夾馬口擴(kuò)建灌區(qū)泵站出水管選擇方法

張艷玲

（運(yùn)城市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，山西 運(yùn)城 044000）

夾馬口引黃灌區(qū)是山西省一座大型電力提水灌溉工程，主要灌溉臨猗縣峨嵋?guī)X以南的階地，設(shè)計(jì)灌溉面積3.4萬hm2，涵蓋臨猗、永濟(jì)2縣10個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)，對(duì)當(dāng)?shù)毓まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展發(fā)揮了重要作用。雖然臨猗縣垣上9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的4萬余hm2耕地，土壤肥沃，光照充足，但由于干旱少雨，糧棉產(chǎn)量較低，因此必須發(fā)展引黃灌溉工程。夾馬口管理局根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際條件，在一級(jí)站引水的基礎(chǔ)上，在臨猗泉杜擴(kuò)建二級(jí)泵站，從一級(jí)干渠引水，經(jīng)過加壓泵站，控制臨猗以北垣上2.73萬hm2耕地的灌溉，從根本上扭轉(zhuǎn)當(dāng)?shù)剞r(nóng)民靠天吃飯的局面。

泵站是灌區(qū)的樞紐部分，泵站出水管在渠道和泵站之間起著連接和承上啟下的作用，下面就泵站出水管的選擇作一簡(jiǎn)單闡述。

1 管徑確定

影響輸水管道直徑選擇的因素較多，不僅與管道通過流量、流速有關(guān)，而且與管材費(fèi)用、施工條件、運(yùn)行費(fèi)用及投資償還年限等密切相關(guān)。

水泵的吸水管采用直徑1 000 mm的鋼管，管內(nèi)流速為1.9 m/s，出水支管采用直徑900 mm的鋼管，管內(nèi)流速為2.35 m/s。出水管路起坡后，管路長(zhǎng)5 465 m，采用并聯(lián)運(yùn)行，并聯(lián)后為3根管道，單根管道過水流量為4.5 m3/s。

水力計(jì)算公式為：

式中：h損——沿程損失，m；

L——管線長(zhǎng)度，m；

n——管道糙率，取0.013 2；

Q——過水流量，m3/s；

d——管道直徑，m。

經(jīng)計(jì)算，直徑為1 600 mm的鋼管的沿程損失為16.1 m；直徑為1 800 mm的鋼管的沿程損失為8.63 m。

當(dāng)水在管道中流速增大到一定程度時(shí)，會(huì)對(duì)輸水管造成一定壓力。在流量不變的前提下，流速愈小，管徑愈大，工程造價(jià)愈高，但運(yùn)行費(fèi)用較低；反之，流速愈大，管徑愈小，造價(jià)相應(yīng)較低，但水頭損失和運(yùn)行費(fèi)用隨之增加。因此，在選取經(jīng)濟(jì)流速后，應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。

當(dāng)流量為4.5 m3/s時(shí)，若選擇直徑1 600 mm的管道，管道流速為2.24 m/s，根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土管的規(guī)格，最大工作壓力為1.2 MPa，因此需采用735 m長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管）和4 730 m長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管。預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管投資300.1萬元/根（含安裝費(fèi)），預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管投資840.94萬元/根，兩種管材共投資3423.12萬元，年上水量按8000萬m3計(jì)，年運(yùn)行電費(fèi)1 258萬元（0.258元/kW·h）。若選擇直徑1 800 mm的管道，管道流速為1.77 m/s，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管）管長(zhǎng)735 m，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管長(zhǎng)4 730 m，預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管投資344萬元/根，預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管投資978.8萬元/根，兩種管材共投資3 968.4萬元，年運(yùn)行電費(fèi)1 160萬元。直徑1 600 mm的管道一次性投資減少545.28萬元，但年運(yùn)行電費(fèi)多98萬元，若采用直徑1 800 mm的管道，電費(fèi)在5.6年后可補(bǔ)償回來。因此，采用直徑1 800 mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP管）較為經(jīng)濟(jì)。

2 管材選擇及性能對(duì)比分析

2.1 管材選擇

輸水工程的管材選擇關(guān)系到工程運(yùn)行安全及其壽命，為此應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際，根據(jù)建設(shè)工期、運(yùn)輸距離、敷設(shè)根數(shù)、管道規(guī)格、壓力大小、外部荷載、地質(zhì)地形、地震烈度及管材性能等綜合分析后確定。

通過管材投資比較和已建輸水工程運(yùn)行實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在選擇管材時(shí)，必須選擇具有一定輸水能力，高密封性、高強(qiáng)度、造價(jià)相對(duì)低的管材，以保證輸水管道安全可靠運(yùn)行，并達(dá)到減少工程投資的目的。

由于輸水管道為有壓管道，且管線較長(zhǎng)，管材的選擇直接影響工程投資和效益。根據(jù)市場(chǎng)上管材的種類和規(guī)格，考慮預(yù)應(yīng)力混凝土管和玻璃鋼夾砂管兩種管材。在滿足設(shè)計(jì)流量的條件下，預(yù)應(yīng)力混凝土管（n=0.013 2）需管徑 1 800 mm，玻璃鋼夾砂管（n=0.008 4）需管徑1 600 mm。

2.2 管材性能對(duì)比

采用直徑1 800 mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管和預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管，管材共需投資3 968.4萬元（含安裝費(fèi)）；采用直徑1 600 mm的玻璃鋼夾砂管，管材共需投資4 105萬元。玻璃鋼夾砂管比預(yù)應(yīng)力混凝土管多投資136.6萬元，但年節(jié)省電費(fèi)6萬元，需22.8年補(bǔ)償回來。且玻璃鋼管承外壓低，對(duì)敷設(shè)要求較高，施工難度大，綜合性能相對(duì)較差。加之泵站每年約有230 d不上水（空管），對(duì)管道安全不利。經(jīng)綜合分析，選用3根直徑1 800 mm的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管和鋼筒混凝土管（PCCP管）較為合理。

3 結(jié)語

綜上所述，在輸水工程中，管材、管徑的選擇應(yīng)根據(jù)工程的具體實(shí)際情況，經(jīng)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、安全、工期等方面綜合比較后確定。

結(jié)合夾馬口引黃灌溉工程近幾年的運(yùn)行情況，通過比較分析發(fā)現(xiàn)，所選用的預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土管和鋼筒混凝土管安全可靠，未出現(xiàn)過爆管、滲漏現(xiàn)象。現(xiàn)場(chǎng)抽水檢測(cè)分析結(jié)果顯示，管道對(duì)輸送的水質(zhì)沒有產(chǎn)生污染，而且具有價(jià)格低、壽命長(zhǎng)、維修費(fèi)用少、安裝簡(jiǎn)便、施工周期短、抗震能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)和社會(huì)效益十分顯著。