进流量应该稍大于出流量，以防止“真空输水”的真空受到影响和破坏。

5: 长距离引水工程提高流量后，管内水压会不会增加？

答：流量增加后，流速加快，管内水压不增加，反而有所降低，这是整条管路水压受吸水头部真空及流速增加的影响所致，有利于整条管路的承压能力，避免爆管。

6: 长距离引水工程及配水工程的流量设计计算与实际流量为何差距大？

答：任何一项长距离引水工程或配水工程的流量设计计算，工程设计者无论根据何种公式，计算结果差距都相当大，原因应该归结为某种公式是根据某特定的工程结果得出的经验公式，而该特定的工程与拟设计工程的气阻大小完全不同，气阻的大小与管道的直径、输水距离、水头，尤其是工程铺设的管道起伏大小有着科学的对应关系，在目前，其规律尚未清楚，所以，流量设计计算与实际流量为何有较大差距的问题自然存在，不足为奇。“真空流”的出现，它将使“重力流”以及“压力流”引水工程及配水工程的流量达到最高的流量极限，相信在不久的将来，一种准确计算工程流量的公式将要诞生，它就是根据数十项“真空流”实施工程的实际流量，经过科学分析、演算而演化而来的，工程设计与实际流量都将趋于一个计算结果，其最主要原因是工程不考虑气阻的存在！

7：长距离引水工程及配水工程为何要改造成“真空流”？

答：目前任何水工程的进水口均是管口敞开，即使是管口有拦污栅，它在进水时必然形成涡流，该涡流就像倒立的龙卷风延伸到水面，不断地吸取大气并将溶解在水里的空气掺卷进管内，而“真空流”能完全杜绝空气进入，有人会疑问：‘真空流’运行时水体不也溶解空气吗，为何不掺卷气体，这就是安装在进水口处的“真空整流装置”结构的奥秘，从外表看，“真空整流装置”在吸水时，水是由下而上进入管道，水面十分平静，大气压均匀作用在液面将水“整流后”压入管道的真空度最高处，然后落差势能再将流体“拉牵”，完成流体运行的全过程。“真空流”不但不掺卷空气，而且在一定的时间内可将管内（包括管网）的所有窝存气体百分百从所有的出水口排除，管道或管网一旦全部满管，能量传递效率提高，流速加快，流量必然大幅度提高，其提高的幅度大小与管道崎岖起伏大小正好成正比。在配水工程，其出水压力增加，原来自来水上不了的多层楼层都能出水，包括用水高峰期，某城市经过改造，从九层楼一下提高到十九层；配水范围扩大，在标高允许的情况下，输水距离甚至可延长一倍以上，这决不是神话！当然，这现象难以让某些人理解，尤其是饱读经书的“专家们”，我们所有接受的工程，几乎是业主三番五次聘请当地、本省甚至国家屈指可数的专家长期论证后束手无策后找到“真空输水”才解决问题。1996年，上述提到某城市经过改造，自来水从九层楼一下提高到十九层，建设部一位在场专家不理解，又千里迢迢请来一位德高望重的大专家，他一看到如此现象，既接受事实，但否认“真空流”有特殊功能，认为该城市原来的“重力流”配水也能上到十九层，运行又中途改成“重力流”，仅几个小时，供水楼层又回落到几十年来老样子，他虽然理屈，但放下一句话令人寻味：“这没有理论支撑”！实践是检验真理的唯一标准，“真空流”不但会克服管流的种种阻力，而且也能冲破几百年来根深蒂固的“理论支撑”，谱写新的篇章，还其真实的面目。

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