长距离输水管道设计中几个问题的探讨

建材发展导向

2018年第03期126长距离输水管道被广泛用于用水系统改造中。为减少输水线路中的水力损耗，避免原水的二次污染，大口径输水管道或暗渠输水是引水工程中采用的主要措施。目前大型现浇混凝土暗渠施工难度较大，渠道的沉降缝处理也较困难，因地基不均匀沉降引起的止水带漏水，在工程建成后维修麻烦，而且渠道的施工周期较长，投资高，因此，可优先考虑采用管道输水。1　长距离输水管道常遇到的问题一是输水距离过长，尤其输送的原水常常造成管内堵塞现象；二是长距离输水一般考虑双管敷设，但有些未考虑联通管，导致单管发生事故，则整条管路无法使用；三是未进行水锤影响分析，导致管道经常爆管；四是管道防腐未做好，经常容易腐蚀；五是管道排气设置不合理，导致产生气阻；六是减压措施不合理导致爆管。2　管径确定长距离输水管道由于管道较长，管径对管道工程投资的影响很大，因此，选择合理的管径，是长距离输水管道工程设计中一项十分重要的工作。管径增大的优点是管路阻力减小，可降低电耗量与年运行费用，而管径减小，虽然管道的一次性投资降低，但管路阻力增大，年耗电量和年运行费用增加。现以实例设计如下：该地拟建新水厂分三期建设，一期规模10万m3/d，二期规模20万m3/d，三期规模30万m3/d。根据供水规模测算，可供选择的管径有DN1400、DN1600和DN1800，分别计算管道流速和水头损失如下。（考虑管线输送距离较长，自用水系数+漏失率之和取为1.15）。考虑到工程一次建设可以兼顾水厂一、二、三期的运行要求，DN1400管道在水厂达到三期规模时，管道总水头损失过大，取水泵扬程过高，DN1800管道在水厂一期水量较低时，管道内水流流速过低，容易沉积泥沙，因此采用DN1600的管径是较为合理的。3　输水管材3.1　管材的要求根据工程任务，输水管道材质需满足如下要求：（1）较高的密封性能，本工程输水管采用压力输水，因此输水管道需要良好的密封性能。（2）抗腐蚀，卫生安全性能好，从水源到用户，水流要经过较长的管线，因此要求输水管道内壁既要有抗腐蚀性能，又不向水中析出有害物质。（3）水力条件好，管道内壁光滑，摩擦阻力小，不易结垢，输水能力强。（4）安装性能好，管道安装连接简单方便，且与阀门等其他管道的设备连接也简单方便。（5）力学性能好，为保证供水安全，管道要有良好的抗内荷载能力及承受外压的能力。（6）使用寿命长。（7）经济性好。3.2　输水管材的选择（1）管径大于DN1200范围内，管道压力在1.2MPa以下时，管材的选择顺序依次为：球墨铸铁管、PCCP管、玻璃钢管、PE管；在压力大于1.2MPa时，管材选择优先顺序为：球墨铸铁管、PCCP管、PE管、玻璃钢管。（2）管径小于DN1200范围内，一般地基情况下，管材的选择顺序依次为：PE管、球墨铸铁管、PCCP管、玻璃钢管。（3）一般地基情况下，对具有强腐蚀性的废弃水，优先采用耐腐蚀的玻璃钢管，其次为PCCP管。（4）对于地基条极差情况下，地下直埋管应尽可能采用延性较好、具有柔性接口的PE管、球墨铸铁管或PCCP管。综合上述四种管材的性能对比，预应力钢筒混凝土管（PCCP）不仅承内、外压性能好，而且综合单价适中，使用年限久。从性能、安全、投资、运输、安装、运行、维护等多方面考虑，本工程采用预应力钢筒混凝土管。4　长距离管道输水设计难点解析4.1　管道压力选择在选择管道压力等级时，为考虑安全起见，管道及管件的公称压力宜》设计内水压力，设计内水压力是指给水管道系统作用在管内壁上的最大瞬时压力也就是考虑了水锤压力与工作压力之和的一种事故下的瞬时压力。设计内水压力为（管道的瞬时压力）=1.5P。4.2　连通管的设置长距离输水管道一般采用双管线布置，同时根据规范要求，管道检修时输水量不少于设计输水量的70%，因此长距离输水管道需要在两根输水管道之间设置连通管，连通阀的设计是在每根连通管处的主管上下侧设置2个闸阀，共4个闸阀，以达到分段检修目的。连通管的数量和管径应保证在分段检修情况下满足设计供水量的70%，经计算确定。示例工程新建管道与现状DN1400浑水管连通，连通管管径经计算取为DN1400。4.3　控流措施尤其针对如水库水等前压较高，在中下层取水的输水管道，为保证管道输水的安全性，通常前端应考虑控流阀，也避免造成水资源的浪费。4.4　水锤防护常用的水锤防护措施有：（1）单向调压塔。单向调压塔是一种只可以单向进行流动的调压塔，主要用于防止管道中产生负压，在输水主管道相连的短管上，单向调压塔装有单向止回阀，水流只能在主管产生负压时由塔内向主管道引水，防止管道中压力降低而产生水柱分离，同样由于管线长，而且全线负压，需要补给水量大，因此单向调压塔的高度、容量都较大。（2）调压塔。作为一种缓冲式的水锤防护设备，调压塔主要目的是防止压力管道中产生负压（水柱分离），一旦管道中压力降低，调压塔迅速给管道补水，以防止或减小负压，避免出现水柱分离，同时在水锤压力上升时管道中的水倒入塔内可以减小水锤长距离输水管道工程设计问题探讨

增刊　２００６年ｌ１月　广东水利水电　ＧＵＡＮＧＤ０ＮＧ　ＷＡＴＥＲ　ＲＥＳＯＵＲＣＥＳ　ＡＮＤ　ＨＹＤＲＯＰＯＷＥＲ　Ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｉ　０Ｖ　２００６　

长距离跨流域调水工程中输水管道设计　

若干问题的探讨　

严振瑞　（广东省水利电力勘测设计研究院，广东广州　５１０１７０）　

摘　要：该文结合东深供水改造工程、惠州大亚湾引水工程、湛江钢铁项目鉴江引水工程的设计实践，从输水方式、路由的选择、管材、管径　比选及糙率选择，以及管道附属设施及穿越道路、江河等各种交叉建筑物设计等方面进行探讨，为类似长距离跨流域调水工程设计提供参　考。　关键词：长距离输水管道；跨流域调水；工程设计　中图分类号：ＴＶ６７２　，２　文献标识码：Ｂ　

Ｓｌ言　东深供水改造Ｔ程、惠州大亚湾引水工程、湛江钢铁项目鉴　江引水工程（简称湛钢引水）都属于长距离跨流域调水工程。供　水对象都特别重要，东深供水　程是对港、深供水的生命线工程，　供水保证率要求达９９％；大亚湾引水工程的供水对象是广东省　引进的最大投资项目——中海壳牌石化项目（投资４３．５亿美　元）及大亚湾经济技术开发区，供水保证率要求１００％（不间断供　水）；湛钢引水的供水对象则是湛江钢铁项目（规模２　０００　０００万　ｋｇ／ａ）及东海岛经济技术开发区，供水保证率９７％，同时预留钢　厂正常运行１５　ｄ的安全应急备用水源。其中东深供水和大亚湾　引水的水源均为东江干流，属无坝取水；湛钢引水的水源为鉴江　闸坝枢纽，属有坝取水。引水规模分别为１００　ｍ　／ｓ、４，８　ｍ　／ｓ、１０　ｍ　／ｓ，输水线路长度分别为４９．５　ｋｍ（至上埔雁田隧洞进口）、５７　ｋｍ、３９．５　ｋｍ。三项引水工程终端均有调节水库，使供水系统的　安全可靠性大大提高。　东改工程和大亚湾引水工程已竣工投产，湛钢引水项目已　完成可行性研究报告。笔者结合上述项目的设计实践，拟对长距　离跨流域调水工程设计的输水方式、路由的选择、管材、管径比选　及糙率选择，以及管道附属设施及穿越道路、江河等各种交叉建　筑物设计等方面进行探讨，以期抛砖引玉，对今后类似长距离跨　流域调水工程设计有所帮助。　ｌ输水方式选择　根据输水规模和源水在输送途中的质和量两方面的安全性　要求，综合考虑当地的自然环境条件和社会环境条件，确定长距　离调水工程的输水方式。早期的兴建的长距离输水工程，多数远　离城镇居民区，受生活污水和工业污水影响较少，大多利用地形　条件，采用明渠（槽）及天然河道输水。东深供水在改造工程之　前的３０多ａ，一直采用天然河道和明渠输水。随着农村城市化　的发展，人口急剧增加，因环境污染导致的水质性缺水日益严重，　为保证源水在输送途中不受污染，多采用封闭式的专用管道输　送。有重力流和压力流２种输水方式，根据地形条件，可利用的　自然水头及输水规模等，经技术、经济比较后确定输水管道各部　分采用的输水方式。经改造后的东深供水系统以重力流为主，　４９．５　ｋｍ的封闭式输水管道中无压隧洞、涵洞、渡槽、明槽（渠）、　箱涵长３８．８　ｋｍ（占７８．４％），有压箱涵、涵管长１０．７　ｋｍ（占　２１．６％）。大亚湾引水工程和湛钢引水工程则为全封闭的压力管　道输水。　２管道路由选择　输水管道的投资占整个引水工程投资比重很大（可达７０％，　甚至更高），管道路由的选择对Ｔ程项目的技术可行性和经济合　理性影响特别巨大。因此，路由的选择必须多方案比较，精心设　计。输水管道路由设计应遵循以下原则：　①管道尽量走直线，以缩短管道长度，并可减少大角度弯　头；　②尽量避开沿线村落建筑密集区，以减少拆迁；　③“以人为本”，少占农田、少伐树，工程建设要保持与环境　协调；　④尽量沿现状道路敷设，可减少施工临时工程费用，也有利　于运行维护；　⑤尽量避开地形、地质不利地段，选择地形、地质条件较优　的管线走廊；　⑥结合沿线用户分水要求，综合考虑干、支线的经济合理　性：　⑦梯级布置力求功率消耗最少、方便运行管理、实现优化调　度及经济运行；　⑧注意与已批准的道路交通规划、城区规划等的协调，减少　冲突。　３管材选择　在长距离输水工程中，管材的选择一般要根据工程规模、管　道的工作压力等级、地形、地质条件及基础埋深等管道使用环境　

长距离输水管道设计中应注意的重要问题

［摘要］长距离管道输水是解决水源分布不均衡的有效措施之一。目前，长距离输水管道设计中存在着诸多问题。在保证安全性的前提下，应进行合理选材、管路设计、管道防腐、沟槽支护、等，同时要符合经济性的要求。本文就长距离输水管道设计中应注意的问题进行了讨论。

［关键字］长距离输水管道 管路设计 优化

一、 输水管道系统设计

区域供水是一个系统工程，在满足主要供水目标100%供水量的同时，需要对途径的水源匮乏地区进行给水分流，确保供水效率的最大化。现代长距离输水管道多采用双管供水，在其中一条管道出现故障时，另一条管道作为备用，以满足70%以上供水量的要求。

二、 输水方式选择

综合考虑当地的自然环境和社会经济条件，在保证水质和水量的前提下，选择合理的长距离输水方式。早些年的输水工程，大多利用天然地形，采用明渠（槽）开挖的形式。随着全球气候的变化，生活污水和工业污水对环境的污染日益严重，明渠（槽）以及天然河道输水不仅不能保证给水量，同时在输送途中也易受环境的污染。因此，现代输水工程多采用长距离封闭式的专用管道输水模式。输水方式分重力流和压力流两种，在地势条件允许的情况下，应充分利用自然水头，尽可能采用能耗更低、更经济的重力流输水模式。对于不得不采取压力流的情况，应进行管道水锤防护设计，确保管道不会因内部压力骤变而损坏。

三、管线选择

输水管道担负着将源水送往城市的输水任务，管线长，投资大，因此，在选择管线时应根据下列原则确定：

1、是应尽量做到线路短、起伏小、土石方工程量少、造价经济、少占农田或不占农田；

2、是管线走向的位置应符合城市规划要求，并尽可能沿现有道路或规划道路敷设，以利施工和维护；

3、是尽可能地减少拆迁；

4、是应尽量避免穿越河谷、山脊、沼泽、重要铁路和泄洪地区；

5、是管线应充分利用水位高差，当条件许可时优先考虑重力流输水；

6、是管线应考虑近远期结合和分期实施的可能。

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长距离重力流输水管道设计问题探讨

作者：李明才

来源：《城市建设理论研究》2014年第08期

摘要：随着城市用水规模的不断扩大长距离输水管道已成为城市供水的重要途径之一，长距离输水工程日益增多。但是在施工乃至使用过程中，安全问题已经成为了人们关注的重点，本文就长距离重力流输水管道设计常见问题进行了探讨。

关键字：长距离；重力流输水管道；设计问题

中图分类号：TU99 文献标识码：A

引言：

常见的长距离重力流输水管道设计的主要问题有：1.输水道路路线、管材以及管径等，其直接的影响着工程造价；2.水锤防护，其直接的影响着输水工程的安全性。

一、重力流输水

重力流输水工程是一种比较常见的且理想的输水方式，它具有节能、节电、造价低、运行管理简单等优点。但是选用重力流输水的基本条件是要求具有一定的高程，且地形高差还要满足输水管道沿线各处的构筑物的水头损失需要，要求管道末端具有一定的自由水头，即保证地形坡降要大于输水水力坡降。

二、输水道路路线、管材以及管径设计注意事项

以具体的实体工程为例，某工程，管线全长30km，首端地势平坦，末端土壤具有一定的腐蚀性，不易施工等特点。设计流量为2.9m3/s，上下浮动0.1m3/s，拟采取重力流输水方式，管道高程差为160m，但是本工程大部分落差集中在管道末端，且管道出口处富余水头较大，设计过程中建议采用分段分压的方式，分别采用DN1400球墨铸铁管道以及DN1600预应力钢筋混凝土管。

2.1管道选线的原则

由案例可知，本工程具有管线长，投资大，高程差大等特点，因此在确定管线时应本着安全可靠、便于施工及维修、节约资源等特点，针对管道选线应注意的原则有：1.在设计过程中，管道尽量走直线，以期缩短管道的长度，同时可以减少大角度弯头；2.尽量避开地形、地质不利的地段，比如铁路、易发生地质灾害等地点；3.管道走向应符合城市规划的要求，要尽量的避免与道路交通规划等发生冲突；4.尽量选择地形起伏小，能够最大限度的减小土石方工程量的管道方案；5.尽量避开村庄密集区域，以减少不必要的拆迁工程，管道铺设要遵循环境龙源期刊网