提升膠東調水工程管道運行能力的對策措施

周雪楊，崔春梅

（1.山東省調水工程運行維護中心福山管理站，山東 煙臺265500；2.山東省水利科學研究院，山東 濟南250014）

膠東調水工程是南水北調東線工程中“T”字型調水大動脈的組成部分，是緩解煙臺、威海兩市供水危機，防止萊州灣地區海水入侵，改善生態環境，保證社會經濟可持續發展的特大型水利工程。2014 年以來，膠東地區發生連年嚴重干旱和城鄉供水危機，膠東調水工程自2015 年開始連續6 年實施向煙臺、威海應急調水，極大緩解了供水危機，保障沿線城鄉生產生活用水需求，極大改善了沿線生態環境，補充地下水，發揮了巨大的經濟效益、社會效益和生態效益。

膠東調水工程福山段包括高疃泵站、管道工程及暗渠工程三部分。暗渠管道段上接棲霞，下至萊山區外夾河，跨越5 個鎮街，先后穿越白楊河、大沽夾河、S802 省道、煙青威繞城高鐵、藍煙鐵路等基礎設施。管道工程全長25 km，其中包括高位水池1 座，控制性閥門井12 座，排氣井34座，排水井10 座，穿越河道3 處，分別為穿越清洋河2 處，穿越內夾河1 處。暗渠管道工程是膠東調水工程的重要組成部分，但在運行中卻暴露出不少問題，嚴重影響調水工程的安全運行，因此，亟需探索科學有效的措施解決管道工程存在的隱患問題，進一步提升管道工程運行能力。

1 存在的問題

1.1 管道運行時有發生水錘風險

管道工程位于山區地帶，高疃泵站設計高程28.66 m，走向4 km 后，挑至高位水池，高程85.6 m；沿線走向7 km，至內夾河穿河處最低點高程3.37 m，福山管道段沿線設有12 個閥門井，內設電動蝶閥來調節流量，主要作用是解決管道中不利工況下的負壓問題，但管道走向地勢起伏較大，在如此近距離且大落差的工況下，運行中若下游閥門井發生緊急事件，導致下游閥門緊急關閉，將造成水錘現象。水錘引起管道中的壓力升高，可以超過管道中正常工作壓力的幾十倍至幾百倍沖擊管道，以致管壁產生很大的應力，而壓力的反復變化將引起管道和設備的振動，造成管道、管件和設備的損壞，甚至造成管道爆裂等事故。

1.2 管道調水運行能力空間不足

膠東調水工程管道目前處于單管道高負荷運行狀態，設計流量為5.5～4.8 m3/s，運行能力有限。高位水池平面凈尺寸為20 m×10 m，出水管頂高程86.7 m，運行設計水工況水位87.53 m，主要功能是調節高疃泵站和桂山調流閥各工況下流量不匹配和控制的時間差容積偏小，要求遇到最不利工況時，保障管頂處于淹沒狀態，但經計算需要調節下游管道最大水量約有4 000 多立方米，但現有的高位水池容積僅200 m3，水池容積量嚴重偏小，遇到不利工況時，容易造成管道進氣，下游局部高點管道拉空，影響工程運行安全。

1.3 管道管護環境復雜

管道工程屬于隱蔽工程，材料大多數是玻璃鋼管，在管道接縫處用橡膠帶、焊接等措施止水，經過長時間運行，接縫處易出現老化滲漏，有些只是初期產生暗漏，但管道走向跨越農田、山地和穿越河道，均處于偏僻山區，地下管道是否運行正常、是否出現滲漏，均無法從表面發現，只有形成了小流量滲漏，方能通過肉眼識別發現。近年來，煙威地區連年干旱，管道出現漏水流量較小的情況，為了不影響城鄉居民正常用水，只能采取觀察、引渠道排水的保守方式處理，若出現嚴重漏水或爆管事件，只能停水進行檢修，嚴重影響煙威地區用水需求。

1.4 應急處置機制有待提升

膠東調水工程福山管道段自2015 年開始正式運行，管道已連續運行了近6 年，期間暴露出暗渠管道運行中不免會出現各種意外事件，但由于工程設立較晚，人員配備、基礎設施不夠完善，遇到緊急事件有效應對方式有待改善。

2 對策及建議

2.1 依靠技術手段減小水錘發生風險

一是考慮在管道最高點、低凹處、上坡坡角處等重要節點設置安全閥及抗水錘的專用閥門，當管道中壓力升高值超過允許數值時，安全閥自動開啟泄壓，釋放出管道中部分水量，使管道內部壓力升高變緩，從而消除水錘壓力；二是充分利用現有的排氣閥，可排除管道中的空氣，保證系統內是單相流，不致出現水錘升級的情況，同時還可在管道內出現負壓時補氣，防止產生負壓水錘；三是設置逆止閥，緊急事件導致的水錘較復雜，可在閥門井中出口安裝逆止閥或緩閉止回閥加以保護；四是通過采集近6 年運行以來的管道參數，研究管道運行特性，結合現有的自動化設備來調整各類電動閥門啟閉時間，適當延長閥門的啟閉順序及速度，避免發生水錘現象。

2.2 依靠工程手段擴大管道輸水能力

一是建議增加一條新的有壓輸水管道，按照能夠滿足其中一條管道出現事故停水檢修，另一條管道仍然可以正常運行的原則來建設，兩條管道互為配用，在輸水壓力大的條件下，雙管道也可以同時運行。新管道的選材和管徑，要在現有管道材料的基礎上，在可預計的最大流量需求的前提下，選擇安全可靠的材料，管線要盡可能沿現有管道走向鋪設，兩條管道之間要保持安全距離，盡量避開村鎮密集區，選擇地質條件較好的地帶，減少管道拐點，便于施工和日后的管理維護。二是對現有高位水池進行擴容施工，根據高疃泵站蝶閥和桂山調流閥設計流時閥門關閉時間，計算出新增高位水池需要的調蓄容積，在現有的20 m×10 m 高位水池占地面積上，盡量選擇周邊不涉及林地、農田、生態紅線的土地進行施工，高位水池擴容工程池頂高程可適當降低，出口管道管頂與水池池底持平，從而加大水池可利用容積。

2.3 依靠科技手段監測管道運行狀態

結合近幾年管道多次出現大小流量不等的滲水情況，為實時監測到管道內部具體方位的滲水點，可考慮利用自由行進式管道監漏技術。該技術是以智能球為主體，智能球是一個安裝有聲音傳感器的專門用來檢測泄漏點的球體，該球體通過現有的閥門井和排水排氣井可進入管道內部，隨水流向前移動。管道發生漏水時，流出管道的水與漏口摩擦、以及與四周介質等撞擊，會產生不同頻率的振動，球體在行進過程中利用聲學檢測技術，通過傳感器識別和定位到滲漏點，辨別滲水流量的大小。

2.4 依靠制度提升應急響應處置能力

根據膠東調水工程管道段的地質條件和運行實際，成立應急響應小組，統一組織、統一指揮，對內協調調水管理系統內部力量，對外協調相關地方政府和部門，確保應急調水環境安全；制定調水管道工程應急處置機制，配備備用電源、抽水設備等必要物資，定期對人員進行應急響應演練；依靠現有的水質檢測系統，對水質變化進行實時監測和分析，及時制止惡化水質流入水源地。