水庫工程供水管道設計分析

婁吉寧

【摘要】在水利水電工程施工中，管道工程建設占總投資的60%以上，管道工程建設質量會直接影響整個水利水電工程運行成本。因此，在水利水電工程設計階段，必須加強管道設計研究，這樣才能便于后期施工和管理。對此，本文首先介紹了水利水電工程供水管道設計要點，然后結合樹寨溝水庫，對水庫工程供水管道設計要點進行了詳細探究。

【關鍵詞】水庫工程；管道；設計

1、引言

現如今，社會經濟發展迅速，水資源短缺問題也越來越嚴重，水庫工程建設數量和建設規模都在逐漸擴大，在發展經濟用水，改善生態環境方面發揮著十分重要的作用。管道設計是水庫工程設計重點，因此對管道工程設計要點進行詳細探究具有十分重要的現實意義。

2、管道設計原則

（1）供水管道線路應該盡量順直，盡量避免地形起伏過大或者地質條件較差的地段。（2）結合水庫工程建設區域實際情況，包括冰凍情況、外部荷載等，合理確定管道埋深。（3）供水管線設計應該盡量靠近道路，便于施工、管理和維修。（4）供水管線布置應該盡量避免穿越村莊。

3、供水管道設計要點

3.1 管材選擇方面

在供水管道管材的選擇方面，應該堅持因地制宜和經濟適用原則。常見供水管道管材主要有鋼筋混凝土管、熱鍍鋅鋼管、無毒聚氯乙烯塑料管、聚乙烯塑料管以及鋼管等等。如果供水管材直徑在300mm以上，則可以使用鋼筋混凝土管，并且盡量選用管壁粗糙率比較低的管道，這樣能夠有效減少水頭損失。如果供水管材直徑在300mm以下，則應該盡量選用聚乙烯塑料管或無毒聚氯乙烯塑料管，因為施工成本比較低，而且安裝更加便捷。還需要注意的是，在石山區不宜埋管區域，應該盡量選用鋼管或熱鍍鋅鋼管。管徑的選擇應該綜合考慮供水規模等因素。

3.2 供水管線設計方面

供水管線設計應該盡量保持平整，盡量做到線路段、地形平緩、土石方工程量較小。另外，對于供水管線，應該盡量靠近道路兩邊進行規劃和鋪設，便于后期維護。除此以外，還應該充分利用水位高差，以重力流自壓供水，輸配水管線選擇應考慮近、遠期結合和分期施工的可能性。

4、工程概況

樹寨溝水庫供水工程設計灌面14300畝、人飲11581人，供水管道根據灌區、人飲分布及其高程布設，引水隧洞后接鋼管，主管在龍窩寨分為左、右干管，右干管在石場鄉分出中干管，其中主管至左、右干管分岔處長2610m，管材為DN500mm、450mm鋼管；右干管主要為Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ灌區提供灌溉供水及柏楊村、新街村、石場鄉人飲用水，設計引水流量0.11m3/s，右干管長4793m，管材為DN350、DN300mm鋼管及dn160mm、dn200mmPE管；左干管主要為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ灌區提供灌溉供水和大木村人飲用水，設計引水流量0.061m3/s，左干管長6850m，管材為DN350、DN300鋼管及dn160mm、dn200mmPE管；中干管主要為Ⅷ灌區提供灌溉供水和構皮村人飲用水，設計引水流量0.025m3/s，中干管長2700m，管材為dn160mmPE管。

5、水庫工程供水管道建筑設計

5.1 供水管道

5.1.1 供水點及需水量分析

根據《貴州省煙水配套工程建設規劃》、《貴州省“十二五”煙草產業發展規劃》等已有相關規劃，樹寨溝水庫主要是向水庫下游提供灌溉、人飲用水。

工程設計灌溉面積14300畝，其中水田300畝，主要分布在濫壩村寨，水田分布較集中；煙地14000畝，主要分布在桂花鄉濫壩村、石場鄉柏楊村、新街村、構皮村、文新村、大木村等6個行政村，旱地較為集中，呈帶狀分布。灌面高程均分布在1157.0m至860m之間，供水水源為樹寨溝水庫，設計年灌溉供水量138.9萬m3，年人飲供水量46.1萬m3。

樹寨溝水庫以烤煙灌溉為主，兼顧鄉鎮和農村生活飲水。根據《節水灌溉技術規范》（GB/T50363-2006）等相關規定，灌溉設計引用流量為P=80%最大旬（月）灌溉用水量。根據各作物最大月（旬）灌溉用水統計參數，水稻P=80%最大旬用水量為54.9m3/畝，用水流量為0.635m3/s·萬畝；油菜P=80%最大月用水量為18.3m3/畝，用水流量為0.07m3/s·萬畝；玉米P=80%最大月用水量為29.5m3/畝，用水流量為0.114m3/s·萬畝；烤煙P=80%最大月用水量為19.3m3/畝，用水流量為0.074m3/s·萬畝。

根據灌區分布情況、作物種植結構以及灌溉水利用系數，計算各作物的灌溉設計流量。水田設計灌溉面積為0.03萬畝，灌溉水利用系數0.883，計算水田灌溉流量為0.022m3/s。灌區設計灌溉烤煙面積1.4萬畝，采用兩年輪作種植模式，即一年種植烤煙0.7萬畝，另外0.7萬畝種植玉米，計算烤煙灌區設計流量為0.059m3/s，另外0.7萬畝玉米灌區設計流量為0.09m3/s，則灌區灌溉總設計流量為0.171m3/s。因為采用輪作模式，為保證輪作時滿足流量要求，旱地采用玉米的灌溉流量，即管道設計流量宜按0.09m3/s考慮。

鄉鎮及農村供水較集中，根據《村鎮供水工程技術規范》（SL310-2004）6.0.8條：水源到水廠的輸水管設計流量，應按最高日工作時平均取水量確定。根據本工程供水規模、用水量組成以及生活水平，結合當地相似供水工程，日變化系數取1.5，根據需水預測成果，鄉鎮及農村日均供水量為1263m3/d，則輸水干管設計流量為0.022m3/s。供水工程主管道供水流量為0.193m3/s。

5.1.2 水量調節措施

水量調節措施的核心是單雙管方案的選擇?！妒彝饨o水設計規范》（GB50013-2006）7.1.3條規定：輸水干管不宜少于兩條，當有安全貯水池或其它安全供水措施時，也可修建一條。

灌溉供水根據《灌溉與排水工設計規范》可采用渠道或管道輸水，煙地灌面大且高程差近100m，由前述方案比較可知，為減少工程占地，提高灌溉水利用系數以充分利用水資源，采用埋管管道供水方案。灌區內根據灌溉面積的大小、距離的長短及高程差等因素設置適當的調節池用以調節供水水量及水頭。

5.1.3 管徑選擇

樹寨溝水庫主管供水流量為0.193m3/s，其中右干管供水流量為0.11m3/s，左干管供水流量為0.061m3/s，中干管供水流量為0.025m3/s。

管徑選擇原則：因本工程為自流供水，在滿足末端水壓的要求下，應選擇最小管徑，力求投資最省。

管徑應根據水頭損失計算確定，計算公式如下：

根據供水流量，經計算，本工程設計管線的各種特性見下表1。

5.2 管材選擇

本工程地處山區，線路盡量按照現有道路進行布設?，F有道路多為鄉道，崎嶇狹窄，不利于運輸，故不適合采用重量最大的預應力鋼筒混凝土管；貴州近幾年遭受較嚴重的凝凍災害，根據2008年及2011年遭遇的凝凍災害來看，鑄鐵管抗凝凍性差，容易在低溫下損壞，故本階段不推薦使用球墨鑄鐵管。結合本工程各供水管道的管線布置，根據管徑大小選擇不同材料，根據以往工程經驗，當管徑大于200mm時，選用Q235鋼管較為經濟；當管徑小于200mm時，選用PE管較為經濟。故管徑小于等于200mm時，選用PE管，管徑大于200mm時，選用Q235鋼管。

5.3 管道鎮支墩設計

本工程供水管道總長16953m，其中主管長2610m，左干管長6850m、右干管長4793m、中干管長2700m，管道全為埋管式自流式供水。鎮墩設置原則：在管道平面或立面轉彎處設置鎮墩，以承受水流因管線方向的改變而產生軸向的不平衡力，將管道固定在地基上，防止發生位移，本工程在管道轉彎處或直管段每隔400m左右設置一個鎮墩；在管道相鄰兩鎮墩之間，管道轉彎段每間隔10m設一個支墩。兩鎮墩之間的支墩盡量按等距離布置，個別支墩間距考慮與鎮墩的關系進行必要的調整，鎮支墩均采用C15混凝土。

根據管線的走向，鎮墩分為凸型、凹型兩種鎮墩，均為封閉式鎮墩。鎮墩在滿足布置條件的前提下，其基礎應置于基巖上，覆蓋層深的地層，基礎應置于老土上。支墩基礎與鎮墩基礎一樣，在基巖裸露時應置于基巖上，受地質條件所限，覆蓋層較深，難置于基巖上時，須置于老土上。

5.4 管道附屬設施

為保護管道，不占用地表耕地，管道采用埋管。PE管及壓力鋼管管溝開挖深度按管道埋深不小于1.0m控制，在穿越道路的地方增加套管，埋深應不小于1.0m。開挖邊坡根據地質條件確定，基巖段1：0.3，覆蓋層1：1，其他局部地段還應適當放緩；管道鋪設時，陡于1：1.5的基槽，管基礎采用200mm砼墊層，巖基管槽鋪設200mm細砂墊層，再將管道置于其上。當管道穿越公路或鄉村道路時，考慮上部通行車輛的荷載作用，設計中采用外套方形C20鋼筋混凝土箱涵的方式，兩端須分別伸出公路或道路兩側1.5m。

為保證管網正常運行和便于維修管理，在管網平緩位置設置檢修閘閥；項目區處于山區，其管道沿線地形波狀起伏、坡陡谷深。為便于在檢修管道時，放空管內存水，在管道凸起處設置排氣閥；在管道低洼處設置沖砂/放水閘閥，沖砂閥直接接鋼管至低處的溝谷、河道，以利排水。各附屬設施根據地形條件、調度運行、檢修要求等進行合理布置。

排氣閥井為方形，井深大于或等于管道直徑加上0.6m，供水管管徑≤200mm時，平面尺寸為1.3m×1.3m，供水管管徑>200mm時，平面尺寸為1.8m×1.8m；井壁采用M7.5漿砌石砌筑，厚0.2m；底板采用C20混凝土澆筑，厚0.2m，井蓋采用C20鋼筋混凝土預制板，厚0.08m，由管道縱剖面圖統計可知，共需設排氣閥井20個。

沖砂閥井用于排水或檢修，井內安裝放水閘閥或檢修閘閥，結構形式與排氣閥井相同，由管道縱剖面圖統計可知，共需設泄水沖砂閥井22個。

為保護管道在日后運行中，不受到人為的意外破壞，應沿管道線每隔500m處埋設一個警示牌，管線平面轉彎點也應該埋設警示牌。警示牌采用C20砼預制而成，并標示醒目的提示字樣。

6、結語

綜上所述，樹寨溝水庫供水工程供水對象較多，管道布設復雜程度較高，對于供水管道，必須綜合考慮灌區、人飲分布以及其高程進行布設，這樣才能夠有效提升管線布設的合理性。在管材選用方面，也應該對經濟性和適用性進行綜合比較分析，提升供水管道設計科學性，優化供水管道布置，節約施工成本。

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