長距離輸水工程有關技術問題的探討

■鐘 瑞 ■榆林市水務集團有限責任公司，陜西 榆林 719000

我國是一個水資源較為豐富的國家，但是由于我國人口基數大，人均水資源占有量非常低，遠遠低于世界人均水資源占有量，被聯(lián)合國列為貧水國。另外，我國幅員遼闊，存在嚴重的水資源分布不均現(xiàn)象，南方的水資源占全國水資源的80%左右。而且，隨著氣候變暖，我國北方的水資源越來越少，因此，跨流域調水工程成為緩解這種水資源分布極度不均衡的重要方法措施，從而帶來了長距離輸水工程。長距離輸水一般可以分成重力流輸水和壓力流輸水兩種形式，在有條件的情況下，選擇重力流輸水能取得更好得節(jié)能效果。下面就長距離輸水工程中的技術問題進行分析。

1 長距離輸水工程中管材的合理選擇

長距離輸水工程中，管材的選擇需要依據工程的規(guī)模、工程的重要級別、壓力等級、輸水距離的長度、沿途地質水文條件、管道的性能等因素，進行技術性、經濟性、安全性等方面的綜合評估，然后確定管材。

我國幅員遼闊，不同地區(qū)的地質條件等有很大差異，同時經濟發(fā)展狀況和管材的應用情況也有很大差異。而每一項長距離輸水工程都具有其獨有的特點，這使得管材的選型也非常復雜。某一種管材在一個工程中運用取得較好的經濟、安全、質量效果，但是在另一個工程項目中可能就取不到這樣的效果了。根據多年的實踐經驗，長距離輸水工程中的管材主要有離心球墨鑄鐵管、鋼管、玻璃鋼管、預應力混凝土管、鋼筒混凝土管這幾種。其中，預應力混凝土管是成本最低的管材，在我國已被廣泛運用到長距離輸水工程中，但是其自重大，因此選用該管材時必須嚴格控制工作壓力，將其控制在0.4-0.8MPa 之間為宜，也正是因為這一缺點，影響了預應力混凝土管在長距離輸水工程中的應用推廣。

某市政長距離輸水工程中，其原定設計中選擇鋼筒混凝土管作為重力流管道，選用鋼管作為壓力流管道，在局部地方進行陽極保護。由于該項目是重點項目，對單管的輸水安全性要求高，且為長距離輸水，在實際施工中，將管材改為K9 級離心球墨鑄鐵管，有效保證了輸水的安全性，減少了后期維護量。

2 水錘的安全防護措施

凡是有泵和壓力管道的地方就有水錘，因此水錘也是長距離輸水工程中的一個重要技術問題，做好其安全防護措施是保證長距離輸水工程安全輸水的重要措施。

在長距離輸水工程中采用壓力流輸水方式時，需要采用水錘消除器、調壓井、液控蝶閥、旁通管泄壓等方式實現(xiàn)水錘的防護，避免其對泵站造成危害。同時，由于長距離輸水工程輸水管道長，在起泵時也很容易出現(xiàn)因水錘導致管道損壞現(xiàn)象，因此，必須進行合理的水錘安全防護設計。

對于啟停泵，一般采用先開泵后開閥、先關閥后停泵的控制方式，因此在斷流彌合水錘上，對壓力下降部位注入水或空氣，避免產生空腔問題，能有效保證水錘的安全性。

水在輸水管道中流動時，也就是水和空氣的共同流動，當輸水管道中出現(xiàn)排氣不通暢現(xiàn)象時，氣囊可能會因為水流的攜帶作用而運動，在水流速度過快時就可能出現(xiàn)氣囊的破裂。因此，我們在長距離輸水工程管道設計中，一般采用縱向布置方法，通過分析不同工況下水的流動狀態(tài)，然后合理安排排氣閥的位置以及合理的排氣閥選型。例如，選擇高點位置便于排氣，在高點位置設置雙口排氣閥，管道充水時采用大孔排氣，平常情況下采用小孔排氣。同時，在出現(xiàn)水流壓力大波動并出現(xiàn)負壓情況下，采用大孔進氣，從而避免產生斷流彌合水錘，保護輸水管道。為保證輸水管道的正常、穩(wěn)定、安全運行，我們往往還需要設置超壓泄壓閥，削弱峰壓。某長距離輸水工程中，其在泵房出水管上設置氣囊式水錘消除器。在水泵正常運行時，罐內的氣體被壓縮并儲備能量;在水泵停止時，管道內的壓力驟然下降，此時罐內氣體迅速膨脹給管道內補充水，避免出現(xiàn)管道內壓力的猛然大幅度降低現(xiàn)象。在管道內壓力逐漸上升時，向罐內充水，此時水錘波的部分能量就被吸收了，減少了管道內壓力的上升。

3 管道的穩(wěn)定性問題分析

在長距離輸水工程中，若為單管高壓輸水管道工程，此時受到長距離、地質地形條件等的影響，必須采取有效措施保證管道的穩(wěn)定性，可以從管線、管材、水壓、地形等方面合理處理該問題。一般來說，需要遵循以下幾個原則:(1)在布置管線時盡量避開山體滑坡地段、淤泥地段、水流沖刷地段等，這些地段極容易在出現(xiàn)自然災害時發(fā)生較大的地形變化，影響到輸水管道的穩(wěn)定性。另外，在條件允許時，盡量減少埋設管道，這樣可以降低溫度、滾石等對管道穩(wěn)定性的影響。(2)受地形影響，管線存在上坡和下坡段，根據管道與土壤的摩擦系數的關系，應將明設管道坡度控制在20%以上，將埋設管道的坡度控制在25%以上，同時在埋設管道的承口處澆筑混凝土支墩，起到良好的加固效果。3.對管徑≥350mm、試驗壓力＞10kg/cm2的管線，在其彎頭處設置混凝土支墩，起到固定作用，用被動土壓力和支墩的摩擦力來抵抗管道內水壓產生的一個向外推力，確保管道的穩(wěn)定性。4.對于明設管道，根據實際情況設置管道伸縮器，通過計算滑動支座和固定支座的受力，從而實現(xiàn)支座形式與伸縮器之間受力的均衡性。

4 結束語

隨著輸水工程的發(fā)展和社會經濟的發(fā)展，長距離輸水工程將會越來越多，相應的長距離輸水工程的要求也在不斷提高，正確認識長距離輸水工程中的關鍵性問題，并針對問題采取必要的措施解決問題，確保長距離輸水工程的建設質量，保證其安全穩(wěn)定運行。

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