淺析山區農村飲用水輸水管道設計常見問題及處理措施

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摘要：在本文中，筆者結合通江縣山區農村飲用水設計實際情況，從飲水距離、方案原則和安全防護設計等方面進行了分析，可為山區農村飲用水輸水管道的設計提供參考。

關鍵詞：山區農村；飲用水；管道設計；常見問題及處理措施

山區農村的飲水安全問題受到社會的廣泛關注，由于山區地形條件的影響，輸配水管道自然落差大，輸水距離遠，供水人口少且分散等因素，農村飲用水管道設計受到了一定的制約影響，施工難度較大。因此，探討山區農村飲用水管道設計具有普遍意義。

一、常見的幾個問題

通江縣由于工業基礎薄弱、國民經濟發展滯后，山區農村經濟的發展水平較低，導致基礎設施建設十分薄弱，尤其是農村飲用水基礎設施建設滯后更為突出。近年來，隨著國家對安全飲用水工程建設的重視，山區農村飲用水安全問題也得以改善。經調查我縣山區農村飲用水輸水管道設計有常見的以下幾個問題：

（一）管線選擇合理性較差。

山區農村飲用水項目工程，一般為重力輸水，因為缺乏較近的水源，所以引水的距離比較長，管道鋪設沿線通常山高、林密、坡陡，增加了施工的困難程度。在管線施工過程中，還會遇到山脊、河流和溝谷等，這就不利于飲水管道鋪設的安全、經濟和便于維護的原則。

（二）管材、管徑選擇不甚合理。

由于受山區農村農戶居住分散、供水人口少等因素影響，供水規模一般在20—100立方米/天，導致工程輸水量不大，然而很多工程在輸水管道設計時管材、耐壓等級和管徑選擇均不甚合理。

（三）進（排）氣、減壓設施設置合理性差。

1.由于山區地形普遍起伏變化較大，管線布置時容易出現大高差、倒虹等情況，但很多已建工程設計處理又不科學，導致出現爆管現象。

2.受山區地形起伏較大的影響，在工程設計中又未做分析處理，致使輸水管道在一些地方出現較高的負壓區，導致輸水管道變形、甚至損壞。

（四）容易忽略排沙設施設置。

受山區山洪發生頻率較高的影響，洪水期間原水輸送時水體中含泥沙顆粒，在倒虹段和水平段容易沉積，導致輸水管道堵塞，輸水不暢。

二、處理方法及措施

（一）合理選擇輸水管道線路。

由于受山區輸水管道線路長、落差大、施工難度大和地方經濟落后的影響，為了降低工程造價、便于工程維護管理，輸水管道線路選擇宜按以下幾個原則進行。

1.線路力求順直，盡量縮短線路長度。

2.盡量少占或者不占農田，保護環境、防止管道的人為破壞。

3.盡量滿足管道地埋要求，避免急轉彎、較大的地形起伏和穿越不良地質地段，減少與河流、公路等障礙物的穿越。

4.穿越障礙物時，盡量與跨越障礙物相結合，盡量減少與天然和人工障礙物的交叉。

（二）管材選擇。

管材的選擇應從節約投資、保護環境的角度出發，盡量采用技術成熟和抗腐能力強的管道，結合山區供水人口少、供水規模小和施工難度大等特點，就鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、PVC-U型管、HDPE管和PP-R管進行比較，宜優先選用PE管和PP-R管作為輸水管道?，F就這種常用管材比較如下。

1.鋼管雖然具有良好的管道伸縮性和抗震能力，但造價相對較高、易腐蝕，且重量較重，不適合山區施工二次搬運較多的實際情況。

2.球墨鑄鐵管在供水規模小的情況下，造價更高，且易腐蝕，施工難度更大，故不適合。

3.玻璃鋼管因鋼度較小，對管道基礎有一定要求，在供水規模小的山區農村也不適合。

4.PVC-U型管道雖然具有化學性能好、抗腐蝕、管壁光滑阻力小、材質輕、施工安裝方便、管壁不結垢和易維修等優點，但造價高，在經濟落后的山區農村也不太適合。

5.PE管和PP-R管具有較高的強度、剛性和抗沖擊性，同時還具有低線形膨脹系數、抗腐蝕性、內壁光滑不結垢、水力損失小、重量輕、使用壽命長和山區施工搬運方便等優點，故宜優先選用HDPE管和PP-R管作為輸水管道。根據相關的統計結果，我縣農村飲用水工程項目中，管道投資占總投資的40%～50%。由此可知，管道管材與管徑與工程量造價有一定的相關性，合理選擇管道管徑與管材，有助于控制工程量造價。同時，在規劃設計時，應考慮工程規模、地形地貌和工作壓力等因素，實現最優的性價比。但是當管道鋪設較長，在規劃設計過程中，應按照工作壓力的不同，選擇不同等級的管道，一般按照管道工作壓力的1.5倍選擇管材。

（三）管徑選擇。

工程的造價大小，也受到管道流速大小的影響。一般情況下，山區農村地區飲用水工程供水規模小，一般在20-100立方米/天，管徑一般在150 mm以內，管徑計算時宜采用經濟流速法計算。根據《村鎮供水規范》規定，壓力流管道的流速范圍為0.6-1.0m/s；重力流管道的經濟流速應充分利用地形高差確定，但長距離重力流輸水管道設計時的設計流速也不宜大于2m/s；輸送原水的管道設計流速不宜小于0.6m/s，故山區農村飲水輸水管道經濟流速宜取0.8-1.5m/s。

管徑流速的具體確定方法為：按照經濟流速的范圍，將管徑范圍確定下來，也就是初選適合經濟流速范圍的各種管徑，在水力計算與投資比較的基礎上，選擇并確定最優的管徑。其初選管徑計算公式如下：

計算式中，D表示管道內經，單位m；Q表示計算流量，單位m?/s；V表示管道流速，單位m/s。

（四）管道的安全措施。

1.設置排氣閥。管道在使用過程中，水流和空氣一同進入管道，為了能夠及時將管道內的空氣排出，防止出現氣阻狀況，對于較長距離的輸水管道，必須安裝排氣閥。在我縣山區農村飲用水工程中，因為缺乏就近的水源地，所以只能通過長距離輸水的方式來解決問題。由于輸水管道途徑的地區，地形復雜、管線坡度起伏大，比如其中一個飲水工程的輸水管道長度達到了6km，而最大處的落差也超過了200m，管線鋪設為波浪形，平均高差超過了50m。因此，管道的安全性得不到很好的保障，需要安裝一定的排氣閥在管線的隆起部位，也就是在波浪式管道的最高處。如果管線相對比較平緩，可調整為縱坡，人工制造制高點，并安裝排氣閥，水平距離控制在600-1000m。而需要注意的是，兩個排氣閥之間不能出現次高點、最高點，不然在管道試壓時，相對高點位置容易發生管道爆裂。

2.設置自動進氣閥。在山區輸水管道布置安裝時難免出現地勢起伏變化大的情況，若在陡坡段不加以處理，管道運行過程中在陡坡段較高位置易出現負壓區，造成管道變形，因而必須在陡坡段較高位置設置自動進氣閥，破壞管段的負壓區，保護輸水管道，確保輸水通暢。

3.設置減壓閥或調壓池。由于管道沿線的地形條件比較差，加上山區農村地區經常出現管道壓力較大的情況，超出管道的實際承受壓力，有些輸水管道的地形落差超過了200m甚至更大。因此，在實際的工程施工中，必須設置減壓閥或者減壓池。雖然減壓池的運行，安全可靠，但是水量損失比較大，需要按照實際情況，調節閘閥開度，一般在管路中設置減壓閥。而在長距離輸水系統中，減壓池起著重要的作用，不僅能夠調節水池，而且還能夠調節水量。比如朱元鄉落差超過200m的輸水工程，利用了兩處天然溪溝，修建了兩座減壓池，將水頭降到了100米以下。對于管道沿線地形平緩、落差較大的管線，為了方便后期的運行維護與管理，應設置一定的減壓閥，滿足安全運行的要求。減壓閥的應用，非但不會造成水量的損失，同時還能延長管道的使用壽命，避免管道發生爆裂。同時，在工程建成投入使用后，尚需定期檢查減壓閥，發現問題及時修補或者更換減壓閥。

4.設置排沙口。山區長距離原水輸水管道，在設計時，應充分考慮原水富含泥沙易沉積的特點，故應在倒虹段最低點和地勢平緩段800-1000m處設置排沙口。排沙口一般采用所采用管徑大小一致的三通引出，出口處安裝排沙閥門，進行排沙。管道運行過程中，每間隔1月左右必須定時開啟排沙。

結束語

山區農村飲用水管道的設計，看上去十分簡單，但是實際上受到多種因素的影響，如果不注重規劃設計，可能出現質量的問題，也不利于后期的使用和維護。山區農村飲用水管道設計，受地形、經濟因素和管道等多種因素的影響，在設計時，應綜合考慮各種因素，提高規劃設計的科學性與合理性。

參考文獻：

[1]高敏速.山區農民飲用水管道設計應注意的幾個問題[J].陜西水利，2012，4：124-125.

[2]杜建勛，李淑芳，魏強軍.缺水地區水源工程建設淺析[J].河南水利，2011，16：126-127.

[3]丁雯雯.廣州市西江飲水工程某標段超大管徑PCCP管道水壓試驗[J].廣東土木與建筑，2011，14：24-25.