論長距離輸水管道設計中應注意的問題

商海波

【摘要】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。

【關鍵詞】長距離；輸水管道

一、長距離輸水管道管材的選擇

常用的輸水管道有鋼管、球墨鑄鐵管、預應力混凝土管、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）、玻璃鋼管、聚乙烯塑料管（PVC-U）、超高分子量聚乙烯管等，就上述管材選擇說明比較如下。

1、鋼管。

鋼管應用歷史較長，范圍廣，是一種傳統的輸水管材。管一般選用螺旋焊接與直縫焊接管，具有強度高、可靠性高、適應性強等優點，但耐腐蝕性差，使用壽命一般不超過25年。為延長鋼管壽命，需對其進行防腐處理和保護，其方法可采用涂料加犧牲陽極的復合防腐措施。鋼管內、外防腐采用國家衛生部許可的GZ-2新型高分子防腐涂料，內壁防腐級別為普通級，采用二底二面，漆膜干膜厚80～100μm；外壁防腐級別為重加強級，采用二布四油，漆膜干膜厚280～300μm；犧牲陽極保護塊間隔一定距離通過電纜與鋼管連接，加強鋼管的抗腐蝕能力。通過涂料加犧牲陽極的復合防腐措施，可使鋼管壽命達50年，但施工復雜，工期長，造價較高。

2、球墨鑄鐵管。

球墨鑄鐵管是上世紀九十年代廣泛應用的輸水管材，具有強度高、韌性好、延伸率大、耐腐蝕等特點，內壁襯水泥磨光防腐，外壁采用噴鋅后涂瀝青防腐，采用柔性T型接口，適應變形能力強，止水效果好，是一種較理想的輸水管材。

3、預應力混凝土管。

預應力混凝土管按其生產工藝分兩種，一種是一階段管即一次成型；一種是三階段管。預應力混凝土管因加工工藝簡單，造價最低，但管材生產過程中存在弊病，如三階段噴漿質量不穩定，易脫落和起鼓；一階段管在施加予應力時不易控制，造成質量不穩定、不均一，且因重量大造成運輸安裝不方便，使其應用受到了限制，該管道為最經濟的管材，可根據供水重要性適當選用。

4、預應力鋼筒混凝土管（PCCP）。

預應力鋼筒混凝土管是一種鋼筒與混凝土制作的復合管。管芯為混凝土，在其外壁或中部埋入厚1.5mm鋼筒，在管芯上纏繞預應力高強鋼絲，并在其外部**泥漿保護層。該管抗滲性能較好，接口采用鋼制承插口，尺寸較準確，設橡膠止水圈，止水效果較好。1000mm以上管徑具有明顯價格優勢。

二、長距離輸水管道管徑的選擇

（1）長距離輸水管道投資占輸水工程的絕大比重，管徑增大，管道一次性投資增大，管路阻力減小，可降低電耗量與年運行費用，相反管徑減小，可降低管道一次性投資，但管路阻力增大，年耗電量及年運行費增加。因此如何確定一個合理的管徑，是長距離輸水管道設計中的一項十分重要的工作。

（2）確定經濟管徑的方法可采用費用現值最小法。假設不同的管徑，計算出管道的一次性投資，然后根據供水流量、管長、管徑、管材計算凈揚程，再由凈揚程、流量等計算裝機容量，從而計算年運行費，按費率和年限折現，求出費用現值，其中最小費用現值對應的管徑即為經濟管徑。

（3）現以下列實例計算如下：供水流量500m3/h，全年供水，單根管道，輸水距離分別為5Km、10Km及15Km，進出口水頭差及出口壓力值共計0.15MPa，管材為球墨鑄鐵管，糙率系數n=0.013，折現率i=6%，折現年限N=30a，折現系數13.76。

（4）管徑為經濟管徑。通過上表的計算分析，不僅可選擇其經濟管徑，并隨輸水距離增長和管徑減少，費用現值增長較快。因此長距離輸水管道宜根據工作壓力選擇較大管徑，減少管路阻力，降低年運行費，使費用現值最小。

三、長距離輸水管道防護技術與安全措施

1、水錘的防護。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。

2、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，防止管道的氣蝕和振動，以影響管道輸水及安全。

3、連通管的設置。長距離輸水管道按有關規范規定，一般采用雙管線布置，以滿足檢修需要，檢修時供水量應不少于設計供水量的70%，為達到此目的，應在二根主管之間設置連通管，在每根連通管處的主管上下側設置2個閘閥，共4個閘閥，以達到分段檢修目的。連通管的數量可根據輸水管線的長度，在分段檢修情況下滿足設計供水量的70%，經計算確定，一般設置3處連通管。

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.