淺談長距離輸水管道設計中應注意的問題

王振業(yè)

【摘要】結(jié)合筆者對長距離輸水管道在設計中防護技術(shù)與安全措施的運用，提出各種水力計算的分析方法與實際運行的比較，為長距離輸水管道的設計提供借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】輸水管道;水力計算;安全措施

On the long-distance water pipeline design should pay attention to the problem

Wang Zhen-ye

（Turfan regions Water Resources and Hydropower Survey and Design InstituteTurpanXinjiang838000）

【Abstract】The combination of the author the use of protective and security measures in the design of long-distance water pipelines， proposed a variety of hydraulic calculation methods of analysis and comparison of actual running， providing reference for the design of long-distance water pipelines.

【Key words】Water pipelines;Hydraulic calculation;Safety measures

隨著水利部全面解決農(nóng)村飲水安全問題目標的提出以及各地區(qū)國民經(jīng)濟的發(fā)展，城市建設規(guī)模不斷擴大，工業(yè)建設速度迅速加快，人民生活水平也隨之相應提高，城市工業(yè)和生活用水量急劇增加，城市用水的緊張狀況日益嚴重。故不少城市、工礦企業(yè)及農(nóng)村飲水不得不到數(shù)十公里甚至數(shù)百公里以外尋找能滿足水量、水質(zhì)要求的新水源，因而長距離輸水工程也逐漸增多。在長距離輸水管道設計時存在諸多要解決的問題，下面就此闡述幾點看法。

1. 管材的選擇

常用的管材有鋼管、球墨鑄鐵管、預應力混凝土管、玻璃鋼管、超高分子量聚乙烯管、預應力鋼筒混凝土管（PC-CP）等。應結(jié)合項目區(qū)地質(zhì)情況及受水區(qū)要求的保證程度、資金等全方位綜合考慮，進行管材優(yōu)選。

2. 水力計算

管徑的選擇可以通過Q=AV來初選管徑，然后根據(jù)水力計算優(yōu)化管徑。在水力計算時，一般是按照均勻流計算，普遍采用的公式有：

（1）Darcy公式：hf= λlv22gd

（2）Chezy公式：V= CRJ

（3）Hazen-Williams公式：

hf=10.67Q1.852l C1.852hd4.87

式中：hf——沿程水頭損失（m）;

λ——沿程阻力系數(shù);l——管道長度;

d——管道計算內(nèi)徑（m）;

g——重力加速度（m/s2）;

C——謝才系數(shù)（m1/2/s）;

J——水力坡降;

R——水力半徑;

Q——管道流量（m3/s）;

V——流速（m/s）;

Ch——海曾·威廉系數(shù)。

上述三式中（1）、（2）式不僅適用于管道流，同時也適用于明渠的水力計算。（3）式的計算參數(shù)較少，是一個廣泛應用于管網(wǎng)計算的傳統(tǒng)公式。上述三式與管道內(nèi)壁粗糙程度相關(guān)的系數(shù)軍事影響計算結(jié)果的重要參數(shù)。

筆者根據(jù)近幾年長距離輸水管道的設計計算，（1）、（3）是應用較多，通過與實際過流能力及水損實測情況比較，（1）式在采用Colebrook-White公式計算出的λ值與商用圓管的阻力吻合最好。

3. 連通管的設置與閥門的選擇

根據(jù)規(guī)范要求，長距離輸水管道宜選用兩條管線，以滿足檢修需要，當其中一條檢修時供水量應不少于設計供水量70%，若兩條管線并行，應考慮設置2處以上的連通管，在每根連通管處的主管上下側(cè)設置2個閘閥，連通管處設置一個閘閥，共5個閘閥，以達到分段檢修目的。同時兩條管線應考慮一定的安全距離以防止沖刷破壞，同時也利于檢修。

連通管和連通管閥門僅在輸水干管發(fā)生事故或檢修時短時間使用，在不影響使用的情況下，盡量選擇管徑小一些的。當兩條輸水干管的管徑相同時，連通管和連通管閥門宜選擇比輸水干管小一號的管徑，當兩條輸水干管的管徑不相同時，連通管及連，通管閥門應采用較小輸水干管的管徑。

4. 排氣閥的設置

管道初次輸水時，管道內(nèi)存有空氣，管道運行時，實際上是水汽兩相流。因此在長距離輸水管道設計時，必須重視排氣閥的設置，其數(shù)量應根據(jù)沿線地形、地質(zhì)情況，合理確定管道的縱向布置，一般人為的每隔一定距離布置成一個高點，在駝峰處布設排氣閥，防止管道發(fā)生氣蝕和振動以影響管道輸水及安全。根據(jù)《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)范要求，壓力輸水管道上的隆起點及每隔1Km左右應設一進氣排氣閥，對于長距離輸水管道，盡可能采用復合式排氣閥，以利于管道在壓力較高時實現(xiàn)微量排氣。

5. 水錘防護

水錘是壓力管道系統(tǒng)防護的重要內(nèi)容，在長距離輸水管道中，流速變化是經(jīng)常出現(xiàn)的，管道中流速變化時，致使管道中水的壓力的升高或降低，在壓力低于水的汽化壓力時，水柱就被拉斷，出現(xiàn)斷流空腔，在空腔處的水流彌合時將產(chǎn)生強烈的撞擊，管道中的水升壓，形成水錘。水錘有啟動水錘、關(guān)閉水錘、停泵水錘。一般啟動水錘不大，只是真空情況下，管中空氣不能排出而被壓縮時才會加劇水位壓力的變化;關(guān)閉水錘在正常操作時不會引起過大的水錘壓力;但由于突然停電或事故停泵所產(chǎn)生的水錘往往較大，水錘壓力值可達到工作壓力的1.5～3倍。一

般采取技術(shù)工程措施加以防護，在水泵出口處設置水錘消除器、緩閉止回閥、安全閥、超壓泄壓閥等形式以防止水錘危害。

對于重要工程建議采用水錘數(shù)值模擬計算，這樣一方面能保證工程的安全，另一方面能做到對工程的優(yōu)化，比如說排氣閥、超壓泄

水閥的設置問題等也能更趨于合理。

6. 結(jié)語

在長距離輸水管道設計中，管道投資占輸水工程的絕大比重，管材、管徑及工作壓力的選擇必須根據(jù)工程規(guī)模、重要性、地形地質(zhì)等進行經(jīng)濟比較綜合分析確定，許多技術(shù)及安全措施還有待更深入的研究與提高。

參考文獻

[1]李煒等。《水力計算手冊》（第二版），中國水利水電出版社，2006.

[2]《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》CECS193：2005，中國計劃出版社.

【摘要】結(jié)合筆者對長距離輸水管道在設計中防護技術(shù)與安全措施的運用，提出各種水力計算的分析方法與實際運行的比較，為長距離輸水管道的設計提供借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】輸水管道;水力計算;安全措施

On the long-distance water pipeline design should pay attention to the problem

Wang Zhen-ye

（Turfan regions Water Resources and Hydropower Survey and Design InstituteTurpanXinjiang838000）

【Abstract】The combination of the author the use of protective and security measures in the design of long-distance water pipelines， proposed a variety of hydraulic calculation methods of analysis and comparison of actual running， providing reference for the design of long-distance water pipelines.

【Key words】Water pipelines;Hydraulic calculation;Safety measures

隨著水利部全面解決農(nóng)村飲水安全問題目標的提出以及各地區(qū)國民經(jīng)濟的發(fā)展，城市建設規(guī)模不斷擴大，工業(yè)建設速度迅速加快，人民生活水平也隨之相應提高，城市工業(yè)和生活用水量急劇增加，城市用水的緊張狀況日益嚴重。故不少城市、工礦企業(yè)及農(nóng)村飲水不得不到數(shù)十公里甚至數(shù)百公里以外尋找能滿足水量、水質(zhì)要求的新水源，因而長距離輸水工程也逐漸增多。在長距離輸水管道設計時存在諸多要解決的問題，下面就此闡述幾點看法。

1. 管材的選擇

常用的管材有鋼管、球墨鑄鐵管、預應力混凝土管、玻璃鋼管、超高分子量聚乙烯管、預應力鋼筒混凝土管（PC-CP）等。應結(jié)合項目區(qū)地質(zhì)情況及受水區(qū)要求的保證程度、資金等全方位綜合考慮，進行管材優(yōu)選。

2. 水力計算

管徑的選擇可以通過Q=AV來初選管徑，然后根據(jù)水力計算優(yōu)化管徑。在水力計算時，一般是按照均勻流計算，普遍采用的公式有：

（1）Darcy公式：hf= λlv22gd

（2）Chezy公式：V= CRJ

（3）Hazen-Williams公式：

hf=10.67Q1.852l C1.852hd4.87

式中：hf——沿程水頭損失（m）;

λ——沿程阻力系數(shù);l——管道長度;

d——管道計算內(nèi)徑（m）;

g——重力加速度（m/s2）;

C——謝才系數(shù)（m1/2/s）;

J——水力坡降;

R——水力半徑;

Q——管道流量（m3/s）;

V——流速（m/s）;

Ch——海曾·威廉系數(shù)。

上述三式中（1）、（2）式不僅適用于管道流，同時也適用于明渠的水力計算。（3）式的計算參數(shù)較少，是一個廣泛應用于管網(wǎng)計算的傳統(tǒng)公式。上述三式與管道內(nèi)壁粗糙程度相關(guān)的系數(shù)軍事影響計算結(jié)果的重要參數(shù)。

筆者根據(jù)近幾年長距離輸水管道的設計計算，（1）、（3）是應用較多，通過與實際過流能力及水損實測情況比較，（1）式在采用Colebrook-White公式計算出的λ值與商用圓管的阻力吻合最好。

3. 連通管的設置與閥門的選擇

根據(jù)規(guī)范要求，長距離輸水管道宜選用兩條管線，以滿足檢修需要，當其中一條檢修時供水量應不少于設計供水量70%，若兩條管線并行，應考慮設置2處以上的連通管，在每根連通管處的主管上下側(cè)設置2個閘閥，連通管處設置一個閘閥，共5個閘閥，以達到分段檢修目的。同時兩條管線應考慮一定的安全距離以防止沖刷破壞，同時也利于檢修。

連通管和連通管閥門僅在輸水干管發(fā)生事故或檢修時短時間使用，在不影響使用的情況下，盡量選擇管徑小一些的。當兩條輸水干管的管徑相同時，連通管和連通管閥門宜選擇比輸水干管小一號的管徑，當兩條輸水干管的管徑不相同時，連通管及連，通管閥門應采用較小輸水干管的管徑。

4. 排氣閥的設置

管道初次輸水時，管道內(nèi)存有空氣，管道運行時，實際上是水汽兩相流。因此在長距離輸水管道設計時，必須重視排氣閥的設置，其數(shù)量應根據(jù)沿線地形、地質(zhì)情況，合理確定管道的縱向布置，一般人為的每隔一定距離布置成一個高點，在駝峰處布設排氣閥，防止管道發(fā)生氣蝕和振動以影響管道輸水及安全。根據(jù)《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)范要求，壓力輸水管道上的隆起點及每隔1Km左右應設一進氣排氣閥，對于長距離輸水管道，盡可能采用復合式排氣閥，以利于管道在壓力較高時實現(xiàn)微量排氣。

5. 水錘防護

水錘是壓力管道系統(tǒng)防護的重要內(nèi)容，在長距離輸水管道中，流速變化是經(jīng)常出現(xiàn)的，管道中流速變化時，致使管道中水的壓力的升高或降低，在壓力低于水的汽化壓力時，水柱就被拉斷，出現(xiàn)斷流空腔，在空腔處的水流彌合時將產(chǎn)生強烈的撞擊，管道中的水升壓，形成水錘。水錘有啟動水錘、關(guān)閉水錘、停泵水錘。一般啟動水錘不大，只是真空情況下，管中空氣不能排出而被壓縮時才會加劇水位壓力的變化;關(guān)閉水錘在正常操作時不會引起過大的水錘壓力;但由于突然停電或事故停泵所產(chǎn)生的水錘往往較大，水錘壓力值可達到工作壓力的1.5～3倍。一

般采取技術(shù)工程措施加以防護，在水泵出口處設置水錘消除器、緩閉止回閥、安全閥、超壓泄壓閥等形式以防止水錘危害。

對于重要工程建議采用水錘數(shù)值模擬計算，這樣一方面能保證工程的安全，另一方面能做到對工程的優(yōu)化，比如說排氣閥、超壓泄

水閥的設置問題等也能更趨于合理。

6. 結(jié)語

在長距離輸水管道設計中，管道投資占輸水工程的絕大比重，管材、管徑及工作壓力的選擇必須根據(jù)工程規(guī)模、重要性、地形地質(zhì)等進行經(jīng)濟比較綜合分析確定，許多技術(shù)及安全措施還有待更深入的研究與提高。

參考文獻

[1]李煒等。《水力計算手冊》（第二版），中國水利水電出版社，2006.

[2]《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》CECS193：2005，中國計劃出版社.

【摘要】結(jié)合筆者對長距離輸水管道在設計中防護技術(shù)與安全措施的運用，提出各種水力計算的分析方法與實際運行的比較，為長距離輸水管道的設計提供借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】輸水管道;水力計算;安全措施

On the long-distance water pipeline design should pay attention to the problem

Wang Zhen-ye

（Turfan regions Water Resources and Hydropower Survey and Design InstituteTurpanXinjiang838000）

【Abstract】The combination of the author the use of protective and security measures in the design of long-distance water pipelines， proposed a variety of hydraulic calculation methods of analysis and comparison of actual running， providing reference for the design of long-distance water pipelines.

【Key words】Water pipelines;Hydraulic calculation;Safety measures

隨著水利部全面解決農(nóng)村飲水安全問題目標的提出以及各地區(qū)國民經(jīng)濟的發(fā)展，城市建設規(guī)模不斷擴大，工業(yè)建設速度迅速加快，人民生活水平也隨之相應提高，城市工業(yè)和生活用水量急劇增加，城市用水的緊張狀況日益嚴重。故不少城市、工礦企業(yè)及農(nóng)村飲水不得不到數(shù)十公里甚至數(shù)百公里以外尋找能滿足水量、水質(zhì)要求的新水源，因而長距離輸水工程也逐漸增多。在長距離輸水管道設計時存在諸多要解決的問題，下面就此闡述幾點看法。

1. 管材的選擇

常用的管材有鋼管、球墨鑄鐵管、預應力混凝土管、玻璃鋼管、超高分子量聚乙烯管、預應力鋼筒混凝土管（PC-CP）等。應結(jié)合項目區(qū)地質(zhì)情況及受水區(qū)要求的保證程度、資金等全方位綜合考慮，進行管材優(yōu)選。

2. 水力計算

管徑的選擇可以通過Q=AV來初選管徑，然后根據(jù)水力計算優(yōu)化管徑。在水力計算時，一般是按照均勻流計算，普遍采用的公式有：

（1）Darcy公式：hf= λlv22gd

（2）Chezy公式：V= CRJ

（3）Hazen-Williams公式：

hf=10.67Q1.852l C1.852hd4.87

式中：hf——沿程水頭損失（m）;

λ——沿程阻力系數(shù);l——管道長度;

d——管道計算內(nèi)徑（m）;

g——重力加速度（m/s2）;

C——謝才系數(shù)（m1/2/s）;

J——水力坡降;

R——水力半徑;

Q——管道流量（m3/s）;

V——流速（m/s）;

Ch——海曾·威廉系數(shù)。

上述三式中（1）、（2）式不僅適用于管道流，同時也適用于明渠的水力計算。（3）式的計算參數(shù)較少，是一個廣泛應用于管網(wǎng)計算的傳統(tǒng)公式。上述三式與管道內(nèi)壁粗糙程度相關(guān)的系數(shù)軍事影響計算結(jié)果的重要參數(shù)。

筆者根據(jù)近幾年長距離輸水管道的設計計算，（1）、（3）是應用較多，通過與實際過流能力及水損實測情況比較，（1）式在采用Colebrook-White公式計算出的λ值與商用圓管的阻力吻合最好。

3. 連通管的設置與閥門的選擇

根據(jù)規(guī)范要求，長距離輸水管道宜選用兩條管線，以滿足檢修需要，當其中一條檢修時供水量應不少于設計供水量70%，若兩條管線并行，應考慮設置2處以上的連通管，在每根連通管處的主管上下側(cè)設置2個閘閥，連通管處設置一個閘閥，共5個閘閥，以達到分段檢修目的。同時兩條管線應考慮一定的安全距離以防止沖刷破壞，同時也利于檢修。

連通管和連通管閥門僅在輸水干管發(fā)生事故或檢修時短時間使用，在不影響使用的情況下，盡量選擇管徑小一些的。當兩條輸水干管的管徑相同時，連通管和連通管閥門宜選擇比輸水干管小一號的管徑，當兩條輸水干管的管徑不相同時，連通管及連，通管閥門應采用較小輸水干管的管徑。

4. 排氣閥的設置

管道初次輸水時，管道內(nèi)存有空氣，管道運行時，實際上是水汽兩相流。因此在長距離輸水管道設計時，必須重視排氣閥的設置，其數(shù)量應根據(jù)沿線地形、地質(zhì)情況，合理確定管道的縱向布置，一般人為的每隔一定距離布置成一個高點，在駝峰處布設排氣閥，防止管道發(fā)生氣蝕和振動以影響管道輸水及安全。根據(jù)《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》規(guī)范要求，壓力輸水管道上的隆起點及每隔1Km左右應設一進氣排氣閥，對于長距離輸水管道，盡可能采用復合式排氣閥，以利于管道在壓力較高時實現(xiàn)微量排氣。

5. 水錘防護

水錘是壓力管道系統(tǒng)防護的重要內(nèi)容，在長距離輸水管道中，流速變化是經(jīng)常出現(xiàn)的，管道中流速變化時，致使管道中水的壓力的升高或降低，在壓力低于水的汽化壓力時，水柱就被拉斷，出現(xiàn)斷流空腔，在空腔處的水流彌合時將產(chǎn)生強烈的撞擊，管道中的水升壓，形成水錘。水錘有啟動水錘、關(guān)閉水錘、停泵水錘。一般啟動水錘不大，只是真空情況下，管中空氣不能排出而被壓縮時才會加劇水位壓力的變化;關(guān)閉水錘在正常操作時不會引起過大的水錘壓力;但由于突然停電或事故停泵所產(chǎn)生的水錘往往較大，水錘壓力值可達到工作壓力的1.5～3倍。一

般采取技術(shù)工程措施加以防護，在水泵出口處設置水錘消除器、緩閉止回閥、安全閥、超壓泄壓閥等形式以防止水錘危害。

對于重要工程建議采用水錘數(shù)值模擬計算，這樣一方面能保證工程的安全，另一方面能做到對工程的優(yōu)化，比如說排氣閥、超壓泄

水閥的設置問題等也能更趨于合理。

6. 結(jié)語

在長距離輸水管道設計中，管道投資占輸水工程的絕大比重，管材、管徑及工作壓力的選擇必須根據(jù)工程規(guī)模、重要性、地形地質(zhì)等進行經(jīng)濟比較綜合分析確定，許多技術(shù)及安全措施還有待更深入的研究與提高。

參考文獻

[1]李煒等。《水力計算手冊》（第二版），中國水利水電出版社，2006.

[2]《城鎮(zhèn)供水長距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程》CECS193：2005，中國計劃出版社.