引青工程供水調(diào)度中東線工程管線調(diào)節(jié)

杜迎欣

(秦皇島市引青管理局 066001)

引青工程是為解決秦皇島市城市用水而修建的大型跨流域引水工程。工程始建于1989年，后經(jīng)過多次擴(kuò)建、改建和續(xù)建，目前已經(jīng)形成了一個較完善的供水工程體系，在秦皇島市占有很重要的地位。該工程擔(dān)負(fù)著全市四個水廠的原水及四個企業(yè)的生產(chǎn)供水任務(wù)，是北戴河水廠唯一水源。全年供水量占全市用水量的60%以上。運(yùn)行21年已累計向城市供水12.08億m3，為秦皇島市的經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了不可替代的作用。平穩(wěn)控制管線壓力，避免壓力過高發(fā)生爆管漏水事故，減少不必要的損失是調(diào)度工作力爭要做好的。隨著工程的不斷完善與供水量的變化不同，根據(jù)工程特點(diǎn)和水力計算制定管線壓力控制方法，在實(shí)際運(yùn)用中最大限度地保證工程安全運(yùn)行。本文著重介紹引青工程城市供水調(diào)度中東線工程管線的調(diào)節(jié)問題。

1 工程現(xiàn)狀與供水能力

圖1 引青工程示意圖

由圖1 可看到，引青工程由西線工程、東西線對接工程、東線工程、洋河水庫四部分組成。西線工程:從西線渠首沿線經(jīng)無壓隧洞、暗涵、蓋板涵、河道至洋河水庫入口。輸水規(guī)模為8m3/s。

東線工程:從洋河水庫引青進(jìn)水口至市區(qū)各水廠。沿線主要建筑物有:1～5號隧洞，隧洞之間為2DN1600 管線，4號洞以下是一條DN1400 與DN1600混合連接，兩條DN1200 管線，中間有若干閘閥門及聯(lián)通可控制壓力、流量。

引青東線供水能力3.96m3/s。東西線對接是為了改善供水水質(zhì)而實(shí)施的續(xù)建工程。起點(diǎn)為西線燕窩莊電站，終點(diǎn)為東線2號隧洞，避開了西洋河河道和洋河水庫，實(shí)現(xiàn)了工程全線封閉輸水。東西線對接工程供水能力為5.36m3/s。

綜上現(xiàn)有兩條供水線路:?從西線渠首取水頭部，通過西線工程，經(jīng)洋河水庫引青進(jìn)水口調(diào)節(jié)，通過東線工程分別進(jìn)入四個水廠及沿線四個企業(yè)直供水;?從西線渠首取水頭部在西線工程末端燕窩莊，經(jīng)過東西線對接工程至東線工程的2號隧洞，以下匯入一線東線工程。整個工程沿線有暗渠、明渠、隧洞、輸水管道、加壓泵站、水庫等多種工程型式，總長100km。兩個水源地:桃林口水庫和洋河水庫。

2 東線工程管線調(diào)節(jié)

2.1 東線管道壓力控制

引青工程供水量由各水廠在出口控制，由于供水量季節(jié)性變化很大，在每年冬季供水是低谷時期，管道壓力普遍偏高，管道漏水事故時有發(fā)生。尤其是引青東線擴(kuò)建工程完工后，4號洞以下管線壓力大幅上升，根據(jù)水力計算，在冬季低水量運(yùn)行情況下，局部管線壓力將超過設(shè)計壓力(4MPa)。為了使管線平穩(wěn)運(yùn)行曾經(jīng)利用以下兩種方式進(jìn)行控制。

2.1.1 洋河水庫引青進(jìn)水閘控制

引青工程建成初期，采用控制引青進(jìn)水口閘門開度的方式來調(diào)節(jié)管道壓力。2000年以前一期工程設(shè)計日供水量17萬t 左右，17萬t 以上閘門全開，以下閘門不同程度地控制。隨著東線工程的擴(kuò)建，設(shè)計供水量增加，實(shí)際供水量也變化多樣，單一的利用引青進(jìn)水閘控制壓力已不適用管理的要求。同時我們發(fā)現(xiàn)利用進(jìn)水閘門控制管線壓力有一定的弊端:?容易造成隧洞明滿流交替，對隧洞安全構(gòu)成威脅;?閘門開度較小時，由于閘板的約束人為地造成閘后高速水流，閘門槽等部位容易發(fā)生氣蝕現(xiàn)象，使隧洞工程表面遭到剝蝕而破壞;?在某一閘門開度時，水流脈動壓力加大，當(dāng)脈動頻率與建筑物自振頻率相近時，會引起建筑物特別是閘門等輕型結(jié)構(gòu)發(fā)生強(qiáng)烈振動。這種壓力控制方式，對閘門和隧洞結(jié)構(gòu)十分不利，而且很難收到明顯的壓力控制效果，一旦造成隧洞結(jié)構(gòu)破壞將導(dǎo)致引青工程全線斷水。為此采用了以下方法控制。

引青東線工程興福莊以上，管道高程較高，壓力較低(低于3MPa，或在3MPa 左右)，無須控制，管線壓力局部偏高的情況出現(xiàn)在興福莊以下到市區(qū)水廠段。管道壓力的大小直接取決于水流通過上游管道的水頭損失多少，因此，根據(jù)供水量的變化規(guī)律，對4號洞以下至郭高馬坊的三排管道進(jìn)行合理調(diào)度，通過增加水流沿該段管線的水頭損失，就能有效地控制下游管線壓力。根據(jù)水力計算，用興福莊閥群控制，從管線調(diào)度運(yùn)用上可大致分成以下幾種工況(見圖2):

圖2 引青東線四號洞至郭高馬坊管網(wǎng)及閥群示意圖

a.日供水量低于15萬t，關(guān)閉9號、10號、12號閥門，其他閥門全開，修理莊至興福莊段單管運(yùn)行，其他地段雙管運(yùn)行。

b.日供水量低于19萬t，關(guān)閉9號和12號閥門，其他閥門全開，4號洞至郭高馬坊雙管運(yùn)行。

c.日供水量低于22萬t，關(guān)閉9號閥門，其他閥門全開，4號洞至興福莊雙管運(yùn)行，興福莊至郭高馬坊三排管同時運(yùn)行。

d.日供水量大于22 方t，所有閥門全開，全部管道投入運(yùn)行。這種運(yùn)用方式，有利于操作控制，有效地降低下游管線壓力，并保證1～4號隧洞安全穩(wěn)定運(yùn)行。

按照上述方案，幾年來我們進(jìn)行了實(shí)際運(yùn)用，方案中提出15、19、22萬t 以及22萬t 以上四種情況，對接近的供水量適用，但實(shí)際中用水量在25～12萬t/日之間有更多的情況。調(diào)節(jié)中我們根據(jù)不同用水情況，在修理莊或興福莊以上三根管搭配使用的基礎(chǔ)上，對兩個閥群組的某個閥門有更多的細(xì)微調(diào)節(jié)。利用聯(lián)通閥和其他閥門所處的不同狀態(tài)，即全開至1/3 開度不等來控制下游管線的壓力和水量，興福莊下游閥門仍保持基本不動。幾年的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)與方案結(jié)合，形成了“單雙管聯(lián)合運(yùn)行”、“雙管運(yùn)行”、“三管運(yùn)行”“單管運(yùn)行”四種基本運(yùn)行方式，以及更多的組合方式。使管線調(diào)節(jié)從無序到有序，使調(diào)節(jié)方法更實(shí)際可靠。但在調(diào)節(jié)中也發(fā)現(xiàn)了限制閥門調(diào)控的其他問題，尤其是2008年東西線對接工程建成通水以后，上游水頭抬高導(dǎo)致東線工程水壓增大，因此對東線工程安全運(yùn)行要求更高、調(diào)度更復(fù)雜。

2.2 存在問題

2.2.1 閥門安全問題

引青工程的供水量受限于秦皇島市區(qū)另一個水源地石河水庫蓄水的多少以及季節(jié)的變換，年供水量、日供水量、晝夜供水量都有很大變差，石河水庫蓄水多時引青供水較少，常使日供水能力25萬t的引青工程最低只供10萬t 左右。夏季最多供水25萬t，冬季只供10～12萬t，管線壓力變化很大。四個水廠的進(jìn)水口閥門均掌握在用戶手里，閥門開啟隨意性大，使壓力變化處在不穩(wěn)定狀態(tài)。為了使整個引青系統(tǒng)的管線壓力既平穩(wěn)又滿足供水需求，頻繁調(diào)節(jié)管線閥門(蝶閥)是常有的事，調(diào)節(jié)范圍從全開到1/3、1/4 不等或更小開度，對工程安全產(chǎn)生不利影響。在實(shí)踐觀察中發(fā)現(xiàn):蝶閥門開到小于1/3 時產(chǎn)生振動和響聲，說明閥門受到的沖擊力很大，壓力控制平穩(wěn)是以閥門受到危害為代價，尤其是供水量小于12萬t 低水量供水時管線閥門控制得更低。

林爸爸一時無語，水老師卻哈哈大笑，氣氛一下子活躍起來。這時，女兒水仙芝溜進(jìn)來了，把老爸的衣角扯了一下，紅著臉說：“爸，你說什么呀！”

2.2.2 工程老化問題

東線工程運(yùn)行21年的舊管線閥門年久失修，排氣、排沙、管體等漏水處較多，調(diào)節(jié)管線時很擔(dān)心薄弱環(huán)節(jié)會出問題。閥門調(diào)節(jié)刻度盤丟失，不能快速準(zhǔn)確地觀察到閥門開度的大小，野外人員只是憑感覺操作，每次調(diào)節(jié)閥門都需要很長時間反復(fù)調(diào)整，既耽誤時間又對閥門的使用壽命有很大影響，同時也給調(diào)度人員決策帶來含糊的概念，給下一次調(diào)節(jié)帶來很大的麻煩。

2.2.3 自動化傳輸偏差

對于管線的調(diào)節(jié)，自動化站點(diǎn)數(shù)據(jù)的傳輸完好率越高，管線運(yùn)行調(diào)度安全性越大，所以說引青自動化是引青工程安全運(yùn)行的技術(shù)支持和保證。但由于自動化設(shè)備老化更新不及時，使自動化監(jiān)測不能及時到位，如:數(shù)據(jù)傳輸有誤、壓力流量數(shù)據(jù)反應(yīng)緩慢、主要部位流量和壓力站點(diǎn)空缺，調(diào)節(jié)閥門時關(guān)鍵站點(diǎn)不能作為參考，這樣不利于調(diào)度人員定量掌握每種運(yùn)行方法，造成對閥門的調(diào)節(jié)控制產(chǎn)生偏差。

3 改進(jìn)建議

a.盡快實(shí)施東線老舊工程的更新改造與必要的維修。加強(qiáng)閥門的維修和保養(yǎng)，查清各種閥門的完好狀態(tài)，及時更換破損的部件，經(jīng)常使用的碟閥更換為抗水流沖擊強(qiáng)的其他閥門。安裝閥門調(diào)節(jié)刻度盤，正確使用閥門，要嚴(yán)格按照閥門說明操作，遵守操作規(guī)程，操作完畢應(yīng)準(zhǔn)確地報告和記錄閥門的開度，盡可能使每種運(yùn)行方式與相應(yīng)的供水量匹配。

b.自動化設(shè)備及時更新?lián)Q代，保證自動化數(shù)據(jù)及時準(zhǔn)確傳輸，對各測點(diǎn)的壓力和流量值特別是對有疑問的站點(diǎn)進(jìn)行校核，使其能真實(shí)地反映各站點(diǎn)實(shí)際情況。為了精確調(diào)整水量，建議在修理莊和興福莊附近適當(dāng)?shù)牡胤桨惭b流量計。

c.主要供水閘門要統(tǒng)一管理，如四個水廠的閘門要由供水單位統(tǒng)一管理，避免用水閘門隨意開啟產(chǎn)生壓力沖擊威脅管線安全。建議水廠修建蓄水池或利用事故水池調(diào)峰供水，減少調(diào)節(jié)閥門的次數(shù)以利于原水管線平穩(wěn)供水。

4 結(jié) 語

引青工程供水管線隨著工程的不斷完善，東西線對接工程投入使用，以及用水戶的不斷增加，調(diào)度運(yùn)行管理也將越來越復(fù)雜，尤其是東線工程的管線結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，分期建造銜接性不好，薄弱地方比較多，水量變換也較頻繁，所以在今后的工作中還要不斷地總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，不斷完善和改進(jìn)運(yùn)行管理方法，使引青工程更好地為秦皇島市供水服務(wù)。