楊家杖子供水工程輸水管線設(shè)計(jì)探析

趙文生（朝陽縣水務(wù)局　遼寧　朝陽　122000）

楊家杖子供水工程輸水管線設(shè)計(jì)探析

趙文生
（朝陽縣水務(wù)局遼寧朝陽122000）

本文以遼寧葫蘆島楊家杖子經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)供水工程為背景，介紹了該工程在線路選擇、輸水方式、輸水管材和管徑等方面的方案比選情況，為以后類似的輸水工程設(shè)計(jì)提供了一定的可參考經(jīng)驗(yàn)。

供水工程；輸水線路；管徑；管材

1　工程概況

楊家杖子經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)位于遼寧省葫蘆島市西北部，開發(fā)區(qū)2010年總戶數(shù)為21340戶，總?cè)丝?9800人，全部為非農(nóng)業(yè)人口。該地區(qū)一直以來飽受缺水困擾，水源污染較為嚴(yán)重，城市生活供水量嚴(yán)重不足，居民生活用水安全無法保障，區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有水源主要為市政水源和企業(yè)廠礦自備水源，這些問題都嚴(yán)重制約著當(dāng)?shù)氐陌l(fā)展。

楊家杖子供水工程是從葫蘆島青山水庫工程輸水管線增加一分支向楊家杖子經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)供水，目的在于解決楊家杖子經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的缺水問題。本工程供水規(guī)模設(shè)計(jì)為3萬t/d，工程主要由輸水管線、中途加壓泵站、凈水廠等部分組成，其空氣閥井、泄水閥井、檢修閥井、連通管井防洪標(biāo)準(zhǔn)均按20年一遇洪水設(shè)計(jì)，50年一遇洪水校核。

2　楊家杖子輸水工程線路的選擇原則及方案比較

2.1輸水線路的選擇原則

1）輸水線路盡可能順直，線路最短，交叉工程最少；

2）線路盡量選擇在地形比較平坦的地帶，地形和地質(zhì)條件相對(duì)較好；

3）盡量少占耕地、良田，減少移民和拆遷；

4）盡量靠近現(xiàn)有和規(guī)劃道路進(jìn)行鋪設(shè)，為施工和運(yùn)行維護(hù)提供方便；

5）提高輸水安全可靠性，降低能耗，減少漏損，節(jié)約投資，采用行之有效的新技術(shù)、新材料和新設(shè)備；

6）在滿足輸水安全的前提下，盡量減少工程投資，縮短施工工期［1］。

2.2楊家杖子供水工程輸水線路的方案比選

從青山輸水系統(tǒng)接管點(diǎn)至楊家杖子凈水廠的線路，按照“就近原則”進(jìn)行布線，有以下兩種方案可供選擇：

鈦白粉由于其優(yōu)良的性能被廣泛應(yīng)用于涂料、塑料、油墨、造紙、橡膠、玻璃、陶瓷、型材等眾多領(lǐng)域。目前，鈦白粉的生產(chǎn)主要有硫酸法和氯化法兩種工藝。硫酸法是傳統(tǒng)的鈦白粉生產(chǎn)工藝，具有原料價(jià)格低廉、工藝技術(shù)成熟、設(shè)備相對(duì)簡單和操作便于管理等優(yōu)點(diǎn)，但是該方法最突出的缺點(diǎn)是環(huán)境污染大、酸耗量大、能耗高、產(chǎn)生“三廢”多、產(chǎn)品質(zhì)量低。隨著現(xiàn)行巨大的環(huán)保壓力和產(chǎn)品競爭的日益加劇，硫酸法逐漸被生產(chǎn)流程短、生產(chǎn)能耗和生產(chǎn)成本低、產(chǎn)品質(zhì)量高、三廢污染少、生產(chǎn)易于連續(xù)化和擴(kuò)大化的氯化法所取代。國外發(fā)達(dá)國家基本都采用氯化法鈦白粉技術(shù)，我國近年來也在大力推進(jìn)鈦白粉產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

方案一：從興城西河與清水河交匯處的青山管線接管點(diǎn)出發(fā)，向北沿著清水河經(jīng)過河南村至錦山機(jī)械廠繼續(xù)向北走，沿著老楊線西側(cè)的河灘地鋪設(shè)，從橋墩中間穿過一鐵路后繼續(xù)向北至擬建凈水廠。

方案二：從興城西河與清水河交匯處的青山管線接管點(diǎn)出發(fā)，向北沿著清水河經(jīng)過河南村至錦山機(jī)械廠繼續(xù)向北走，沿著老楊線至長茂河橋。此時(shí)避開河道，繞過老楊線東側(cè)的村落，在頂管穿過一鐵路后繼續(xù)向北至擬建凈水廠。

從占地費(fèi)、管線長度、過鐵路費(fèi)用、過河排水費(fèi)等綜合考慮比較，方案一的總工程費(fèi)為1105.4萬元，方案二的總工程費(fèi)為971.64萬元。通過比較可以看出方案二更加經(jīng)濟(jì)，并且方案二管線施工和后期檢修維護(hù)都比較方便，因此推薦使用方案二作為本工程的最終選擇方案［2］。

3　輸水方式的確定

本工程是在青山輸水管線接一分支取水，沿清水河將水輸送至楊家杖子經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，取水點(diǎn)工作壓力處于80.16m至86.44m之間，地面高程為30.10m。凈水廠地面高程為73m，通過水力計(jì)算，中途需設(shè)置加壓泵站，本工程具體管線工藝流程如下圖1所示。最終本工程采用壓力管道取水方式。

圖1　　楊家杖子輸水工程管線工藝布置流程

表1　　輸水方案經(jīng)濟(jì)比較

表2　　經(jīng)濟(jì)管徑分析表

4　輸水管道單雙管確定

楊家杖子城區(qū)現(xiàn)有四處水源，即女兒河水源、中心水源、北井和南井。綜合分析上述四處水源現(xiàn)狀，總結(jié)出有以下兩個(gè)方案可供選擇：

方案一：輸水系統(tǒng)無任何調(diào)蓄設(shè)施，按經(jīng)濟(jì)管徑兩根DN500鑄鐵管雙管運(yùn)行。

方案二：輸水系統(tǒng)按經(jīng)濟(jì)管徑一根DN700單管運(yùn)行，末端設(shè)置調(diào)節(jié)水池，水池容積按設(shè)計(jì)水量的70%，供水時(shí)間按20h考慮。調(diào)節(jié)池容積需要1.89萬m3，該調(diào)節(jié)池直接代替水廠清水池［3］。

A.經(jīng)濟(jì)比較

對(duì)不兩個(gè)方案進(jìn)行年運(yùn)行費(fèi)用及工程投資計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見表1。

從上表可以看出方案一較為經(jīng)濟(jì)，投資總現(xiàn)值方案一比方案二少24.72萬元。表中可以看出兩個(gè)方案工程一次性靜態(tài)投資也是方案一比方案二少312.23萬元，因此方案一經(jīng)濟(jì)上的優(yōu)勢(shì)較為明顯［4］。

B.技術(shù)比較

1）單管輸水方案是在管道發(fā)生事故時(shí)，用戶依靠事故水池來維持供水，而事故水池的容積僅按20h考慮，一旦事故發(fā)生，在20h內(nèi)搶修很困難，尤其在冬季。另外該工程受地形限制，有很大一部分管線在河道中敷設(shè)，更增加了檢修的難度。所以此方案從技術(shù)角度分析是不可取的。

2）雙管輸水方案為全線雙管方案，該方案通過在管道一定距離內(nèi)設(shè)置連通管，可保證管道發(fā)生事故時(shí)，仍能提供70%的設(shè)計(jì)水量，可為管道搶修提供足夠的時(shí)間，因此該方案從技術(shù)角度看是最保險(xiǎn)可行的［5］。

考慮供水對(duì)象楊家杖子經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)嚴(yán)重缺水，該工程通水后將為這一地區(qū)超過83.3%的用戶提供用水需求，因此對(duì)該工程供水安全的保證率要求很高，因此從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)角度兩個(gè)方面綜合考慮，本工程推薦采用方案二的雙管供水為最終方案。

5　輸水管材的確定

5.1管材選擇的原則

結(jié)合國內(nèi)已建成的類似輸水工程管材使用情況，在首先滿足輸水安全的前提下，本著節(jié)省資金、方便供貨、易于施工的原則，選擇適合本地區(qū)地形、地質(zhì)和地區(qū)特點(diǎn)的管材。本工程在管材選擇時(shí)需注意以下幾點(diǎn)：

1）該地區(qū)山多地少，山高坡陡，管線多鋪設(shè)在溝中、坡上、河灘地，施工條件較差；

2）本工程為楊家杖子經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)區(qū)的唯一水源，輸水安全性要求高。

5.2管材確定

根據(jù)目前國內(nèi)供水工程實(shí)踐和本工程的輸水特性，由于本工程管道直徑僅為DN500，比較小，適合使用的輸水管材有鋼管、球墨鑄鐵管、PE管、玻璃鋼夾砂管。

經(jīng)對(duì)比分析，PE管耐腐蝕性能比鋼管和鑄鐵管強(qiáng)，但其造價(jià)太高；玻璃夾砂鋼管對(duì)施工的回填要求較高，在市場供貨及施工中均存在一些難以控制的質(zhì)量問題；鋼塑復(fù)合管需要現(xiàn)場焊接，安裝工期長，排水費(fèi)用會(huì)增加，管材及安裝綜合費(fèi)用較高；球墨鑄鐵管使用壽命周期長，抗外壓能力強(qiáng)，安全性高，采用T型接口施工方便等眾多優(yōu)點(diǎn)，造價(jià)相對(duì)較便宜，因此本工程輸水管道管材推薦采用球墨鑄鐵管［6］。

6　輸水管徑的比選

本工程具有距離長、輸水安全性要求高的特點(diǎn)。針對(duì)上述特點(diǎn)，應(yīng)在保證運(yùn)行安全的條件下，選擇較為經(jīng)濟(jì)的管徑。

在長距離輸水工程中，如何確定輸水管徑，直接影響工程的投資和年運(yùn)行電費(fèi)的支出。本工程輸水管線為壓力流，選用小管徑管道時(shí)，工程投資小，但水泵所需揚(yáng)程高，電費(fèi)增加；選用大管徑管道時(shí)，工程投資大，但水泵所需揚(yáng)程低，年運(yùn)行電費(fèi)減少。

由表2可見采用球墨鑄鐵管管道輸送3.24萬t/d流量時(shí)，DN500管道費(fèi)用總現(xiàn)值最低，所以DN500的管道在此流量下為最經(jīng)濟(jì)管徑。故本工程輸水管道選用DN500管道。

7　結(jié)語

文章通過對(duì)楊家杖子供水工程輸水管線的設(shè)計(jì)探討，確定了既合理又經(jīng)濟(jì)的輸水管線方案，增強(qiáng)了管線運(yùn)行的安全性和可靠性，保證了設(shè)備和管道的正常運(yùn)行。同時(shí)，從供水工程的實(shí)際運(yùn)行效果分析得出該輸水管線運(yùn)行良好，沒有出現(xiàn)工程不利隱患，輸水管線設(shè)計(jì)有力的促進(jìn)了供水工程效用的發(fā)揮，為楊家杖子經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、民生工程建設(shè)以及生態(tài)壞境起到了積極作用。陜西水利

［1］劉向榮.輸水管設(shè)計(jì)中的負(fù)壓問題探討［J］.山西建筑，2007，26:220-221.

［2］鄭成志，高金良，王煥君，金溪.長距離平坦輸水管線負(fù)壓防護(hù)措施分析 ［J］.中國給水排水，2012，01:39-42.

［3］任亮，李國金，周英杰.丘陵地區(qū)大口徑輸水管線工程若干問題探討［J］.供水技術(shù)，2009，05: 37-39.

［4］陳洪松.貴州村鎮(zhèn)供水工程輸水管線管材選擇的影響因素分析［J］.長江大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，11:99-100+103.

［5］王建明.輸水管線施工應(yīng)注意的幾個(gè)問題［J］.河北工程技術(shù)高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2008，03: 23-25.

［6］趙亮.石膏山水庫供水工程有壓輸水管線設(shè)計(jì)綜述［J］.山西水利，2014，04:39+43.

（責(zé)任編輯：李蕊）

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