淺談長距離輸水管道設計中應注意的問題

【摘 要】結合筆者對長距離輸水管道在設計中防護技術與安全措施的運用，提出各種水力計算的分析方法與實際運行的比較，為長距離輸水管道的設計提供借鑒和參考。

【關鍵詞】輸水管道；水力計算；安全措施

On the long-distance water pipeline design should pay attention to the problem

Wang Zhen-ye

(Turfan regions Water Resources and Hydropower Survey and Design Institute Turpan Xinjiang 838000)

【Abstract】The combination of the author the use of protective and security measures in the design of long-distance water pipelines， proposed a variety of hydraulic calculation methods of analysis and comparison of actual running， providing reference for the design of long-distance water pipelines.

【Key words】Water pipelines;Hydraulic calculation;Safety measures

隨著水利部全面解決農村飲水安全問題目標的提出以及各地區國民經濟的發展，城市建設規模不斷擴大，工業建設速度迅速加快，人民生活水平也隨之相應提高，城市工業和生活用水量急劇增加，城市用水的緊張狀況日益嚴重。故不少城市、工礦企業及農村飲水不得不到數十公里甚至數百公里以外尋找能滿足水量、水質要求的新水源，因而長距離輸水工程也逐漸增多。在長距離輸水管道設計時存在諸多要解決的問題，下面就此闡述幾點看法。

1. 管材的選擇

常用的管材有鋼管、球墨鑄鐵管、預應力混凝土管、玻璃鋼管、超高分子量聚乙烯管、預應力鋼筒混凝土管(PC-CP)等。應結合項目區地質情況及受水區要求的保證程度、資金等全方位綜合考慮，進行管材優選。

2. 水力計算

管徑的選擇可以通過Q=AV來初選管徑，然后根據水力計算優化管徑。在水力計算時，一般是按照均勻流計算，普遍采用的公式有：

（1）Darcy公式：hf= λlv22gd

（2）Chezy公式：V= CRJ

（3）Hazen-Williams公式：

hf=10.67Q1.852l C1.852hd4.87

式中：hf——沿程水頭損失（m）；λ——沿程阻力系數；l——管道長度；d——管道計算內徑（m）；g——重力加速度（m/s2）；C——謝才系數（m1/2/s）；J——水力坡降；R——水力半徑；Q——管道流量（m3/s）；V——流速（m/s）；Ch——海曾·威廉系數。

上述三式中（1）、（2）式不僅適用于管道流，同時也適用于明渠的水力計算。（3）式的計算參數較少，是一個廣泛應用于管網計算的傳統公式。上述三式與管道內壁粗糙程度相關的系數軍事影響計算結果的重要參數。

筆者根據近幾年長距離輸水管道的設計計算，（1）、（3）是應用較多，通過與實際過流能力及水損實測情況比較，（1）式在采用Colebrook-White公式計算出的λ值與商用圓管的阻力吻合最好。

3. 連通管的設置與閥門的選擇

根據規范要求，長距離輸水管道宜選用兩條管線，以滿足檢修需要，當其中一條檢修時供水量應不少于設計供水量70%，若兩條管線并行，應考慮設置2處以上的連通管，在每根連通管處的主管上下側設置2個閘閥，連通管處設置一個閘閥，共5個閘閥，以達到分段檢修目的。同時兩條管線應考慮一定的安全距離以防止沖刷破壞，同時也利于檢修。

連通管和連通管閥門僅在輸水干管發生事故或檢修時短時間使用，在不影響使用的情況下，盡量選擇管徑小一些的。當兩條輸水干管的管徑相同時，連通管和連通管閥門宜選擇比輸水干管小一號的管徑，當兩條輸水干管的管徑不相同時，連通管及連，通管閥門應采用較小輸水干管的管徑。

4. 排氣閥的設置

管道初次輸水時，管道內存有空氣，管道運行時，實際上是水汽兩相流。因此在長距離輸水管道設計時，必須重視排氣閥的設置，其數量應根據沿線地形、地質情況，合理確定管道的縱向布置，一般人為的每隔一定距離布置成一個高點，在駝峰處布設排氣閥，防止管道發生氣蝕和振動以影響管道輸水及安全。根據《城鎮供水長距離輸水管（渠）道工程技術規程》規范要求，壓力輸水管道上的隆起點及每隔1Km左右應設一進氣排氣閥，對于長距離輸水管道，盡可能采用復合式排氣閥，以利于管道在壓力較高時實現微量排氣。

5. 水錘防護

水錘是壓力管道系統防護的重要內容，在長距離輸水管道中，流速變化是經常出現的，管道中流速變化時，致使管道中水的壓力的升高或降低，在壓力低于水的汽化壓力時，水柱就被拉斷，出現斷流空腔，在空腔處的水流彌合時將產生強烈的撞擊，管道中的水升壓，形成水錘。水錘有啟動水錘、關閉水錘、停泵水錘。一般啟動水錘不大，只是真空情況下，管中空氣不能排出而被壓縮時才會加劇水位壓力的變化；關閉水錘在正常操作時不會引起過大的水錘壓力；但由于突然停電或事故停泵所產生的水錘往往較大，水錘壓力值可達到工作壓力的1.5~3倍。一般采取技術工程措施加以防護，在水泵出口處設置水錘消除器、緩閉止回閥、安全閥、超壓泄壓閥等形式以防止水錘危害。

對于重要工程建議采用水錘數值模擬計算，這樣一方面能保證工程的安全，另一方面能做到對工程的優化，比如說排氣閥、超壓泄水閥的設置問題等也能更趨于合理。

6. 結語

在長距離輸水管道設計中，管道投資占輸水工程的絕大比重，管材、管徑及工作壓力的選擇必須根據工程規模、重要性、地形地質等進行經濟比較綜合分析確定，許多技術及安全措施還有待更深入的研究與提高。

參考文獻

［1］ 李煒等。《水力計算手冊》（第二版），中國水利水電出版社，2006.

［2］ 《城鎮供水長距離輸水管（渠）道工程技術規程》CECS193:2005，中國計劃出版社.