阿拉溝水庫輸水段經濟管徑選擇分析

郭軍輝

（吐魯番市水利水電勘測設計研究院）

0 引言

在現代城市建設發展中，因為水庫輸水工程管線比較長，因此在投資中成本較高，針對這一問題為能夠提升水庫輸水段投資合理性，實現對工程建設總投資以及運行費用的合理控制，那么則需要實現輸水段經濟管徑的合理選擇。長距離輸水管道一般情況下會設置2條或2條以上，在其當前研究中重點集中在經濟流速、經濟管線等方面，對其管徑選擇研究相對比較少。文章結合某水庫輸水工程為例，分析輸水段管徑的合理選擇及應用。

1 經濟管徑選擇方法

在水庫輸水段管道經濟管徑選擇過程中，采用的計算公式主要有兩種方法，其中分別是經濟流速法以及動態法，在動態法應用中經常采用的方法是年值法以及凈現值法。其中各種選擇為分別為：①經濟流速法初選管徑。這一方法通常是應用在管道工程初選階段，在輸水方式以及管材等因素考慮下確定經濟流速范圍，在水力計算過程中實現對經濟管徑的對比分析，對其應用效果結合標準管徑對其實施修正，最終確定具體的經濟管徑。其中不同管徑管道的平均經濟流速見表1。

表1 不同管徑管道的平均經濟流速表

②經濟管徑評估方法。截止到目前針對管徑選擇的相對經濟評價方法主要有凈現值法、凈年值法以及折算費用法等，其中在經濟管徑計算過程中，年值法以及凈現值法的原理是一致的，均需要對資金的時間價值進行考慮，均是在通過擬定不同的管徑方案，實現對其定量經濟對比從而確定管徑，但是在計算方式中存在一定差異。其中在凈現值法計算過程中，年運行電費現值以及投資現值之和即為總投資，其中在投資現值中需要對管道建設費用以及泵站投資之和進行考慮。凈現值法以及凈年值法一般情況下是在多方案投入和產出綜合評價中應用，在投入和產出均較為明確方案對比中較為適用。本次研究則采用的是凈現值法，以對其實施經濟評估。

2 結合實例分析經濟管徑選擇方法

2.1 工程概況

本工程為阿拉溝水庫（含烏斯通溝水庫）向伊拉湖工業園區和核心工業園區水庫輸水工程，年引水規模為4 000 萬m3，其中：阿拉溝水庫年引水量3 000 萬m3，烏斯通溝水庫年引水量1 000萬m3。根據園區用水規劃情況，伊拉湖工業園區設計水平年年用水量為2 000萬m3；核心工業園區年用水量為2 000萬m3。工程新建DN900球墨鑄鐵引水管道6.00 km、DN500球墨鑄鐵引水管道3.50 km、DN900純玻璃鋼引水管道16.15 km、DN1000純玻璃鋼引水管道17.66 km、DN700純玻璃鋼引水管道25.94 km、DN500 純玻璃鋼引水管道16.50 km，總長79.75 km；新建過濾房2 座；新建調壓井2 座，新建調節池2 處（包含管理房、圍墻等）；新建監控中心1座，安裝自動化監測設備1套。

2.2 經濟管徑選擇及應用

在對以上工程綜合分析后，確定采用DN900 球墨鑄鐵作為輸水管材以及單管輸水方案，這一工程在布置及輸水工程中必須要加強輸水控制，因此在輸水段首段設置1座泵站。其中在管徑初選中，不同的計算公式為：①靜態法初選管徑。在調查研究中發現，對于經濟管徑采用靜態法初步確定過程中，因為管道流速需要滿足不沖不淤需求，那么在流量流速中確定為0.80～1.20 m/s，在經過計算后初步確定管徑為0.90 m，計算結果顯示管道流速是在經濟流速范圍中，所以將其管徑初選確定為1.20 m。其中在靜態法管徑計算中結果見表2。

②動態法初選管徑。在初設階段中，針對輸水干線管徑選擇中可以采用動態法對其實施深入對比分析，在年值法和凈現值法應用中均需要計算分析不同管徑的管道工程投資，在工程投資過程中涉及到的因素包括有管材造價、土方回填、土方開挖、管線附屬建筑物建設、工程運行等，在針對投資計算單價指標分析過程中，需要和工程所在區域特點結合，其中在本工程計算過程中分別采用凈現值法以及年值法實現對管徑的初步計算，其計算結果見表3。通過計算結果可以看出，不管是采用的哪種方法，年值和凈現值全部都是最低，所得管徑計算結果存在有投資優勢，另外兩種計算方法確定的經濟管徑存在有一致性，最終確定輸水段經濟管徑為DN900。

表2 靜態法初選管道直徑計算結果表

3 水庫輸水工程管道經濟管徑選擇注意事項

在水庫輸水工程泵站管道經濟管徑選擇中，分析過程中管材粗糙系數的選定，可以結合《室外給水設計規范》中統計的不同管道沿程水頭損失水力計算參數，同時也能夠和南水北調等國內類似工程設計中的粗糙系數取值經驗結合應用，和實際工程項目情況，預應力鋼筒混凝土管（PCCP）粗糙系數的選擇范圍為1.10×10-2～1.25×10-2。在水頭損失和水泵揚程計算過程中，因為在水泵選型以及運行后耗電費用中，有壓輸水管網系數以及水頭損失大小對其具有直接影響。在此工程預測分析中發現，局部水頭損失在沿程水頭損失中占有的比例為3%～5%，因此在計算過程中局部水頭損失可以忽視。在管徑選擇過程中，還存在其他影響因素，其中包括有：第一，管道沿線任一點工作壓力必須要確保在管材公稱壓力范圍中；第二，應該盡可能選擇應用標準管徑，以免提升成本；第三，在經濟流速選擇中一定要確保是在管道不淤流速以及最大允許流速范圍中；第四，在日常運行過程中，最大化確保水泵是在高效運行曲線段范圍中；第五，在選擇中也需要對取水口位置以及地形高低等情況考慮其中。

表3 不同方法初選直徑計算結果表

4 結語

綜上所述，在進行經濟管徑選擇過程中，如果是在已經確定輸水管道工程設計流量和管材基礎上，管徑選擇結果對于管道工程投資也具有較大影響，管徑增加越大自然也會導致管道工程投資越大，管徑越小工程運行費用則會越大。同時在實施經濟管徑確定過程中，不但要考慮到經濟流速以及管道流速，另外還需要滿足管道不沖不淤需求，盡可能選擇標準規格管徑，在管徑選擇中應該盡可能避免選擇異形管徑，以免對工程招標以及施工造成不良影響。在工程項目一開始可以采用靜態法選擇管徑，后期在管徑選擇中也就可以采用年費用值或年凈現值最小選擇對其進行選擇應用，基于實例分析，針對經濟管徑選擇過程中，采用的年現值法以及凈現值法確定結果存在有一致性，但是在實際應用中結合相關經驗分析，在工程經濟管徑選擇中最為常用廣泛應用的方法是年現值法。在之后水庫輸水段管徑選擇過程中一方面要結合相應影響因素，另一方面也需要和實際情況相結合，最大化提升管徑選擇合理性。