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水 利 学 报

2025 年 6 月 SHUILI XUEBAO 第 56 卷 第 6 期

文章编号：0559-9350（2025）06-0705-12

复合管道水击波速的计算

杨开林
（流域水循环模拟与调控国家重点实验室 中国水利水电科学研究院，北京 100038）

摘要：水击波速是计算管道水击压力的关键参数，复合管道水击波速的准确计算是一个亟需解决的科学问题。本
文根据水击波速的原始定义，建立了水击波速与管道内壁周向应变率的函数关系，以及周向应变率与周向、径向
和轴向应力变化率的函数关系。在此基础上，考虑复合管各层应变率、交界面压力、管材力学参数和结构尺寸等
的相互影响，提出了准确计算复合管水击波速的通用公式。通过对影响通用公式各因素的解析，导出薄壁复合管
（包括薄壁衬砌隧洞和地下埋管）水击波速的近似公式，然后分析了传统复合管水击波速公式存在的问题及适用条
件。最后，通过算例证明：（1）对于含有厚壁层的复合管道，应该采用准确计算水击波速的通用公式；（2）传统的
复合管道水击波速公式仅适用于薄壁复合管；（3）PCCP 管的水击波速在 945 ~ 1184 m/s 之间；（4）当管道地下铺设
时，受回填土的影响，管道水击波速略微增加，影响较小。
关键词：复合管道；水击波速；应变率；厚壁管道；薄壁管道；隧洞
中图分类号：TV136 文献标识码：A doi：10.13243/j.cnki.slxb.20240460

1 研究背景

有压输水系统水力过渡过程数值仿真和水击（水锤）防护是工程设计和运行安全的重点课题 ［1-2］ ，
［6］
［5］
［4］
［3］
Wylie 等 、Chaudhry 和克里夫琴科 在这方面作了开创性的工作。杨玲霞等 对水击基本方程进行
［7］
了改进。Yang 研究了增加水泵机组转动惯量 GD ，以防止管道低水压液体出现汽化现象。近几年来，
2
［8］
［9］
杨开林研究了先导式泄压阀水力瞬变的数值仿真 ，提出了新的空气阀水力瞬变数学模型 ，利用空
气阀形成空气阀调压室 ［10］ 和水击补气式压力罐 ［11］ 以提高水击防护的效果，以及空气阀进排气孔径的合
理选择方法 ［12］ 。
水击波速是计算管道水击压力的关键参数，因为水击压力的大小与水击波速成正比 ［3-5］ 。早在 160
多年前，Menabrea 就提出了刚性管道、弹性水体条件下的水击波速公式，Kortweg 考虑管道的弹性，
［4］
提出迄今常用的薄壁管道水击波速公式 ：
a = ( K/ρ)/ (1 + KD/ (eE ) ) （1）
式中：a 为管道水击波速，m/s；K 为水体的体积弹性模数，Pa；ρ 为液体密度，kg/m ；D 为管道直径
3
（内径），m；e 为管壁厚度，m；E 为管材的杨氏弹性模量，Pa。
在 1970 年代，Wylie 等 考虑了管道支撑情况的影响，对 Kortweg 水击波速公式进行了修正，同
［3］
时，在其他人研究的基础上，给出厚壁管道、圆形隧洞、带衬圆隧洞和混凝土管水击波速的公式。与
［5］
此同一时期，柯莱克提出了复合衬砌隧洞的水击波速公式 ：
a = ( K/ρ)/ (1 + K/K c ) （2）

收稿日期：2024-07-20；网络首发日期：2025-06-05
网络首发地址：https：/link.cnki.net/urlid/11.1882.TV.20250605.0953.001
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作者简介：杨开林（1955-），教授级工程师，主要从事水力瞬变研究。E-mail：yklciwhr@sohu.com
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