夾馬口擴建灌區泵站出水管選擇方法

張艷玲

（運城市水利勘測設計研究院，山西 運城 044000）

夾馬口引黃灌區是山西省一座大型電力提水灌溉工程，主要灌溉臨猗縣峨嵋嶺以南的階地，設計灌溉面積3.4萬hm2，涵蓋臨猗、永濟2縣10個鄉鎮，對當地工農業生產發展發揮了重要作用。雖然臨猗縣垣上9個鄉鎮的4萬余hm2耕地，土壤肥沃，光照充足，但由于干旱少雨，糧棉產量較低，因此必須發展引黃灌溉工程。夾馬口管理局根據當地實際條件，在一級站引水的基礎上，在臨猗泉杜擴建二級泵站，從一級干渠引水，經過加壓泵站，控制臨猗以北垣上2.73萬hm2耕地的灌溉，從根本上扭轉當地農民靠天吃飯的局面。

泵站是灌區的樞紐部分，泵站出水管在渠道和泵站之間起著連接和承上啟下的作用，下面就泵站出水管的選擇作一簡單闡述。

1 管徑確定

影響輸水管道直徑選擇的因素較多，不僅與管道通過流量、流速有關，而且與管材費用、施工條件、運行費用及投資償還年限等密切相關。

水泵的吸水管采用直徑1 000 mm的鋼管，管內流速為1.9 m/s，出水支管采用直徑900 mm的鋼管，管內流速為2.35 m/s。出水管路起坡后，管路長5 465 m，采用并聯運行，并聯后為3根管道，單根管道過水流量為4.5 m3/s。

水力計算公式為：

式中：h損——沿程損失，m；

L——管線長度，m；

n——管道糙率，取0.013 2；

Q——過水流量，m3/s；

d——管道直徑，m。

經計算，直徑為1 600 mm的鋼管的沿程損失為16.1 m；直徑為1 800 mm的鋼管的沿程損失為8.63 m。

當水在管道中流速增大到一定程度時，會對輸水管造成一定壓力。在流量不變的前提下，流速愈小，管徑愈大，工程造價愈高，但運行費用較低；反之，流速愈大，管徑愈小，造價相應較低，但水頭損失和運行費用隨之增加。因此，在選取經濟流速后，應進行技術經濟比較。

當流量為4.5 m3/s時，若選擇直徑1 600 mm的管道，管道流速為2.24 m/s，根據預應力混凝土管的規格，最大工作壓力為1.2 MPa，因此需采用735 m長預應力鋼筒混凝土管（PCCP管）和4 730 m長預應力鋼筋混凝土管。預應力鋼筒混凝土管投資300.1萬元/根（含安裝費），預應力鋼筋混凝土管投資840.94萬元/根，兩種管材共投資3423.12萬元，年上水量按8000萬m3計，年運行電費1 258萬元（0.258元/kW·h）。若選擇直徑1 800 mm的管道，管道流速為1.77 m/s，預應力鋼筒混凝土管（PCCP管）管長735 m，預應力鋼筋混凝土管長4 730 m，預應力鋼筒混凝土管投資344萬元/根，預應力鋼筋混凝土管投資978.8萬元/根，兩種管材共投資3 968.4萬元，年運行電費1 160萬元。直徑1 600 mm的管道一次性投資減少545.28萬元，但年運行電費多98萬元，若采用直徑1 800 mm的管道，電費在5.6年后可補償回來。因此，采用直徑1 800 mm的預應力鋼筋混凝土管和預應力鋼筒混凝土管（PCCP管）較為經濟。

2 管材選擇及性能對比分析

2.1 管材選擇

輸水工程的管材選擇關系到工程運行安全及其壽命，為此應結合當地實際，根據建設工期、運輸距離、敷設根數、管道規格、壓力大小、外部荷載、地質地形、地震烈度及管材性能等綜合分析后確定。

通過管材投資比較和已建輸水工程運行實踐經驗，在選擇管材時，必須選擇具有一定輸水能力，高密封性、高強度、造價相對低的管材，以保證輸水管道安全可靠運行，并達到減少工程投資的目的。

由于輸水管道為有壓管道，且管線較長，管材的選擇直接影響工程投資和效益。根據市場上管材的種類和規格，考慮預應力混凝土管和玻璃鋼夾砂管兩種管材。在滿足設計流量的條件下，預應力混凝土管（n=0.013 2）需管徑 1 800 mm，玻璃鋼夾砂管（n=0.008 4）需管徑1 600 mm。

2.2 管材性能對比

采用直徑1 800 mm的預應力鋼筋混凝土管和預應力鋼筒混凝土管，管材共需投資3 968.4萬元（含安裝費）；采用直徑1 600 mm的玻璃鋼夾砂管，管材共需投資4 105萬元。玻璃鋼夾砂管比預應力混凝土管多投資136.6萬元，但年節省電費6萬元，需22.8年補償回來。且玻璃鋼管承外壓低，對敷設要求較高，施工難度大，綜合性能相對較差。加之泵站每年約有230 d不上水（空管），對管道安全不利。經綜合分析，選用3根直徑1 800 mm的預應力鋼筋混凝土管和鋼筒混凝土管（PCCP管）較為合理。

3 結語

綜上所述，在輸水工程中，管材、管徑的選擇應根據工程的具體實際情況，經技術、經濟、安全、工期等方面綜合比較后確定。

結合夾馬口引黃灌溉工程近幾年的運行情況，通過比較分析發現，所選用的預應力鋼筋混凝土管和鋼筒混凝土管安全可靠，未出現過爆管、滲漏現象。現場抽水檢測分析結果顯示，管道對輸送的水質沒有產生污染，而且具有價格低、壽命長、維修費用少、安裝簡便、施工周期短、抗震能力強等優點，經濟和社會效益十分顯著。