生態(tài)理論在水利工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

董德寶

(昌吉州水利科學(xué)技術(shù)研究所，新疆昌吉831100)

1 項(xiàng)目概況

沙雅縣地處天山以南、塔里木盆地北緣，行政隸屬新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)，位于阿克蘇地區(qū)東南部，距阿克蘇市約250 km。

沙雅縣東鄰巴州尉犁、且末兩縣，西靠阿克蘇市，北接庫(kù)車(chē)、新和縣，南隔塔克拉瑪干大沙漠與和田民豐、策勒兩縣相望，東西寬180 km，南北長(zhǎng)220 km，海拔1 050～943 m。

2 管網(wǎng)工程施工方案

管網(wǎng)工程是飲水安全工程建設(shè)的重點(diǎn)，其中管道開(kāi)挖241 700 m3，管道回填229 615 m3，管道安裝251.87 km，閘閥井124個(gè)，水表井550個(gè)。

由于改水工程管網(wǎng)長(zhǎng)、管溝挖填土方量大，尤其管溝在農(nóng)宅施工復(fù)雜，根據(jù)近幾年的管溝開(kāi)挖施工經(jīng)驗(yàn)，對(duì)管溝在農(nóng)宅施工可采用付費(fèi)的辦法交當(dāng)?shù)剞r(nóng)民開(kāi)挖，管網(wǎng)工程主要施工方案如下:

2.1 管道土方開(kāi)挖

管道溝槽采用機(jī)械開(kāi)挖，溝槽結(jié)合管徑大小開(kāi)挖成梯形，底寬0.6～0.8 m，上口寬1.0～1.2 m，溝深1～1.5 m，開(kāi)挖出的土堆放在溝槽外1 m，如果超挖用細(xì)土回填并夯實(shí)整平，溝槽底高程允許偏差為±20 mm，溝槽底不得有0.5 cm的顆粒。

2.2 管道土方回填

管道安裝完試壓前除接口外的溝槽先人工回填至管頂以上50 cm。回填土中磚、石、木塊等雜物應(yīng)清除干凈，管道兩側(cè)至管頂以上50 cm范圍內(nèi)的回填土不得含有機(jī)物、凍土以及直徑＞25 mm的石塊和直徑＞50 mm的土塊，回填土應(yīng)由溝槽兩側(cè)對(duì)稱(chēng)運(yùn)入槽內(nèi)不得直接扔在管道上，以免管道位移拉開(kāi)接頭和砸壞管道，回填其它部位時(shí)應(yīng)均勻運(yùn)入槽內(nèi)，不得集中推入。

在管道平面轉(zhuǎn)彎處外側(cè)前后3 m內(nèi)回填土方要夯實(shí)，干容重不小于自然土的干容重，夯實(shí)厚度等于管道直徑。

2.3 管道安裝

溝槽每500 m作為一個(gè)驗(yàn)收單元，驗(yàn)收合格后才能進(jìn)行管道安裝。將管節(jié)下入驗(yàn)收合格的溝槽，管節(jié)承口朝向上游，管節(jié)下入溝槽時(shí)不得與槽下的管道相互碰撞，管道安裝的主要工具為緊繩器，將止水膠圈放入管節(jié)承口，量出承口的長(zhǎng)度在插頭上作出相同長(zhǎng)度的標(biāo)記，在插頭上涂抹肥皂水，嚴(yán)禁涂抹溶劑、易揮發(fā)物、油脂。用緊繩捆住相鄰管節(jié)的插頭和承口，緩慢操作緊繩器手柄使承口外邊與插頭上作出的標(biāo)記吻合即可。

3 管網(wǎng)工程生態(tài)化設(shè)計(jì)

管網(wǎng)工程設(shè)計(jì)需依據(jù)水源、加壓站、各供水規(guī)劃區(qū)的位置，考慮村村通公路工程建設(shè)，從便于施工管理、管線經(jīng)濟(jì)的原則確定管線位置。由于擴(kuò)建區(qū)水廠位置及城鄉(xiāng)水源水廠位置已確定，管道布置按經(jīng)濟(jì)、方便運(yùn)行管理確定不存在方案比選，但存在輸水管道運(yùn)行方案的比選，這是管網(wǎng)工程生態(tài)化設(shè)計(jì)最為關(guān)鍵的內(nèi)容。

3.1 輸水干管道建設(shè)方案比選

依據(jù)管道布置從城鄉(xiāng)水源加壓站預(yù)留出口開(kāi)始，由北往南鋪設(shè)管道依次向海樓科克布運(yùn)水廠、集鎮(zhèn)水廠、達(dá)旺庫(kù)木水廠、墩力曼水廠，主管道繼續(xù)向南鋪設(shè)到托依堡鎮(zhèn)克其瑪達(dá)水廠，主管道向東南繼續(xù)鋪設(shè)至托依堡集鎮(zhèn)水廠500 m3的蓄水池，從水源加壓站到托依堡集鎮(zhèn)500 m3的蓄水池輸水管道長(zhǎng)38.6 km，如果在管道中不設(shè)加壓站。

為滿足各水廠的配水壓力需配置高壓管道才能滿足整個(gè)規(guī)劃區(qū)的供水要求，由于滿足配水要求所有的輸水主管道全部按配水要求設(shè)計(jì)，管道的設(shè)計(jì)流量增加一倍，管道工程投資高、高壓泵運(yùn)行費(fèi)用高。

而采用分級(jí)加壓供水需在主管道6號(hào)節(jié)點(diǎn)處設(shè)加壓站及調(diào)蓄池，該段管道的長(zhǎng)度為18.5 km，設(shè)計(jì)管徑為PVC400—12.0 km、PVC315—6.5 km，管道投資為335萬(wàn)元。

如不設(shè)加壓站從水源加壓站到6號(hào)節(jié)點(diǎn)之間的管道同時(shí)增加3座水廠的配水流量，管道設(shè)計(jì)管徑為RN500—18.5 km，由于管徑大采用玻璃鋼管，管道投資為775萬(wàn)元，這樣相比在管道中設(shè)加壓站投資經(jīng)濟(jì)，設(shè)加壓站后管道的輸水壓力＜0.6 MPa，運(yùn)行管理要求低，不設(shè)加壓站后管道的輸水壓力0.8 MPa。可見(jiàn)采用分級(jí)加壓供水壓力小、運(yùn)行管理方便、適合農(nóng)村現(xiàn)狀供水條件，這樣本次管道擴(kuò)建采用分級(jí)加壓的供水運(yùn)行方式［1］。

3.2 管材選用的方案比選

由于農(nóng)村供水工程規(guī)模小、人均投資低，目前大都采用PVC—U管材、有價(jià)格低的優(yōu)點(diǎn)，但隨著農(nóng)村飲水安全工程規(guī)模的提高，使用管道的管徑也加大，對(duì)管道的運(yùn)行安全要求更嚴(yán)，從管道的運(yùn)行安全重要性考慮，需對(duì)大管徑的管道進(jìn)行性能和價(jià)格比較，提出適應(yīng)農(nóng)村輸水安全、可靠的管材。

考慮項(xiàng)目區(qū)地下水和地基土對(duì)金屬材料有腐蝕性作用，采用金屬材料投資高，所以不采用金屬材料，而球墨鑄鐵管適應(yīng)大管徑且重量大、施工難，這樣可供選用的有玻璃鋼管(FRP)和聚乙烯管(PE管)和硬聚氯乙烯(PVC—U)，考慮PVC—U相比、FRP、PE管在小管徑方面有價(jià)格和施工優(yōu)勢(shì)，這樣對(duì)400 mm以上的FRP、PE兩種管材進(jìn)行主要技術(shù)指標(biāo)及優(yōu)缺點(diǎn)比較見(jiàn)表1。

表1 管材優(yōu)缺點(diǎn)比較

按照相同壓力和流量下聚乙烯管和玻璃鋼管所需的過(guò)水?dāng)嗝妗⑾鄳?yīng)的內(nèi)徑進(jìn)行經(jīng)濟(jì)比較，見(jiàn)表2。

表2 管徑經(jīng)濟(jì)比較

本次擴(kuò)建雖采用最大管徑為400 mm，考慮該管道主要是從水源調(diào)蓄池至海樓鄉(xiāng)調(diào)蓄池，考慮工程的重要性及供水壓力要求低，采用PVC—U有價(jià)格優(yōu)點(diǎn)，施工維護(hù)方便，所以本次擴(kuò)建的管道全部采用PVC—U，設(shè)計(jì)管道壓力0.6 MPa。從工程占地、土石方開(kāi)挖量、水土流失危害、水土保持投資等方面分析，選用不同的管材其變化不大，故對(duì)水土保持的影響一般，不存在孰優(yōu)孰劣的問(wèn)題，故從水土保持角度考慮，認(rèn)為主體工程推薦方案合適。

4 結(jié)論

生態(tài)理論應(yīng)用于水利工程設(shè)計(jì)，既合理利用現(xiàn)有水廠的資源，避免了水源工程的重復(fù)建設(shè)，又?jǐn)U大了水廠的供水規(guī)模，解決了水廠供水效益差的問(wèn)題。管網(wǎng)工程是生態(tài)化水利工程設(shè)計(jì)的重點(diǎn)內(nèi)容，從管網(wǎng)布局、安裝、選材、維護(hù)等方面構(gòu)建生態(tài)化水利。經(jīng)過(guò)本次研究發(fā)現(xiàn)，生態(tài)水利具有能耗小、污染少、效率高等特點(diǎn)，在水利工程中推廣有助于實(shí)現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，充分發(fā)揮了水利工程的總體效益。

［1］董哲仁.試論生態(tài)水利工程的基本設(shè)計(jì)原則［J］.水利學(xué)報(bào)，2004(10):3-8.