汕尾市區供水節水改造工程輸水管的選定

顏曉梅

(廣東省水利電力勘測設計研究院有限公司， 廣東 廣州 510635)

1 工程概況

汕尾市區供水節水改造工程供水對象主要為汕尾市區、紅海灣開發區的生活和工業用水，供水設計水平年：基準年為2018年，近期設計水平年為2025年，遠期設計水平年為2035年。供水設計保證率城鄉生活供水設計保證率為97%，工業供水設計保證率為97%，農田灌溉供水設計保證率為90%，年平均取水量為1.08億m3，設計供水流量為4.8 m3/s[1]。

工程等別為Ⅱ等大(2)型[2]，相應主要建筑物級別為2級，次要建筑物級別為3級。主要建筑物包括引水渠道、進水閘、加壓泵站、渠道擋水閘、輸水管道、輸水隧洞、高位水池、過河倒虹吸等。次要永久建筑物包括管道檢修道路、廠區附屬建筑物等[3]。

本工程采用單線供水，輸水線路總長為26.83 km(管道埋設長度約為23.91 km，頂管長為1.61 km，隧洞長為0.31 km，利用現狀隧洞長為1.0 km)。其中管線埋管段長為23.91 km，其中普通埋管為23.16 km，跨一般渠道/河道埋管為0.43 km，穿一般公路埋管為0.32 km。其中高位水池前段埋管管材采用球墨鑄鐵管，高位水池后段埋管管材采用預應力鋼筒砼管。

2 輸水管道管材比選

在引調水工程中，輸水管道關乎著工程的成敗，且管線一般較長，其涉及的工程投資很大，故應對輸水管道各種材質和管徑指標進行比選[4]。

汕尾市近年來經濟社會不斷發展，人口集聚迅速，經濟規模不斷擴大，現狀供水能力不足，未能滿足汕尾城區發展用水需求。該項目的實施有利于解決現狀供水能力不足的問題；有利于提高水資源利用效率，改善水生態、水環境的作用；同時提高了汕尾市區供水應急保障能力，因此,輸水系統的安全運行十分重要[5]。

2.1 選擇原則[6]

1) 管道配件齊全且貨源充足；

2) 封閉性好，運行安全可靠；

3) 滿足內外壓設計荷載要求；

4) 工程投資相對較低；

5) 管理維護方便；

6) 工程運用廣泛。

2.2 方案的初步擬定

輸水管的選擇應從工程的規模、設計壓力、地形地質條件、投資及工期等方面進行綜合比選[7]。對于引調水工程，多種材質的管應用均很廣泛，可以比選的有鋼管[8]、預應力鋼筋混凝土管[9]、預應力鋼筒混凝土管[10]、玻璃夾砂管[11]、球墨鑄鐵管[12]和現澆混凝土管[13]等。

本工程工期要求較緊，考慮工程投資因素，輸水管只有1直徑約為2 000 mm的管，承受最大內水壓力約為0.6 MPa，整體埋深較淺，受外壓荷載不大。從以往類似工程經驗，玻璃夾砂管質量市場差異較大，運行中容易受內外壓而引起爆管；預應力鋼筋混凝土管接頭采用單膠圈密封設計，受地形的不均勻沉降因素，管口容易脫落漏水；現澆混凝土管受雨季等天氣影響很大，現場的施工質量難以保證，且工序相對較多，工期較長。根據本工程布置及地形地質等條件，考慮各種管的生產應用情況、優缺點，結合國內已建類似工程經驗，初步選擇鋼管、預應力鋼筒混凝土管及球墨鑄鐵管3種管作為本工程的比選方案。

2.3 優缺點比較

3種管的優缺點對比見表1。

表1 管材優缺點比較

2.4 經濟比較

經對3種管材詢價及相關計算，3種管材各種管徑的綜合管材費用見表2。

表2 管材投資對比 元/m

2.5 管材的選定

從表2中可以看出，同等管徑下，預應力鋼筒混凝土管費用最低；管徑不大于2.0 m時，球墨鑄鐵管比鋼管便宜；管徑大于2.0 m時，由于球墨鑄鐵管價格增加較大，鋼管比球墨鑄鐵管便宜。根據3種管材的優缺點及國內類似工程經驗(見表1)，本著節約投資的目的，本工程管材選擇分段確定。經初步計算，該工程輸水管的管徑在2.0 m，故管材選定如下，高位水池—管線末端管段約為21.35 km(有壓重力流輸水，內壓較小)管材初擬采用性價比較高的預應力鋼筒混凝土管；在取水口—高位水池管段約4.48 km(單管加壓輸水，內壓較大)則采用受內壓高、安全耐久、施工方便的球墨鑄鐵管；在過路、過溝、頂管等部位，考慮運行維護相對困難，接頭采用焊接可靠的鋼管。

3 輸水管道管徑的比選

3.1 輸水管徑的選擇原則

本供水工程為長距離的輸水工程，設計供水規模為4.8 m3/s。輸水管徑的選擇以供水工程的總投資現值最省，以及滿足各交水點的水頭要求為原則。

3.2 輸水管徑比選

針對選定的2種管材，選用范圍為1 400～2 600 mm進行管徑比選。

根據輸水管道的設計成果及相關廠家的最新報價，計算不同管徑的輸水管道總造價(包括土建開挖、回填費用，管材運輸及安裝費用)，總投資按等額年金折現因子折算為等額年金；計算輸水管道的水頭損失[14]，根據電價計算年抽水電費；總投資等額年金加上年抽水電費為總的等額年費用，通過年費用合理值確定管徑。

管材在Q=4.8 m3/s、年抽水量W=1.08億m3相同的條件下，抽水電費按電價0.62元/kWh；取內部收益率為8%、計算期為50 a，計算得等額年金折算因子為0.081 74。

1) 取水口—高位水池管徑比選

取水口—高位水池管線總長為4.48 km，管段設計流量為4.8 m3/s，管的糙率均取0.012，其各管徑年抽水電費結果見表3，年費用結果見表4。

從表3可以看出，管徑從1 400～2 600 mm，年抽水電費用呈現隨著管徑的增加先減小的趨勢，且級差在逐漸減小。總之，管徑越大，年抽水電費越少。

表3 年電費比較

從表4可以看出，管徑從1 400～2 600 mm，年費用呈現隨著管徑的增加先減小后增加的趨勢，在管徑為2 000 mm時的年費用最小，其值為388.53萬元，故該段輸水管道管徑選擇2 000 mm最為經濟合理。

表4 年費用比較

2) 高位水池—管線末端管徑比選

高位水池—管線末端管線總長約為21.35 km，管段設計流量為4.8 m3/s，采管的糙率均取0.013，其各管徑年抽水電費結果見表5，年費用結果見表6。

表5 年電費比較

表6 年費用比較

從表5可以看出，管徑從1 400～2 600 mm，年抽水電費用呈現隨著管徑的增加先減小的趨勢，且級差在逐漸減小。總之，管徑越大，年抽水電費越少。

從表6可以看出，管徑從1 400～2 600 mm，年費用呈現隨著管徑的增加而減小的趨勢，且年費用級差在逐漸縮小，當管徑大于2 000 mm以后，年費用減少不多。考慮管徑大于2 000 mm以后，管壁厚度增加較多，重量增加較大，會增加現場的施工、安裝難度及費用，也會對工期有不利影響。綜合以上因素，該段選擇D2000是相對合理的。

4 結語

汕尾市區供水節水改造工程是廣東省內的大型供水項目，是汕尾市的重點項目。目前，該工程正在進行施工建設。為保障飲水安全，目前我國有很多的流域內或跨流域引調水項目正在開展工作，考慮供水工程輸水管道有多種可選擇的管材，相同管材下有不同的管徑。為實現既保證工程安全穩定運行，又節約工程投資的目的，方案設計時，需根據工程的特點，進行多種方案的比較工作，綜合選定適合的布置方案。