新疆喀什一市四縣輸水工程壓力控制設計

藺勝江

（新疆兵團勘測設計院（集團）有限責任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

我國國土分布面積廣闊，各地地理環境和氣候條件存在著很大差異，導致水資源分布嚴重不均，多數情況下需要建設長距離的輸水工程來解決不同地區水資源差異的問題[1]。在長距離輸水工程中，多采用管道輸水的形式，這種輸水形式具有對環境的要求較低、施工成本低，施工作業快捷方便等多方面優點。在輸水工程設計中，管內壓力的控制是常見且較復雜的問題。分析長距離輸水工程沿程壓力控制將有效提高輸水工程的建設質量與效益。

1 新疆喀什一市四縣城鄉飲水工程概述

1.1 城鄉飲水工程

新疆維吾爾自治區喀什一市四縣城鄉飲水安全工程修建的目的是為了解決該工程項目區域內現有的供水不足、水質超標等問題，提高當地居民的生活水平及質量，進一步改善工程項目內的飲水條件，以此促進喀什地區經濟社會的發展進步。為建設一個可靠性與安全性具備的水源工程，在項目施工之前選擇相應的配套供水管網以及經濟合理的供水方案，來滿足該項工程項目內城鄉居民的用水需求。

飲水工程規劃供水人口為138.48萬人，預計到2020年時供水人口總數將到達180.58萬人到2020年日最高供水量為34.43 萬 m3/d（3.98 m3/s），日最高取水量為 38.42萬m3/d，規劃內的取水流量定為4.45 m3/s，預計年總取水量為10460.71萬m3，滿足了在伽師縣內供水到戶，其他一市三縣則供水到所屬市（縣）的水廠，通過鋪設輸水管網來為沿線的農村人口預留出供水分水口。城鄉飲水項目分為近期與遠期兩期工程，近期工程施工鋪設輸水干支管共計504.82 km，具體為總干管25.65 km、干管202.03 km、干管至農村水廠的管道工程為27713 km，其輸水管管徑為DN1600-160；遠期工程待日后在總水廠與縣城水廠之間的管道旁邊再添加一條新的管道，與近期管道互為備用、伴行設置，遠期工程預計鋪設輸水干管的總長度為227.69 km，其中有總干管25.65 km、有干管202.03 k，輸水管管徑為DN1600-600。

1.2 輸水工程沿程壓力問題

在長距離輸水過程中，存在用水地地勢高于水源地的情況。對于這種情況應該依據管線的長度、地形的高度差、設備的動力以及管材的承壓能力等具體條件，沿管線設置相應數量的中途加壓泵站，依靠壓力將水輸送到用水地。目前，加壓泵站之間的內部系統采取的形式多為在戲水池中斷壓力，然后依靠水泵提升的方式。部分長距離輸水沿程設計中，不設置加壓泵站的吸水池，用管道將相鄰的兩級泵站的進出水管直接連接，通過對各級泵站之間啟動時間的控制來實現輸水工程的正常運轉。需要注意的是，在一些礦區、山區以及一些新建的城市等，由于生活用品的供應不充分、交通不便利、供電供暖跟不上，給加壓泵站的運行以及后期管理維護造成困難，故長距離輸水工程沿程應當少設置甚至不設置加壓泵站[2]。

2 供水方案的選擇及確定

經過對工程的系統安全、工程總投資、后期運行管理維護以及對現有設施的利用程度等多方面進行綜合考量后，城鄉飲水工程的供水方案采用：在綜合業主意見的基礎上，基于目前當地已有的八座（其中一座擬建中）城市供水廠早已形成的加壓供水格局，由于本次輸水工程施工計劃中不包括對于內部管網的改造，因此不宜改變目前的供水方式，對疏勒縣、疏附縣以及喀什市等的一市兩縣依舊按照重力輸水到加壓站清水池，此后再二次加壓進入到用戶管網的供水方式。工程東部的兩個縣主要是以詳見圖1。

圖1 伽師縣和岳普湖縣供水區高程示意圖

結合伽師縣與岳普湖縣兩地供水高程最終采取的方案為取消岳普湖縣以及伽師縣的11座加壓站，采取重力配水的方式至今進入用戶管網，同時保留6座偏遠地區的加壓站，通過重力輸水方式進入加壓站，經過二次加壓供水最終進入用戶管網，具體供水方式方案見圖2。該方案減壓調節池位置位于伽師岳普湖干管23+437，與下游供水區的高差最小為53 m，最大為142 m。選定此位置作為減壓調節池的出發點主要在于下游片區的安全運行，剛好可以滿足下游供水區的水頭，又將下游供水區的運行壓力控制到最低，運行合理。

3 輸水工程沿程壓力控制設計

通過對城鄉輸水項目的分析，對沿程壓力控制設計提出建議。

（1）分段設計，減壓消能

在長距離輸水工程中，由于是長距離的供水輸送，所以鋪設的管道相應的會很長，且增加管道長度將影響管內壓力故需要通過分段減壓的方式消除每一段管道內的壓力隱患[3]。依據工程施工所需要鋪設的管道總長度，將其分為若干個不連續的部分，在每一部分的末端都安裝消能設備以及閘閥，依靠減壓設施的調節來確保每一段管道內承受的壓力差減小，借助這種方式減輕管道內壓力差過大給管道帶來的破壞[4]。

（2）縱向沿線管道的水錘防護

通過加壓輸水的方式，在輸水管道內形成水錘，尤其是在長距離的輸水工程中，由于管道內水體的流速時常會發生變化，管道內產生的壓力也會隨著水流速的改變而發生變化，這也決定了水錘是不可能完全消除的，只能減輕水錘對于輸水管道的破壞[5]。與輸水管道的鋪設情況相結合，在每一個縱向比較緩的駝峰處設置好排氣閥，理想狀態下是在水利工程施工設計的初期階段就對不同工況的水流狀態進行計算，以便在后期安裝好排氣閥門。特別是在布置輸水管道的時候需要關注水平方向上的排氣問題，據多年的研究結果，在水平方向上應當每隔600 m～1000 m就設置一個排氣閥[6]。選擇合適的排氣閥、排氣閥的性能以及恰當的安裝方式至關重要，排氣閥的安裝結果將對水管內的排氣情況產生直接的影響。

（3）全面做好停泵水錘防護

停泵水錘防護措施包括：①設置恒壓閥以及減壓閥的措施。恒壓閥始終保持水管內水流是滿管的狀態，待需要運行的時打開閥門即可，操作方便，為了避免產生水錘常采用在下游關閉出水閥的形式；減壓閥能夠有效地消除水錘的破壞，其缺點就是停泵時輸水管道是空管狀態，再次啟動困難，而且用時過長，且具有一定的危險性。②采取延緩閥門的關閉時間的方式。這是最簡單卻有效的方式，通過延長閥門的關閉時間，減緩輸水管內水流速度的突然性轉變，便于保持管道內壓力平穩。延緩閥門關閉時間的具體措施可以采用在閥門處設置旁通管、雙速閥門以及對閥門的末尾的15%～20%提供緩沖保護，特殊情況可以考慮安裝液壓氣室以及進氣閥的方式。總體來說，這種方式簡單易行，具有很強的實踐性。

圖2 供水方式方案流程示意圖

4 結語

隨著我國總人口的增加和工農業生產的迅速發展，水資源短缺現象日益明顯，許多城市和地區都采取長距離跨流域調水的措施來滿足對水資源的需求。在長距離輸水工程中沿程壓力的控制與設計將會直接影響到工程的工期、投資以及運行。在新疆維吾爾自治區城鄉飲水安全工程中，長距離輸水工程主要是通過分段設計，減壓消能、縱向沿線管道的水錘防護和全面做好停泵水錘防護等措施控制設計，有效地保障工期的合理進行，減少工程投資。結合新疆喀什一市四縣長距離輸水工程沿程壓力控制設計實例，為我國飲水工程中長距離輸水工程的建設提供借鑒。