由于我国水资源贫乏并且在空间与时间的分布上极不均匀，再加上水源污染现象严重，导致了一些城市的河流已经不能作为饮用水水源，而不得不考虑跨流域、跨地区地进行长距离引水。到目前为止，我国已经成功实施了许多长距离引水工程，比较著名的有上海市黄浦江上游引水工程、天津市“引滦入津”工程、大连市“引碧入连”工程等。
长距离输水工程投资巨大，对安全性要求很高，而管线中不可避免地存在着大量空气，空气的存在不仅会降低输水效率，甚至会危及供水安全。解决这一问题最常见也是最有效的方法就是在管线的适当位置安装恰当的空气阀。
一、输水管线中滞留空气的来源及危害
1、输水管线中滞留空气的主要来源
一是管线刚通水时未能排出的空气;二是水压下降或者水温升高时，水中溶解态的空气被释放出来并在系统中聚积;三是系统处于负压时，从空气阀或者其他附件中被吸入的空气;四是从敞开的水源取水时带入管道的空气。
2、输水管线中滞留空气的危害
管线中的空气被水流带动沿管道前进，到管道纵断面中的各段顶点，再进一步聚集积存而形成气囊。由于气囊的加大而使水流有效截面逐渐变小，管内水的流速也就随之逐渐加大，当流速大到一定程度后，水流开始带动气囊前进。它不但增加输水管线的水头损失，还会引起管道振动失稳和漏水，甚至造成爆管。
二、长距离输水管线中设置空气阀的必要性
1、消除气囊运动带来的危害
如前所述，输水管线中气囊运动危害大，为防止管中积气形成气囊，需要在管线适当位置设置一定数量的空气阀，以消除排气不畅造成的严重后果。
2、消除水锤带来的危害
水锤是长距离输水管线的一个潜在威胁，常造成工程事故。特别是断流弥合水锤的水压升值很大，一般会达到管线工作压力的2～4倍，极易造成爆管停水。研究表明，在断流弥合水锤产生时，若管道在合适地方设有空气阀，可及时对负压区进行补气，从而有效控制水锤的发生，消除安全隐患。
3、使系统检修时泄水通畅
输水管线出现事故而停水检修时，需放尽管内存水。此时，管线纵断面最高处应设置补气装置给此管段补气。它一方面可以使泄水阀排水通畅，另一方面，可以防止此管段因较高负压而导致管道受损甚至爆管。
三、空气阀的分类及结构
空气阀是排气阀和补气阀的总称，我国工程技术界一般用排气阀特指空气阀，但这并不表示其不具有补气的功能。国外在此方面区分比较严格，其生产的空气阀有的专门只管补气，有的专门只管排气。
1、国内常见的空气阀
目前国内市场上常见的空气阀按结构形式分为3类：浮球式排气阀、杠杆式排气阀、气缸式排气阀。
A、浮球式排气阀
浮球式排气阀有单口、双口、复合式双口之分。浮球式排气阀的高速排气部分排气速度较快，气流少而带水雾、多段水柱、气柱相间或多个气囊的条件下未排完气就会迅速关闭，仅靠3mm～5mm排气口微量排气，有效排气量很小。
B、杠杆式排气阀
杠杆式排气阀工作性能良好，唯一的缺点是有效排气口小，排气速度可能远小于设计工况。
C、气缸式排气阀
由浮筒杠杆控制气缸内气动膜片动作使阀体上大排气口启闭。其特点是克服了上述排气阀的缺点，快开缓闭，排气迅捷彻底，可提高管道过水断面利用率、减阻节能、安全供水。少量气体可通过微孔排出，管道出现负压时可注气缓冲水锤升压，可较好地满足工程设计要求。
2、国外市场上使用的空气阀
国际市场上使用的空气阀以以色列A.R.I.FlowControlAccessories公司生产的空气阀系列产品最为常见，其空气阀按结构特征也分为3种类型：动力空气阀，自动空气阀，组合式空气阀。
A、动力空气阀（又名“低压、大口径”气阀）
动力空气阀具有以下作用：系统刚通水时，以大流量向管外排出空气;系统检修而泄水时，以大流量向管内补入空气;系统处于负压时补入空气，以避免系统负压危害。
动力空气阀的结构与工作特点如下：排气孔几乎和其与管道连接部件的尺寸一样大，这样可以保证不管是向管外排气还是向管内补气时，都能满足大的气流量和小的压力波动的要求。
在管线正常运行条件下，管内的压力使阀体内的球停在与基座封闭的位置，直到管内压力下降，特别是降至大气压以下时，球才离开基座。当管内无水时，排气阀保持开启状态，直至通水后水流将浮球升至关闭位置，浮球一旦处于与其基座接触的位置并同时承压，排气孔就关闭。
B、自动空气阀（又称“高压、小口径”气阀）
自动空气阀的作用是排出聚积在压力输水管线纵断面凸出顶端的空气。
自动空气阀的结构与工作特点如下：阀孔径相对较小，除了空气聚积在阀腔内的情况外，通气孔都是被浮球以高于大气压的压力封闭着。当阀腔内聚积的空气将腔内液体压至一定的液位时，浮球下降并离开通气孔使聚积的空气从孔中排出;当水面再次上升后，浮球重新关闭通气孔。
C、组合空气阀（又称“双口径”气阀）
组合空气阀具有以下作用：在很多情况下，管线中的某个点既需安装“大口径”的排气阀，也需要安装“小口径”的排气阀。这时，可安装一个集这两种排气阀功能于一体的组合空气阀。它将动力空气阀及自动空气阀的功能合二为一，表现为系统刚通水时，以大流量向管外排出空气;系统检修泄水时，以大流量向管内补入空气;排出聚积在压力输水管线纵断面顶端的空气。
组合空气阀的结构与工作特点如下：下半部分为大口径气阀，上半部分为小口径气阀。管线通水或者检修泄水时，主要是下半部分工作;管线正常运行时，下半部分阀孔紧闭，上半部分的小阀孔定期自动排出聚积在阀体顶部的空气。
四、空气阀选型方法及其在管线中安装位置的确定
1、空气阀的选型
选型是指根据输水管线的原始资料，如流量、压力、管材、管径以及各管段节点标高、泄水阀口径等数据来确定空气阀的抗压等级、补气和排气量，从而选用合适的型号。下面是以色列A.R.I.FlowControlAccessories公司在设计空气阀结构尺寸时所采用的方法，其步骤简述如
下：
首先，要提供管线纵向资料、管径、流量以及其他相关信息。
其次，给定其他
调节阀的位置，例如
截止阀、排水阀等用来控制管线或管段通水、排水的
阀门。
第三，采用“海曾—威廉”方程计算出水锤发生时（此时发生水锤处突然出现负压）每个管段所需要补入的气量：
式中：Q为水锤时所需的补气量，m
3/s;S为水力坡度，mm：D为直径，m;C为“海曾-威廉”常数。
第四，采用孔口出流公式，计算管段停水检修放空时，管段所能达到的最大排水流量：
式中：Q
drainage为泄水时所需补气量，m
3/s;C
d为排水阻力系数，取0.6;g为重力加速度，取9.81m/s
2;Δh为排放点与最高点之间的高程差，m;D为泄水阀口径，m。
计算出管段的最大泄水流量后，就可以根据水与空气容积平衡原理确定空气阀的补气量，从而确定其口径和型号：
可得空气阀通气孔孔径为：
式中：v
1为阀孔处气流速度，40m/s～50m/s;D为输水管道直径，mm;v
2为输水管线泄水或者充水时最大流速;!为系数，一般取0.9。
2、空气阀安装位置的研究
在确定长距离输水管线中的空气阀安装位置时，我们一般采取以下原则：
一是安装在输水管线中纵断面的隆起位置（也称膝点或驼峰处）;二是安装在管线水力坡度发生改变的位置;三是安装在管道坡度发生改变的位置，特别是坡度骤变点的前端和后端;四是在坡度较小或长直管线上，每隔500m～1000m安装1个空气阀;五是应在沿水流方向升高的长管线末端设置空气阀。
五、结论
我国给水排水界许多工程技术人员对输水管线补气和排气的重要性认识不足，在实际工程中易造成管道水头损失剧增、管道输送能力减小甚至爆管。因此，正确认识输水管线补气和排气的重要性，合理选用及安装空气阀在保障长距离输水管线安全运行上具有重要意义。
参考资料
杨晓东，朱满林，李郁侠。装有进排气阀的长距离压力输水系统水锤计算研究（J）。水利学报，1998（增刊）：17-19。
王亚平，薛东娥。输水管道中气囊运动危害及防护（J）。水力采煤与管道运输，2001（1）：1-4。
杨玉思，张世昌，付林。有压供水管道中气囊运动的危害与防护（J）。中国给水排水，2002（9）：32-33。
