長距離管道輸水風險及防范研究

饒明明

廣州市自來水有限公司 廣東 廣州 510600

我國地大物博，自然資源豐富，但由于疆域遼闊，南北跨度大，地形復雜多樣，存在自然資源分布不均的情況。水是人類生產、生活活動中不可缺少的重要資源，但水資源在我國的分布明顯存在南多北少的問題，即使在雨量充沛的珠三角，東江流域水資源開發利用率已達極限，而西江流域水資源是東江的15倍，水資源相對豐富，水資源利用較低。水資源不足不足會影響當地工業發展、農業生產和居民生活。為了改善這一問題，除了自身節約用水、合理開發水資源之外，通常還要建立遠距離調水工程，利用長距離管道將其他流域的豐富水資源運輸到缺水區域，從而實現水資源的充分利用、合理分配和科學調度，改善水資源分布不均的問題[1]。長距離輸水管道工程最為顯著的特征是“長”，跨越的區域范圍廣，管線經過的地形環境復雜，加上氣候變化、運行管理等各種方面的原因，容易出現故障和損壞，增加了長距離輸水的難度。為了保障水資源安全輸送，應加強管道的管理維護，明確長距離輸水風險，并做好防范措施。

1 長距離管道輸水的常見風險問題

1.1 管道材質風險

輸水管道的材質種類較多，目前我國長距離輸水工程中常用的管道材質主要有：鋼管、球墨鑄鐵管、預應力鋼筒混凝土管、預應力混凝土管等[2]。不同的管道材質的性質、特征不同，通常各有優缺點。例如，鋼管具有安裝維護方便、一定的抗御不均勻沉降能力等優點，也有施工速度慢、耐酸堿腐蝕差、造價高等不足；球墨鑄鐵管具有施工方便、承壓力強、抗震性好、密封性好、重量輕等優勢，也有抗沉降性能差、耐酸堿腐蝕一般等不足。在實際工程中需要依據管材特點、地形環境特點以及工程需求進行合理選擇。若管道材質選擇不當，后續使用過程中更容易出現管道腐蝕、漏水、移位、下沉等問題，需要頻繁進行維修更換，增加了管理維護的難度和成本，影響管道使用壽命。在實際設計建設過程中，不僅需要考慮工程質量，還要綜合考慮工程造價、經濟效益等問題，部分單位為了節約成本，盲目降低了對管道材質的要求，導致故障風險增加，影響長距離輸水工程的穩定運行。

1.2 水錘風險

水錘是指管道內水流的流速突然發生變化，導致管道內水壓強出現大幅度波動，壓力交替變化，在長距離管道中不斷疊加，產生的強大作用力如同錘子一樣擊打在管壁上，給管壁帶來損傷。這種現象的產生通常是由于管道閥門突然開閉、水泵突然打開或突然停止所致，常見于停電、設備故障等事故中，可導致壓力管道內壓強驟然變化，引起爆管、管道起皺、閥門損壞、水泵破裂等事故，導致輸水中斷，對整個輸水系統產生巨大的影響，造成經濟損失[3]。

1.3 氣候與地形風險

氣候也是影響長距離管道工程建設和運行的重要因素。長距離管道跨越的區域范圍廣，施工線拉得很長，通常情況下需要較長的施工周期，甚至需要經過數年的時間才能完成，期間季節、氣候的變化都可能對施工造成影響。例如，高溫、冰凍等極端天氣可影響施工材料的性質和質量，影響水泥混凝土的凝結，導致工程質量達不到預期效果；春季潮濕、夏季暴雨以及洪水、滑坡等災害也會對長距離管道施工帶來影響和阻礙。若不采取有效的防范措施，將嚴重阻礙施工進度，甚至影響工程質量，增加后期使用時的各種故障風險。除了復雜的天氣變化之外，管道經過的地形和環境復雜也可能帶來一定風險。長距離管道跨度長，經常需要穿越山區、農田、公路、河流、橋梁等區域，對建設施工過程有著更高的要求，若設計不合理或施工管理不當，將影響施工質量和后續運行穩定性。而管道埋設區域的土壤成分與性質也會對管道造成影響。例如管道埋設的區域土壤酸堿度較高或含水量大，則可能增加管道腐蝕漏水的風險。

1.4 水質風險

長距離管道輸水多為原水運輸，水源地的氣候、污染等因素都可能對水質造成影響。例如上游降雨導致水質渾濁；污染導致水體富營養化，微生物和藻類增多。而管道自身在長時間的持續輸水過程中，管道內部容易產生各種藻類、細菌、貝類、微生物。此外，隨著運行時間延長，管道及相關輔助設備逐漸老化，容易出現腐蝕、表皮脫落情況，污染水質，導致管道輸水過程中水質發生變化，影響供水區域的用水安全。

1.5 安全管理風險

長距離管道建設施工是一個大工程，工期長，跨度大，施工環境復雜，對于安全管理工作的要求較高。在管道工程后期運行過程中，也需要科學的維護管理機制，對長距離管道沿線進行巡查，確保輸水安全和穩定。若缺乏有效的安全管理，則可能導致施工事故風險和運行安全風險增加。管道工程施工的門檻較低，并且工作環境艱苦，具有一定危險性，工資待遇一般，導致人員流動性較強，管理難度高。工人的施工技術水平、操作經驗、操作熟練度、安全意識、質量控制意識也存在較大的差異，給管道施工帶來較多不確定性，在一定程度上增加了安全風險和質量風險。而后期運行維護時，許多巡檢人員自身重視度不足，工作不夠嚴謹，無法及時發現輸水管道的風險問題，最終導致管線破壞、設備受損等各種事故的發生。

2 長距離管道輸水風險的防范措施

2.1 管道布置

2.1.1 管線布置

設計管線是長距離輸水工程建設中的首要任務，需要綜合考慮地形地貌地質、周圍環境等各種因素，合理選定管道鋪設路線。出于經濟性和實用性考慮，應盡可能地縮短管線長度，同時也需要盡可能地避開居民區，減少拆遷，并注意保護環境，減少對地形與植被的破壞，少占良田[4]。復雜的地形和環境下管道施工難度高，并且故障風險高，維修難度大，因此設計管線時需盡量避開復雜地形環境，避免與河流、道路發生交叉，選擇地形平緩開闊、地質結構穩定、土壤成分良好的區域敷設管道，可沿著原有道路進行修建，方便后期維護檢修。設計管線時需注意避免不同節段管道之間的高度差過大，當地形高度變化大時，應劃分多個壓力段，仔細計算各節段管道的工作壓力，以免管道承壓大，長期高負荷運行導致損壞風險增加。此外，還需注意調查周圍區域的地質災害情況，避開洪水沖刷區、滑坡泥石流多發區。

2.1.2 管材選擇

管道材質的選擇應當以科學合理為原則，不單考慮某一方面的需求，而是綜合各方面影響因素進行全面考慮、深入分析，包括:管線周圍地形地質環境因素、輸水距離、輸水需求、投資成本、施工安裝難度、現場施工條件、管徑大小、管道內外壓力等。通過全方位、多角度的分析研究，選擇質量合格、性能良好、性價比高、經濟實用的管道材質，在滿足輸水需求，保障工程質量的同時節約成本，實現利益最大化。例如，易沉降地質的區域、轉彎較多的情況，宜采用柔性較好的焊接鋼管；地形地質環境比較簡單穩定的區域，可采取造價相對較低的預應力鋼筒鋼筋混凝土管。應注意避免為了控制造價而盲目選擇即將淘汰的管道材質，舍本逐末造成更大的損失。在施工安裝過程中，工作人員也需注意對管道材料和質量進行檢查，嚴把質量關口，確保管道質量符合要求，能夠達到預期使用壽命。

2.1.3 管徑確定

在長距離管道輸水過程中，管徑的大小對輸水質量、效率、安全性有著較大的影響。大管徑的水頭損失較小，可利用水頭高。小管徑水頭損失大，可利用水頭低，輸水效率相對較慢。而大管徑管道的施工成本、材料成本大于小管徑管道，隨著管徑越大，長距離管道輸水工程的整體造價就越高，而且輸水管的管徑也并非越大越好。例如，鋼管的焊接點是薄弱環節，隨著管徑增大，這一薄弱環節也會被不斷放大，增加損壞風險。在實際項目中，需要考慮投資大小、供水需求、施工條件等因素，選定適宜的管徑大小。在管道施工時，尤其是大管徑的管道施工過程中，需加強施工質量控制，在溝槽回填時采用分層分區控制方法，嚴格把控每一個回填區域的施工質量，確保管道外部壓力穩定，對管道形成良好保護作用，具體分層分區如圖1所示。

2.2 安全工程措施

2.2.1 預防氣候、地形、水質帶來的不利影響

長距離管道工程施工前，需要全面分析氣候因素、地形環境因素帶來的影響，制定科學合理的應急預案，明確各種氣候條件下該采取怎樣的預防措施，是否需要暫停施工，從而避免各種天氣下隨意施工帶來的質量問題。施工過程中也需密切關注氣候變化，建立合理的預警反應機制，做到早發現，早預防，早處理，避開不利天氣進行施工對于地形復雜的區域，需要進行全方位的勘探和分析，合理規劃管道路線和施工方法，采取多點交叉施工，降低復雜地形環境對于管道施工的影響。此外還需注意檢測土壤含水量、酸堿度等指標，針對性調整施工方案、施工材料，在土壤腐蝕性較強的區域應對管道采取適當保護措施，降低管道腐蝕損壞的風險。在長距離管道輸水過程中，也需加強對水質的控制，關注水源地氣候變化，日常進行水質監測，及時發現水質渾濁、水源污染以及藻類、微生物過多的情況。若下游檢測水質不合格，則需在輸水管道適當位置進行加藥處理，凈化管道，減少管道中泥沙沉積、藻類生長、微生物附著等問題，提高輸水質量，確保水質安全合格，為供水區域居民生產生活用水的安全提供保障。

2.2.2 降低水錘破壞

水錘現象對長距離管道有著極大的破壞力，產生較大的爆裂事故風險，威脅著整個輸水工程的正常運行。在長距離管道的安全工程中，預防水錘風險是重中之重，行業內已探索出多種有效的安全防范措施，主要可歸類為泵閥優化或增加輔助設備，具體包括:（1）通過擴大管徑控制管道內水流流速，防止閥門或水泵開閉時水流流速突然產生巨大變化，引起內部壓強波動。但該方法的弊端在于擴大管徑的成本太高，目前在實際工程中應用較少。（2）選用大轉動慣量的水泵、水泵軟啟動裝置、變頻設備等方式，都可以有效降低水錘壓力，降低水錘危害。（3）在長距離管道的關鍵區域，如泵站等位置設置調壓塔、調壓箱等調壓裝置，從而有效消除水錘，還有利于處理死水、冰凍等問題。（4）利用快閉式止回閥阻止液柱回流，增大回流阻力，降低回流量和回流位移，或安裝各種類型的水錘消除器、泄壓保護閥等設備，可有效防止水錘風險[5]。（5）安裝空氣閥之類的設備對管道內水壓強進行調節，減少大幅度波動，維持水壓強的平衡穩定，從而預防水錘現象。如今技術越來越發達，在實際工程中，應積極利用相關專業軟件建立水錘模型，進行水錘現象場景模擬，評估管道水壓、水錘風險程度等，從而制定適宜的水錘預防方案，有效消除水錘并控制成本。

2.2.3 強化安全管理

為了保障長距離管道的安裝施工質量和安全性，相關建設單位必須重視安全管理工作，在施工前，需對工程項目進行整體規劃，制定施工進度計劃，細分各個施工環節，明確各環節技術要求、質量要求、安全管理要求，在現場施工時采取對應的管理模式，提高安全管理的針對性。在人員方面需提前開展技術培訓與安全教育，將責任細分至個人，對各崗位提出具體的要求，從而使工人的施工操作更加科學規范，確保施工質量穩定，降低施工安全風險和后續運行風險。長距離管道輸水工程運行過程中也需加強安全管理，安排專業的巡線人員負責管理工作，確保每一段管線和設備都有專人負責維護管理，維護管線系統的安全穩定。巡線人員需在管線周圍進行周密巡查，觀察是否存在滲水、冒水、沉陷等情況，若發現異常需立即上報，安排專人進行全面檢查和維修處理，以免問題進一步擴大，帶來更嚴重的不利影響。巡線人員需注意監督檢查管理范圍內的建筑施工行為，確保均為合法施工，尤其在管線周圍進行管道跨穿工程施工時，必須經過嚴格審批，施工期間巡檢人員也需在旁進行監督，避免施工機器誤觸管道，導致輸水管線受損，進而影響整個長距離輸水工程的運行。對于未經審批的違法施工行為，巡檢人員需及時予以阻止，防止管道遭到人為破壞。

3 結語

總而言之，隨著經濟發展越來越快，長距離輸水工程施工技術越來越成熟先進，應用越來越廣泛，工程數量逐漸增多，極大地改善了缺水區域和城市的困境，同時也使長距離管道輸水風險及相關防范措施受到越來越多的關注。相關建設單位首先應明確各種輸水風險及其影響因素，針對性采取有效防范措施，需合理選擇管道材質和管徑，合理設計管道路線，并針對氣候影響、地形影響、水錘風險設置安全工程，提高輸水工程的整體質量，同時加強日常維護管理，維持長距離管道輸水工程的安全穩定運行。