长距离输水管道系统会受到地形条件、建筑物等外界因素的限制，造成输水管线起伏较大，水流条件不稳定，容易产生复杂的水力瞬变现象。特别是当水泵突然发生事故停泵时，输水管道上会发生水柱分离及再弥合现象，严重时会造成管道断裂、供水中断、损坏设备，产生巨大的经济损失。空气阀作为必不可少的水锤防护措施，对其防护效果及参数优化的研究有着重大的实际意义。本文首先对水锤的基本微分方程及用于水锤计算的特征线法进行了详细的介绍，建立了各种基本边界条件、事故停泵边界条件和空气阀边界条件。然后，介绍了空气阀在长距离输水管道中的作用、空气阀的类型及空气阀的工作原理，并结合工程实例，对稳态工况和事故停泵工况进行水力分析，分别对无任何防护措施、泵后止回阀两阶段关闭、安装一阶段关闭空气阀、安装两阶段关闭空气阀等四种工况进行了数值模拟，对一阶段关闭空气阀和两阶段关闭空气阀的水锤防护效果进行了比较，并利用商业软件对程序模拟结果进行校核。最后，对空气阀的安装位置、进排气系数、进排气面积、临界压力以及泵后止回阀的关闭规律等各参数进行了优化研究，并对其进行敏感性分析，找出这些参数设置的规律。通过对空气阀水锤防护效果的研究表明：在长距离输水管道上合理的布置空气阀，可以有效地降低管道中的负压现象，但正压会有所增大。一阶段关闭空气阀和两阶段关闭空气阀对负压水锤的防护效果相差不大，但对正压水锤的防护效果存在明显的差异，通过比较发现，两阶段关闭空气阀的水锤防护效果优于一阶段关闭空气阀。所以，在实际工程中应该选择两阶段关闭空气阀作为事故停泵的防护措施。通过对两阶段关闭空气阀各参数的优化研究表明：在实际工程中，应该结合水锤计算来确定空气阀的位置和孔径；空气阀的进气系数越大，水锤防护效果越好；空气阀的排气系数不能太大，也不能太小；两阶段关闭空气阀临界压力的大小，对正压影响不大，但对负压影响较大；泵后止回阀的慢关时间越长，最大压力越小，但倒流现象越严重；泵后止回阀的快关时间不能过大，也不能过小；泵后止回阀的快关阀门开度在一定的范围内越小，最大正压越小。