长距离引水管线工程经济管径研究

长距离引水管线工程经济管径研究

花珊 ,刘月 ,郭新

洛阳水利勘测设计有限责任公司  河南省  471000

摘要：城乡供水一体化是实现城乡融合发展的关键，通过供水一体化工程作为连接结构，将农村与城市有机融合为一个整体。因此，为了实现全局规划和共同建设，以及城市未来发展需要，各个地区开始大力发展供水一体化工程。但由于在实际实施过程中，农村与城市相比，无论是供水基础设施的建设质量，还是工程技术等方面都相对薄弱，同时农村居民引水不安全问题已经严重威胁到了农村实现脱贫致富的步伐。在城乡供水一体化工程当中，长距离输水工程是制约工程发展的主要原因。

关键词：长距离；引水管线；布置

引提水和连通工程是解决工程性缺水问题的重要手段，长距离输水工程必须考虑资金的时间价值，经济管径确定影响工程投资及运行费用，是输水系统总体方案的重要组成部分，经济管径的确定必须结合工程输水系统的自身特点综合研究。为提高城乡供水一体化工程经济性和技术性，对城乡供水一体化工程长距离引水管线布置优化方法进行研究。

一、经济管径影响因素

计算公式及适用范围，经济管径计算方法主要有经济流速法，经济流速法一般适用于井灌区和其他一些非重点的管道工程设计中，该方法是根据不同的管材确定适宜流速，然后由管道水力学公式计算出一组比较经济的管径，最后根据商品管径进行标准化修正，对于长距离输水工程仅可作为管径初选，计算公式如下：

在长距离引水工程中较多采用的是 PCCP、钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管等，应用时首先要考虑输水段输水方式，重力流段应满足水压、流量等要求，管径尽可能取小些，管道流速不小于不淤流速（0.5 m/s），不大于最大允许流速（2.5~3.0 m/s）。而对需设置加压泵站的，一般可先用 1.0 m/s 计算出一个管径，规格化后可作为初拟管径的中间值。

二、长距离引水管线布置方法

1、设置长距离引水管线干管条数及引水口位置。对于城乡供水一体化工程当中的长距离引水、输水，其主要方式是通过压力传输和重力传输两种，而其中重力传输又可根据引水管线内水流的具体特征分为无压自流式和承压满管流式两种。在对引水管线布置时，需要考虑到管线在后期使用时的供水安全性。根据地下给水设计规范当中的相关要求，以及城乡供水一体化工程中引水路线较长和布置经济性等方面的需要，采用以一条干管为主的引水管线。根据城乡供水一体化工程项目需要，初步选定引水管线中管道的横截面直径为 DN1500 ～DN2500 范围以内。将一条干管引水管线与两条干管引水管线的经济投资对比，两条干管方案的建设成本每米高出 2460 元。同时，在城乡供水一体化工程项目当中需要确保更高的供水保证率，由于涉及农村用水区，若具备充足的水源，则可以通过相互调剂的方式，进一步提高供水保证率，可不考虑事故水量的安全储水池要求。若不具备充足的水源，则需要从经济角度和供水保证率角度综合对长距离引水管线干管条数进行选择。对于城乡供水一体化工程项目而言，由于其连接的两个区域之间存在较大差异，因此不能全线依靠重力引水，应当结合加压泵站的引水方式。针对城市区域满足重力引水要求，则不需要加压处理; 针对农村区域不满足重力引水要求，则需要利用加压泵站对引水管线进行加压处理，实现对引水质量的调节。大部分城乡供水一体化工程项目都是将水库作为引水水源，根据工程项目建设需要以及供水需要，确定取水位置，并结合水库周围水下条件、施工条件、交通条件等对引水口位置进行综合分析。同时，在选择引水口时应当充分利用施工区域范围内的地形、地质条件，尽可能地减少爆破工程量的产生，以此降低布置难度。除此之外，在选择引水口时应当考虑到对周围土地拆迁的影响，尽可能选择不需要征地拆迁的区域，以此进一步降低布置的难度，节约更多的工程投资成本。

2、计算重力流段最小引水管道直径。在城乡供水一体化工程项目当中引水管线的布置投资占整个工程投资成本的六成以上，若对于引水管道直径的选择过大，则尽管水头的损失减小，但仍然会进一步增加泵站以及管线工程的造价。而对于引水管道直径的选择过小，虽然能够在一定程度上减小城乡供水一体化工程的初期投资成本，但会加大对水头损失克服的难度，进一步增加泵站运行的费用。因此，需要对重力流段的引水管线布置需要，对其管道直径进行计算。综合南水北调等类似工程项目当中采用糙率取值的分析经验，并结合城乡供水一体化工程项目的需要，将预应力钢筒混凝土管的糙率设置在 0. 0120～ 0. 0135 范围以内，将钢管结构的糙率取值设置在 0. 0120 ～ 0. 0125 范围以内。  

3、加压流段经济管径选型优化。对长距离引水管线上的加压流段，在对经济管径选择时，采用经济流速法与动态法相结合的方式，通过对经济管径选型优化，在确保符合供水要求的情况下，进一步缩小引水管线布置投资成本。针对引水管线布置的初选阶段，引入经济流速法，根据引水方式、管线选材等确定经济流速范围，再通过对城乡供水一体化工程的水力计算，得出相对经济的管径，并结合标准管径的各个结构参数对其进行适当修正，水力计算公式为:

根据公式，在确定水力条件的情况下，在经济流速参数不断变化的过程中，对引水管线管道的直径可选择范围进行确定。再根据年值法和净现值法对经济管径参数进行计算，考虑到各类施工材料在布置时的资金、时间、价格的不同，将其通过一定方式，对不同管径方案下的经济定量进行比较，以此确定管径。结合引水管线的建设费用以及泵站的投资金额，对年运行电费现值计算。同时，在实际应用中，针对经济管径的选型，还应当充分考虑到以下因素。首先，引水管线沿线上的任何一个节点的工作压力都需要在管线材料标准公称压力范围以内; 其次，所有经济管线的经济流动都应当介于引水管线的不淤流速与最大可允许流速范围之间; 再次，在选择加压流段经济管径时，应当尽可能避免出现成本增加的情况; 最后，在完成引水管线布置后，应在正常运行过程中尽可能确保水泵始终处于高效运行状态。由于考虑引水口的具体位置以及工程项目实际地形起伏特点的限制，还需要根据实际情况选择加压流段经济管径。

4、长距离引水管线及周围附属设施布置。根据对长距离引水管线的相关参数设定后，需要根据城乡供水一体化工程项目的特点，对引水管线以及周围附属设施进行布置。在对长距离引水管线布置时，根据沿线勘探结果，结合DN2500 /DN2500 大口径管道组合方案，在对管道的线路布置时，需要确保布局规划合理，并且对土地开发和利用满足标准规定要求，尽可能确保管道的顺直。长距离引水管线周围附属设施主要包括检修阀和排气设施。针对检查阀门的布置除了需要在长距离引水管线的起始端和终端各安装一个之外，为了能够满足长距离引水管道在检修时的隔断和排水要求，应当在每隔 5km 位置上设置一个检修阀门。在实际布置过程中需要根据实际工程情况对管桥合理利用，以此实现对检修阀门位置以及数量的优化，在满足长距离引水管道使用需要的前提条件下，尽可能地节省更多的工程造价成本。

对于长距离输水管道工程，经济管径的确定可以提供一定帮助，但长距离大口径引水工程还将不断增加，面临的问题也将逐渐复杂，而且设计方法未对工程的特殊性进行分析，导致其无法适用于特殊的工程中，因此必须从更深层次对其进行研究。

参考文献：

［1］熊治军，王振庄，张振宇． 智慧水务系统在城乡供水一体化工程中的应用案例［J］． 城镇供水，2021( 2) : 25-30．

［2］张文科． 基于“互联网”的城乡供水一体化建管服模式改革探讨: 以彭阳县智慧人饮工程为例［J］． 水利水电快报，2020，41( 10) : 80-83．

［3］黄芝兰． 强夯法在某城乡供水工程新建水厂地基处理中的应用［J］． 陕西水利，2021( 3) : 17．

［4］谢忱，闫士秋，杨丙利． 某输水管道空气阀布置方式和形式优化研究［J］． 水利技术监督，2018( 6) : 37-38．

［5］范建强，赵令剑，李凤滨． 供水管线阴极防腐应用实践［J］． 水利规划与设计，2020( 12) : 126-129．