科技成果——长距离调水工程测量控制系统关键技术

科技成果——长距离调水工程建设与安全运行研究背景长距离调水工程是社会经济发展和国家水资源战略的重大举措，其显著特点是引水流量大、线路长，由沿线渠隧、渡槽与闸泵阀等构成复杂的运行系统。

当线路穿越崇山峻岭时，给大埋深隧洞和高架渡槽的建设与运行带来新的挑战。

大埋深隧洞因难于提前预报和规避不良地质体，高压突涌水、软岩大变形、硬岩岩爆是隧洞建设中经常遇到的灾害类型；运行期还可能面临高外水荷载、活动断裂的蠕滑及地震等复杂运行条件，对安全运行构成威胁。

我国长距离调水工程起步晚，但起点高，快速进入高速发展期，进入建设期的滇中引水、引汉济渭等长距离调水工程，将面临隧洞深埋超千米、单洞长度百千米级、隧洞穿活动断裂、8度地震区高架渡槽、220m级大流量高扬程泵组等世界前沿难题。

拟解决的关键问题（1）重大科学问题1、大埋深隧洞开挖围岩响应模式与灾变机制；2、大埋深隧洞围岩-支护体系协同承载机理与全寿命设计理论；3、地震等自然灾害下输水建筑物的响应特征及灾变模式。

（2）关键技术1、大埋深隧洞灾害预测预报与防治成套技术；2、隧洞穿越活断层抗断技术；3、大跨度高架渡槽抗震技术；4、闸泵阀关键设备研发及智能控制技术；5、调水工程全寿命周期安全监控与调控技术。

研究内容（1）大埋深隧洞岩体工程特性测试技术与综合评价方法提出了大埋深隧洞异常地质体的地球物理信息识别与判别技术；研制了绳索取芯钻杆内置双回路水压致裂地应力测试设备系统，解决了上覆软岩或软硬相间地层钻孔地应力测试困难的问题。

（2）大埋深隧洞围岩大变形及岩爆预测与防控技术初步建立了大埋深隧洞软岩大变形判据，揭示了水岩作用条件下围岩变形失稳的宏细观力学机制，基本揭示高地应力下硬岩岩爆产生机理，并提出相应的预测和防治技术。

（3）隧洞穿越活断层围岩-衬砌灾变机制与抗断技术基于多元线性回归的三维地应力场反演获取了地应力场方向与量值的定量认识，研究了错动变形条件下隧洞衬砌内力响应特征。

施工技术建 筑 技 术 开 发·69·Construction TechnologyBuilding Technology Development第47卷第3期2020年2月我国是一个水资源短缺、分布不均的国家，许多地区面临缺水问题，随着社会经济发展，跨区域甚至跨流域调水情况越来越多。

这些调水工程往往规模庞大、影响巨大，其中输水隧洞是关系到工程成败的关键，如果施工管理不善，极可能引起工程安全问题。

尤其是复杂地质条件下的长距离输水隧洞，发生工程事故的概率很高。

尽管在铁路、公路工程施工中，长距离的隧洞并不鲜见，相关施工单位积累了很多的施工经验，但由于输水隧洞断面小、施工条件复杂、施工场地特殊、施工牵扯专业较多等原因，导致其施工安全隐患多、管理难度大，与公路、铁路隧洞的施工有许多重要差异。

近年来，随着我国大型调水工程的增多，长距离输水隧洞施工积累了一些有益的经验。

本文以杭州市第二水源千岛湖配水工程某标段输水隧洞为例，进一步总结长距离输水隧洞施工中的关键问题及应对措施，供相关工程参考。

1 工程概况杭州市第二水源千岛湖配水工程从千岛湖内取水，经长距离输水隧洞将湖水送到杭州市余杭区闲林水库，为沿途建德市、桐庐县、富阳区等部分区域及杭州市提供优质水源。

该工程输水线路长112.34 km ，其中第12标段位于富阳区境内，起止为西坞山支洞控制段~官地上2号支洞控制段，主要包括K76+400 m~K87+380 m 段输水隧洞（衬后直径约6.7 m ，设计配水流量为38.8 m 3/s ）、西坞山支洞（检修交通洞）、王家支洞、官地上1号支洞、官地上2号支洞等。

区内属亚热带季风气候区，气候温暖湿润、雨量丰沛、地表水系发育，地下水可分为碳酸盐岩类裂隙岩溶水、松散岩类孔隙水和基岩裂隙水三大类。

隧洞沿线跨越多条构造带，从地下水的赋水性来看，隧洞跨越的构造带裂隙水以及灰岩段岩溶水相对较为丰富，其余岩体地下水赋水性较差，水流交替强度弱，输水隧洞水质受周围地下水水环境影响较小。

长距离输水工程调流阀控制技术探讨摘要长距离输水过程中管内压力的稳定以及水流量的恒定一直以来是困扰水利输送单位的技术难题，为了有效解决这一技术难题，确保水管在长距离输水过程中能够保持稳定的管内压力和恒定的水流量，我国水利输水工程采用了调流阀技术来解决这一难题，本文笔者结合自身多年从事长距离输水工程的工作经验，对在长距离输水过程中调流阀的控制技术做出深入的探讨。

关键词长距离输水；调流阀；控制技术；深入探讨1调流阀气蚀现象分析调流阀的使用有效的解决了长距离输水过程中管内压力稳定和水量恒定的技术要求，但是调流阀在使用的过程中经常会出现气蚀的现象，而造成调流阀气蚀的主要原因是长距离管道在输水过程中管内水流在不同阻力的作用下产生闪蒸或者是空化的现象，这些现象的产生都对调流阀产生着很大的腐蚀作用，长期作用下调流阀会由于腐蚀而失去其原来应该具有的工作性。

调流阀主要由可移动的阀瓣、阀体以及固定在管壁上的阀基组成，当水流经过调流阀时，阀瓣在水流的作用下而发生移动，这对原本的水流是一种阻碍的作用，而水流在阀瓣的阻碍作用下，原本的流量没有发生改变，而过水的断面却有所减小，这就会导致水流流速的增加，管内原本的静压力突然之间下降，水流的动能有所下降，而根据能量守恒定律，原有水流具有动能的损失部分转移给了水流，使得一部分的水流气化，变成了饱和蒸汽，如果此时水管出口的压力低于饱和蒸汽压力，饱和蒸汽将会滞留在阀体部分，这就造成在调流阀附近同时存在着水蒸气和液态的水流，出现气液共存的状态，而这种现象就是所谓的闪蒸现象。

闪蒸现象出现后，在蒸汽压力的作用下，调流阀的阀瓣会继续发生移动，水流的过水断面会增大，水流的速度也会有所降低，这就会造成调流阀后部的水压瞬间增大，当压力增大到与饱和蒸汽压力相同时，饱和水蒸气会在压力的作用下浮向管道的上部，并在不断增大的压力作用下而发生爆裂，这个过程就是所谓的空化过程。

在水蒸气气泡爆裂的瞬间由于能量的爆发点非常集中，因此会对整个阀体产生巨大的冲击力，使得阀体在不断的冲击力作用下表面产生塑化现象，随着塑化现象的不断加剧，阀体也会产生形变，进而形成严重的气蚀现象从而使阀体失去工作性。

收稿日期:2021-02-01作者简介：李朋，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，工程师。

□李朋摘要归纳总结长距离输水管道系统中常用的调压方案和措施，分析其适用情况。

以河北省南水北调配套工程某输水管线为工程实例，根据工程现状存在问题进行调压设计，经综合比选确定调压方案，通过在管线末端增设旁通管、增大水头损失，满足配水井水位要求，使得输水管线系统在小流量供水工况下运行正常。

关键词输水管线；管线系统；水头损失长距离输水工程能够有效解决我国北方地区水资源匮乏问题，满足国民经济迅速发展和人民生活水平不断提高对水的需求。

对于输水方式的选择，管道输水方式因对地质条件要求较低，施工方便，渗漏率小，造价较低等优点而被广泛应用。

例如，南水北调中线配套输水工程多采用管道输水。

长距离输水管道工程一般包括多个供水目标，不同供水目标的水量、水压需求不同。

因此，需要对输水管网各节点进行流量和压力调节与控制，以满足供水目标对水压的要求。

此文归纳总结了在长距离输水管道系统中常用的调压方案和措施，并分析了其适用情况。

同时，以河北省南水北调配套工程某输水管线为工程背景，根据工程现状存在的调压问题，进行调压设计，采取相应的调压措施，使得输水管线工程满足运行要求。

1.水力计算基本公式1.1管道阻力损失对于输水管线而言，管道阻力损失为：∑H =Hi+h j式中：H i —管线沿程水头损失(m)；h j —管线局部水头损失(m)。

1.2管线沿程水头损失沿程水头损失采用谢才公式：H i =LV 2C 2R C=1nR 16式中：L —管道长度(m)；C —谢才系数；n —糙率系数；R —水力半径(m)；Q —设计流量(m 3/s)；v —平均流速(m/s)。

1.3局部水头损失计算h j =∑ζv 22g式中：v —管道水流平均流速(m/s)；ζ—局部水头损失系数。

局部水头损失系数依据水力计算手册、给排水手册等介绍的公式、图表计算或选用。

长距离输水工程有关技术问题的探讨论文作者：陈涌城摘要：概述华北院承担在建长距离输水工程实例，论述长距离输水工程管材的选择，水锤的防护技术与安全措施，经济流速的计算与经济管径的确定方法。

关键词：长距离输水工程水锤经济流速经济管径华北设计院自78年以来承担和参加国内大型长距离输水工程累积18项之多，如天津市“引滦入津”工程，大连市“引碧入连”工程，石家庄引岗黄水库水工程等等，目前正在设计或正在施工中尚有8项，列表如下：长距离输水工程在建项目表序号工程名称工程简介工程进展情况1邯郸市“岳济邯”工程（二期）岳城水库至铁西水厂，管道总长56km（重力流），规模10万m3/d，工压0.4-0.5Mpa，采用DN1200预应力混凝土管长36km，DN1400预应力混凝土管20km。

输水线路走向同一期施工图设计阶段2长治市辛安引水工程（二期）辛安水源至长治水厂输水规模8.64万m3/d(lm3/s)，采用DN1000钢管，δ=10mm，工压1.8Mpa，L=12km；DN1000预应力混凝土管，工压0.6Mpa，L=12km；DN900预应力混凝土管，工压0.6Mpa，L=12.17km正在进行管材与施工队伍的招投标。

3衡水市“引湖入衡”工程衡水湖至衡水市水厂，规模10万m3/d，工压0.4Mpa，采用2根DN800预应力混凝土管，管长L=9.8km(其中穿越河道采用钢管)取水工程正在施工，取水管道已敷设6km。

4呼和浩特市引黄供水工程黄河浦滩拐至金河水厂，总长82.16km1）二道洼水库上段，规模40万m3/d，采用二根DN1600球墨铸铁管，长2.73km，工压0.8Mpa；采用DN2000PCCP管（预应力钢套筒混凝土管），长62.96km，工压0.6Mpa。

2）二道洼水库下段（重力流），规模20万m3/d，采用二根DN2000预应力混凝土管，工压0.4Mpa，长16.47km。

取水泵站正在建设，二根球墨铸铁管敷设完毕，PCCP管与PCP管正在施工。

长距离引调水工程中的信息化建设问题与思考摘要：随着《全国水利信息化“十三五”规划》《加快推进新时代水利现代化的指导意见》等国家政策接连发布，我国大力推进智慧水利建设，全力驱动水利工程治理体系和治理能力现代化，传统水利行业逐步从“工程水利”发展为“智慧水利、民生水利、生态水利、水利服务”，其中水利信息化发挥着引擎和关键动力的作用。

基于此，对长距离引调水工程中的信息化建设问题与思考进行研究，仅供参考。

关键词：引洮工程;水利信息化;智慧水利引言近年来，随着互联网技术与水利行业的技术融合，水利行业在水土保持、水灾害防治、水资源管理等方面应用不断深入，有效提升了行业监管水平与运维效率，由传统人力资源划片分区管理逐步进入智能科学管理现代化水利时代，水利网信及数据安全逐步加强，综合服务水平持续提升，为人民用水安全、便捷提供坚实基础。

由于我国南北差异大、水资源分布不均衡等现实条件，导致各地区水信息建设发展不平衡，主要体现在监测体系不完善，信息共享亟待加强，业务应用系统开发混乱缺乏顶层设计，保障体系不健全等。

针对以上问题，文章以南水北调中线配套供水工程为例，阐述引调水工程信息化解决方案。

1引调水工程信息化系统通信传输方式的概念查阅相关资料，关于引调水工程至今没有一个明确的定义，笔者认为就是“把水从水资源丰富的地区引流、调剂、补充到缺水地区，沿途所修建的水渠、涵洞、渡槽、提灌站等一系列水利工程”。

而水利自动化是指充分利用现代信息技术，深入开发和利用水利信息资源，实现水利信息的采集、输送、存储、处理和服务的现代化，全面提升水利事业活动效率和效能的过程。

通信传输指通过介质的传输实现由一地向另一地进行信息的传输与交换。

为了更好地理解引调水工程信息化系统通信传输方式，本文以向家坝灌区一期一步工程为案例进行展开分析。

2引调水工程信息化面临的主要问题引调水工程信息化建设启动工作普遍缓慢近些年，引调水工程特别是大型工程的建设单位多为新组建不久的法人单位，决策层需要时间磨合，管理架构雏形略显，部门间合作和协同能力发挥有限，加之有时人员配备存在不足现象，导致各项工作推进较为缓慢。

长距离输水工程有关技术问题的探讨罗万鸿摘要：由于我国经济的飞速发展，人民生活水平日益提高，我国各个地区的用水量都在不断增加，许多地区水资源已不能满足正常的供水需求，更为严重是，个别地区的水资源已受到严重的污染，达不到饮用水标准。

因此，为解决由此带来的供水紧张问题，我国长距离输水工程也随之不断的发展，然而长距离输水工程还存在诸多技术问题有待我们进行深入研究和探讨。

关键词：长距离输水工程；管材选择；经济流速1长距离输水工程管材的选择在长距离输水工程中，管材的选择一般要根据工程的规模，管道的工作压力，输水距离的长短，工程的进度与重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，当地管材的生产状况，管材的适用性，特别是工程资金的落实情况，而后进行技术、经济、安全等方面论证综合比较后确定。

我国地域广阔，各地区的地形地质自然状况不一，经济形势与应用管材的历史状况也各有区别，而每项工程又都具有自己的特殊性，因此，长距离输水工程管材的应用也是多种多样的。

某一种管材在一个地方、一个工程被选用，其经济技术方面具有合理性，而在另一个地方、另一个工程就不一定合理。

根据长距离输水工程设计的经验，特别是近几年我国引进大量的新型管材和新的生产工艺，管材的优化尤为重要。

目前，长距离输水工程大都在螺旋钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管与PCCP管、玻璃钢管等管材中选择。

2经济流速与经济管径的选择长距离输水工程经济管径的确定，关系着输水工程的合理性和工程的总造价。

在经过技术方案的论证，优化选择了最佳方案后，尚要进行管材的论证比较，然后再进行经济流速的计算，确定经济管径。

经济流速的计算方法种类很多，有很多不同的计算方法。

一般有采用公式直接计算的，有采用基建投资+20年电费（有的也采用10年电费）进行计算比较的。

目前，较为常用的是动态法，动态法种类也有不同的形式。

当前，在一些项目的计算中应用年值法与净现法较多。

3水锤防护措施3.1调压塔调压塔主要有单向调压塔和简单调压塔两种类型，简单调压塔是一个接到管路上的开敞式竖井或塔，兼有注水和泄水两项功能的水锤防护措施，其主要目的是防止压力管道中产生负压。

国家水网规划建设体系及关键问题探讨作者：钮新强来源：《长江技术经济》2023年第05期摘要：加快构建国家水网，是国家“十四五”规划和2035年远景目标纲要做出的重要部署。

在系统分析我国水资源安全形势的基础上，提出了国家水网的内涵和水网工程体系，探讨了国家水网规划建设中存在的主要问题和重大水网工程建设面临的关键挑战，并提出了完善国家水网的有关建议。

关键词：国家水网；水资源安全；工程建造；智能施工中图分类号：TV213.4 文献标志码：A1 研究背景加快构建国家水网，建设现代化高质量水利基础设施网络，统筹解决水资源、水生态、水环境、水灾害问题，是以习近平同志为核心的党中央作出的重大战略部署。

由于我国水问题的复杂性和治水的艰巨性，与构建现代化高质量基础设施体系要求相比，水利工程体系还存在系统性不强、标准不够高、智能化水平有待提升等问题，国家水网总体格局尚未完全形成。

迫切需要实施国家水网重大工程，充分发挥超大规模水利工程体系的优势和综合效益，从根本上解决水资源时空分布不均问题，实现水资源与经济社会均衡配置，应对极端气候水旱灾害风险，解决生态环境累积欠账问题，在更高水平上保障国家水安全，促进经济社会高质量发展。

1.1 水土资源时空分布不均我国水资源总量丰富，多年平均水资源总量为2.8万亿m3，列世界第五；但由于人口、耕地众多，人均水资源量约2 000 m3，仅为世界平均水平的1/4左右，亩均水资源量约1 500 m3，仅为世界平均水平的2/3左右。

受地理因素和季风等因素影响，我国水资源时空分布极不均衡，南丰北缺，夏汛冬枯；水资源条件与经济社会发展格局不匹配。

北方地区以全国19%的水资源量支撑了46%的人口、63%的耕地和45%的经济总量；全国70%以上的重要城市群、90%以上的国家能源基地、65%以上的粮食主产区分布在水资源超载或临界超载地区。

新形势下我国水安全形势依旧严峻。

一是国土空间开发格局发生新变化，城市群快速扩展、城镇面积持续扩大，城市群供水安全风险日益凸显。