鄱湖四干渠輸水管道方案比選及設計綜述

杜 燕

(江西省鄱陽縣水利局，江西 鄱陽 333100)

1 工程概況

鄱湖灌區位于江西省鄱陽縣中北部，是鄱陽縣糧食等農產品供給，提高灌區農民生活水平的保障，灌區主要由軍民、濱田、梅嶺、大源河四大灌片組成，范圍涉及鄱陽縣的16個鄉鎮，314個村，灌區總面積為13.49×104hm2，其中耕地面積4.85×104hm2，設計灌溉面積2.34×104hm2[1]。灌區內土壤類型主要為洪積灰棕荒漠土和灰鈣土，土層深厚，適宜耕種，但灌區內極度干旱缺水，目前灌區內提高峰期供水緊張，已無力承擔新發展的農業灌溉供水任務，迫切需要實施水源工程來解決灌溉問題。本次修四干渠引水線路總長29.53km，其中管道埋設長26.585km。文章主要針對引水管道的線路優化、管徑、管材以及管道設計等各個方面展開分析，最終選擇出最佳的引水方案。

2 總體布局

灌區內除四干渠外，1-3干渠、一分干渠、二分干渠大部分已實施完成或正在實施，四干渠穿越山丘陵區，以隧洞、倒虹吸、暗渠等形式多次跨越溝道。修改后的四干渠引水線路總長29.53km，其中管道埋設長326.585km，道采用鋼管和球墨鑄鐵管兩種管材，內徑均為1.2m，單管引水，為溝埋式布置，管頂覆土厚1-3m。為解決檢修排水、運行控制及管內進排氣的要求，管道沿線布置了1座引水閥井、17座檢修閥井、17座通氣閥井、6座排水閥井、1座泄水閥井、1座流量計井和1座調流減壓閥井。并在調流減壓閥井上游不遠處青云山程家村后山坡設置調壓井，以減小流量調節對引水管道產生的波動，提高引水系統的安全性。為避免彎道水流對管道沖擊破壞，穩定管道，在水平及縱向轉彎處，設置混凝土鎮墩。

根據現場查勘對下段管線局部段做進一步優化，考慮經濟性、安全性等因素選擇了高線、中線、低線三個方案進行比較。優化線路比選見圖1。

圖1 下段局部線路優化方案布置圖

方案一(高線方案)：高線方案全長26.92km，主要經過低、中山丘陵區、山間盆地及溝谷區、壽鹿山余脈、山前洪積傾斜平原區。線路最大高差187m。線路主要穿越建筑物為石油管線和天然氣管線。

方案二(中線方案)：中線方案全長26.585km，主要經過低、中山丘陵區、山間盆地及溝谷區、山前洪積傾斜平原區。線路最大高差287m。線路主要穿越建筑物為石油管線和天然氣管線。

方案三(低線方案)：低線方案全長26.84km，主要經過低、中山丘陵區、山間盆地及溝谷區、山前洪積傾斜平原區。線路最大高差300m。線路主要穿越建筑物為石油管線、天然氣管線和景泰城區供水工程管線。

上述三個方案，高線方案線路長度最短，地形高差最小，但管線要穿越壽鹿山余脈長度達2km；低線方案線路長度最長，地形高差最大，管線途徑線路均為平原區，地勢較緩。中線方案的線路長度、地形高差位于其他兩方案之間，線路整體趨勢較平緩，且不存在穿管隧洞。從平面布置比較，方案二最優。

2.1 地形地質條件

3條方案地形地質條件比較見表1。

表1 比選線路地形地質條件比較表

根據地形和地質條件比較，方案2和方案3工程地質條件基本相同，對管線布 置無影響，方案1對管線布置存在一定的影響，方案2和方案3優于方案1。

2.2 運行安全等其它因素

從工程運行安全角度，3個方案最大靜水頭分別為185m、287m和300m，方案1最安全，方案3最危險。從線路布置上比較，方案3在沙溝中布置線路最長，方案2次之，方案一最短，從管道受洪水沖刷而言，方案1優于方案2和方案3。

2.3 經濟比較

對3個方案的主要工程技術經濟進行比較，見表2。

表2 主要工程技術經濟比較表

由表2可知，方案2投資最小，比方案1節省投資965.9萬元，比方案3節省投 資1571.79萬元。故從經濟性比較，方案2最優。

綜合比較，方案二投資較方案一和方案三小，管道最大凈水頭287m，比方案三 小，相對比較安全，因此從經濟、安全性、施工條件、對環境影響等方面進行綜合 論證分析，該階段推薦方案二(中線)。

3 壓力管道設計

3.1 管徑選擇

考慮該工程的實際情況，輸水方式采用重力流，在滿足輸水要求的情況下，盡量選用斷面較小管道，以降低運行成本。輸水管線確定經濟管徑的計算公式如下：

(1)

式中：Q為設計流量，2.8m3/s；μc為管道流量系數，取值1.2；A為管道斷面面 積，m2；H為不包括行近流速水頭的作用水頭，H=287m。

通過計算，初步選定灌溉輸水管道管徑1200mm，滿足過流要求。

3.2 管材選擇

工程區地形起伏變化較大，工程的輸水方式為有壓輸水。本工程新建干管輸水 管線路長26.585m，結合國內外供水工程管道的施工經驗與運行情況[2]，對適用于本工程的預應力鋼筒混凝土管(PCCP管)、涂塑復合鋼管和球墨鑄鐵管3種管材進行分析比較，三種管材具體比較結果見表3。

表3 3種管材綜合比較表

因此經綜合考慮，本階段管材選擇使用球墨鑄鐵管和涂塑鋼管，具體根據沿線壓力等級，1.0-2.0MPa公稱壓力等級范圍內采用球墨鑄鐵管，0.6-1.0MPa、2.0-4.0MPa公稱壓力等級范圍內采用涂塑復合鋼管，管徑DN1200mm。

3.3 水力計算

本次水力計算中采用海曾威廉公式計算水頭損失的計算，計算公式如下：

hj=iL

(2)

i=10.67C-1.825Q1.825d-4.87

(3)

式中：各種管材的海曾威廉系數C的取值，主要依據《水力計算手冊(第二版)》， 和廠家建議值選取。球墨鑄鐵管，C=125，涂塑鋼管：C=135。單公里管道水頭損失計算見表4。

表4 單公里水頭損失計算表

管道某一點的工作水頭按下式計算：

(4)

h1-2=hj+hf

(5)

式中：Hi為計算點的壓力水頭，m；H0為計算段起點總水頭，m；v為管內流速，m/s；α為水流動能校正系數，取 1.0-1.05；h1-2為計算段起點至末點的總水頭損失，m。管道壓迫線計算見表 5。 輸水管水力計算成果見圖2。

表5 輸水管道水力計算(部分)

圖2 輸水管水力計算成果圖

3.5 管道敷設

新建干管順地形采用地埋方式敷設，施工中避免大的深挖方和填方，管線整體 埋深應在凍土層1.5m以下，管道穿越溝道處考慮洪水沖刷影響，管道埋置深度均按 2.5m設計[3]。在管線起伏段的高處和向下彎處，設置排氣閥，在管軸線轉折點處、局部段管道縱坡較陡時，考慮管道穩定，在上、下側彎管處設置鎮墩，以保障管道的穩定設置鎮墩。

結合近幾年江西省內已建工程經驗，本工程外防腐擬選定3PE防腐方法，將環氧粉 末、膠黏劑和層聚乙烯三種材料融為一體，并與鋼管牢固結合形成優良的防腐層。本工程鋼管內防腐選用熔結環氧粉末涂層，施涂于經預熱的鋼管表面，熔化、流平、固化形成一道均勻的涂層防腐是在高溫下形成的重防腐涂層。

4 結論及建議

鄱湖灌區四干渠工程引水線路總長29.53km，其中管道埋設長26.585km，，占輸水線路總長的90%，對工程影響甚大，因此進行管線輸水線路、管材以及管徑等方面的比較以及 管道水力計算與管道設計，對工程設計、施工以及工程進度、投資等具有重要意義。