图13.1.1所示为一引水系统，有压管道将水库的水引向水电站等用户并用阀门控制流量。当水库水位、阀门开度都固定不变时，有压管道中的水流是恒定流动。当阀门突然改变开度如关闭时，管道中压强会骤升，随之将出现附加压强正负交替变化的现象，由于水头损失等原因，这种正负交替的附加压强会因能量耗损而逐渐变小并最终消失。这种现象称为水击或水锤，水击过程中的压强增大有时会达到很高值，常引起管道振动甚至破坏等事故，所以必须予以充分重视。当阀门突然开启时，管道中同样会发生水击现象，不同的是管道中的压强先是骤降，然后附加压强正负交替并逐渐减小。由此可见，水击实际上是一种有压管道非恒定流动现象，下面对其产生过程作一简要介绍。

图13.1.1

设横断面为圆形的简单管道长为l，直径为d，阀门关闭前管中恒定流的断面平均流速为v0，管中各断面压强也是恒定的。现令阀门突然关闭，这时紧靠阀门的d x微小管段内的水体首先受到影响而停止流动，速度由v0骤降为零，如图13.1.2所示，根据动量定律，这层水体必然受到来自阀门的作用力，速度骤降必然伴随着压强骤升，于是在紧靠阀门的微小管段中，压强首先骤升，设其升高值为Δp，由于Δp一般较大，所以受到影响的这一微小管段中的水体会被压缩，水的密度增大，而这一微小管段的管壁也会因压强的增大而膨胀。在这一过程中，d x管段上游的流动尚未受到阀门关闭的影响，水体仍以速度v0向下游流动，只有当紧靠阀门的微小管段d x中因水体压缩和管壁膨胀而让出的空间被上游来水填满时，d x管段上游的水体才受阻而停止流动，其结果如同碰到完全关闭的阀门一样，于是紧靠d x管段上游的微小管段中水流速度由v0骤降为零，同时压强骤升Δp，水体被压缩，管壁膨胀。这样一小段一小段地将阀门关闭的影响向上游传播，一直传到管道的进口断面处，这是水击波传播的第一阶段，如图13.1.2 （a）、 （b）所示，这一阶段中，水击波所到之处压强就升高Δp，所以称之为增压波。由以上分析可见，阀门关闭这一扰动是通过弹性介质（即水的压缩性和管壁的伸缩性）向上游传播的，有一定的传播速度c，传播速度c的大小和水的压缩性以及管壁的伸缩性有关，液体压缩性越大，管壁的伸缩性越大，水击的传播速度c就越小，反之则传播速度c越大。

图13.1.2

若阀门突然关闭时间为t=0，则当t=l/c时，增压波传播到进口断面B处，这时，全管段的水流速度为零，压强升高为Δp，水的密度加大，管壁处于膨胀状态。但是，由于上游水库体积很大，库中水位不变，于是有压管道进口断面B处压力不能平衡，B断面的一侧是管道，压强为p0+Δp，另一侧是水库，压强始终保持p0，于是，在紧靠B断面的一小段管中，水体将在这一压强差Δp的作用下产生流动，流动方向指向水库。按照动量定律，其速度也应为v0。在产生速度v0的同时，这一小管段将解除水击压强，水的密度和管径恢复原状，紧接着邻段水体解除水击压强，依此类推将逐段解除水击压强，形成从进口断面向阀门方向传播的减压波，减压波所到之处，压强将恢复原压强。这是水击波传播的第二阶段，如图13.1.2 （c）、（d）所示。

当t=2l/c时，减压波到达阀门处，这时，全管压强恢复到原来的压强，并且全管都具有向上游方向的流动，速度为v0。但是，由于阀门处于全闭状况，无水补充，以致阀门处一小段管内的水体首先停止流动，速度由-v0变为零，同时该处压强降低，降低值仍为Δp，水体密度相应减小，管壁收缩。紧接着相邻水体相继停止流动并压强降低，形成由阀门处向上游传播的减压波，减压波所到之处，压强将降低Δp，这是水击波传播的第三阶段，如图13.1.2 （e）、（f）所示。(www.daowen.com)

当t=3l/c时，全管段处于低压状态，水体又停止了流动。但是，此刻因进口断面处管道一侧的压强比水库一侧的压强低Δp，所以在压强差Δp作用下，水又以速度v0向管内流动，首先是在紧靠进口断面的一小段管中产生流动，同时压强恢复到原压强，然后逐段自进口断面向阀门方向传播，形成增压波，增压波所到之处，压强降低现象解除，压强、水的密度、管径均恢复到原来的正常情况，这是水击波传播的第四阶段，如图13.1.2 （g）、（h）所示。

当t=4l/c时，增压波传到阀门处，全管又恢复到正常情况，这时管中水流速度为v0。但是，由于阀门是全闭的，流动在阀门处受阻，于是一切和t=0时阀门突然关闭的情况一样，水击波的传播又将重复上述四个阶段并周而复始地进行下去。阀门处的压强将如图13.1.3中虚线所示。但是，由于水头损失等能量耗损，水击压强会逐渐衰减，阀门处的压强应如图13.1.3中实线所示的状况。

图13.1.3

在上述讨论中，假定阀门是瞬间关闭的，实际上阀门关闭，总有一个时间过程，如果阀门关闭时间Tz小于2l/c，根据以上分析可知，从进口断面处反射回来的减压波还没有到达阀门处之前，阀门已全部关闭，也即阀门处管中流速已降为零，在这种情况下，阀门处最大的水击压强值和阀门突然关闭情况下水击压强的大小是相同的，这种水击称为直接水击。

如果阀门关闭时间，Tz大于2l/c，则阀门尚未完全关闭以前，减压波已到达阀门处，所以在这种情况下阀门处的最大水击压强比直接水击的水击压强要小，这种水击称为间接水击。