1.3 瞬变流模拟与控制在调水工程中的作用

调水工程通常具有线路长、流量大、控制性建筑物多、水流条件复杂的特点。输水系统在流量调节、闸门操控、水泵启闭等情况下，都会形成管路系统中的压力和流量的急剧波动。瞬变流形成的压力和流量波动通常会超过恒定流设计情况下的极限值，因此，可能导致水压力过高，造成爆管、阀门损坏、管道变形、空蚀破坏、负压和脱空、以及明满流交替等现象，严重时导致供水中断和生命财产受到危害。在工程设计和运行中，输水系统的瞬变流问题是工程安全和系统稳定的重大隐患。为了控制和防止输水系统中瞬变流的危害，需要在设计阶段就对系统的瞬变流特性进行研究和分析，并制订相应的防护措施，以防止瞬变流可能导致的危害和风险。

在调水工程中，瞬变流的研究主要包括以下两个阶段。

第一阶段是对可能发生的瞬变流过程进行模拟和预测，即通过数值模拟预测输水系统的闸门、阀门、水泵等控制性建筑物在开启、关闭和调节过程中产生的瞬变流过程，获得不同调节工况下管道的控制点的压力、流量随时间波动的过程，全线的最大、最小压力分布，控制系统的流量和压力随时间变化的特性等。通过瞬变情况下的流量、压力、水位等随时间变化的过程，分析瞬变流可能带来的风险和危害。

第二阶段是对瞬变过程中可能带来的危害的预防和控制。这一阶段的主要任务是选取合适的瞬变流防护设备，如调压井、空气阀、减压阀、空气调压室等，并制订最优的调度和操作方法，控制瞬变过程中的高压、负压和波动幅度，以确保不同瞬变流情况下满足系统的安全。

瞬变流的模拟与控制在调水系统的设计和运行阶段都非常重要。瞬变流模拟和预测可以为设计和运行部门提供重要的水力特征参数，可以有效地避免瞬变流带来的危害，并且通过优化设计和运行来提高输水系统的稳定性和安全性。