淺析山區(qū)農(nóng)村飲用水輸水管道設(shè)計(jì)常見問題及處理措施

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摘要：在本文中，筆者結(jié)合通江縣山區(qū)農(nóng)村飲用水設(shè)計(jì)實(shí)際情況，從飲水距離、方案原則和安全防護(hù)設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行了分析，可為山區(qū)農(nóng)村飲用水輸水管道的設(shè)計(jì)提供參考。

關(guān)鍵詞：山區(qū)農(nóng)村；飲用水；管道設(shè)計(jì)；常見問題及處理措施

山區(qū)農(nóng)村的飲水安全問題受到社會的廣泛關(guān)注，由于山區(qū)地形條件的影響，輸配水管道自然落差大，輸水距離遠(yuǎn)，供水人口少且分散等因素，農(nóng)村飲用水管道設(shè)計(jì)受到了一定的制約影響，施工難度較大。因此，探討山區(qū)農(nóng)村飲用水管道設(shè)計(jì)具有普遍意義。

一、常見的幾個(gè)問題

通江縣由于工業(yè)基礎(chǔ)薄弱、國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展滯后，山區(qū)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)的發(fā)展水平較低，導(dǎo)致基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)十分薄弱，尤其是農(nóng)村飲用水基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)滯后更為突出。近年來，隨著國家對安全飲用水工程建設(shè)的重視，山區(qū)農(nóng)村飲用水安全問題也得以改善。經(jīng)調(diào)查我縣山區(qū)農(nóng)村飲用水輸水管道設(shè)計(jì)有常見的以下幾個(gè)問題：

（一）管線選擇合理性較差。

山區(qū)農(nóng)村飲用水項(xiàng)目工程，一般為重力輸水，因?yàn)槿狈^近的水源，所以引水的距離比較長，管道鋪設(shè)沿線通常山高、林密、坡陡，增加了施工的困難程度。在管線施工過程中，還會遇到山脊、河流和溝谷等，這就不利于飲水管道鋪設(shè)的安全、經(jīng)濟(jì)和便于維護(hù)的原則。

（二）管材、管徑選擇不甚合理。

由于受山區(qū)農(nóng)村農(nóng)戶居住分散、供水人口少等因素影響，供水規(guī)模一般在20—100立方米/天，導(dǎo)致工程輸水量不大，然而很多工程在輸水管道設(shè)計(jì)時(shí)管材、耐壓等級和管徑選擇均不甚合理。

（三）進(jìn)（排）氣、減壓設(shè)施設(shè)置合理性差。

1.由于山區(qū)地形普遍起伏變化較大，管線布置時(shí)容易出現(xiàn)大高差、倒虹等情況，但很多已建工程設(shè)計(jì)處理又不科學(xué)，導(dǎo)致出現(xiàn)爆管現(xiàn)象。

2.受山區(qū)地形起伏較大的影響，在工程設(shè)計(jì)中又未做分析處理，致使輸水管道在一些地方出現(xiàn)較高的負(fù)壓區(qū)，導(dǎo)致輸水管道變形、甚至損壞。

（四）容易忽略排沙設(shè)施設(shè)置。

受山區(qū)山洪發(fā)生頻率較高的影響，洪水期間原水輸送時(shí)水體中含泥沙顆粒，在倒虹段和水平段容易沉積，導(dǎo)致輸水管道堵塞，輸水不暢。

二、處理方法及措施

（一）合理選擇輸水管道線路。

由于受山區(qū)輸水管道線路長、落差大、施工難度大和地方經(jīng)濟(jì)落后的影響，為了降低工程造價(jià)、便于工程維護(hù)管理，輸水管道線路選擇宜按以下幾個(gè)原則進(jìn)行。

1.線路力求順直，盡量縮短線路長度。

2.盡量少占或者不占農(nóng)田，保護(hù)環(huán)境、防止管道的人為破壞。

3.盡量滿足管道地埋要求，避免急轉(zhuǎn)彎、較大的地形起伏和穿越不良地質(zhì)地段，減少與河流、公路等障礙物的穿越。

4.穿越障礙物時(shí)，盡量與跨越障礙物相結(jié)合，盡量減少與天然和人工障礙物的交叉。

（二）管材選擇。

管材的選擇應(yīng)從節(jié)約投資、保護(hù)環(huán)境的角度出發(fā)，盡量采用技術(shù)成熟和抗腐能力強(qiáng)的管道，結(jié)合山區(qū)供水人口少、供水規(guī)模小和施工難度大等特點(diǎn)，就鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、PVC-U型管、HDPE管和PP-R管進(jìn)行比較，宜優(yōu)先選用PE管和PP-R管作為輸水管道。現(xiàn)就這種常用管材比較如下。

1.鋼管雖然具有良好的管道伸縮性和抗震能力，但造價(jià)相對較高、易腐蝕，且重量較重，不適合山區(qū)施工二次搬運(yùn)較多的實(shí)際情況。

2.球墨鑄鐵管在供水規(guī)模小的情況下，造價(jià)更高，且易腐蝕，施工難度更大，故不適合。

3.玻璃鋼管因鋼度較小，對管道基礎(chǔ)有一定要求，在供水規(guī)模小的山區(qū)農(nóng)村也不適合。

4.PVC-U型管道雖然具有化學(xué)性能好、抗腐蝕、管壁光滑阻力小、材質(zhì)輕、施工安裝方便、管壁不結(jié)垢和易維修等優(yōu)點(diǎn)，但造價(jià)高，在經(jīng)濟(jì)落后的山區(qū)農(nóng)村也不太適合。

5.PE管和PP-R管具有較高的強(qiáng)度、剛性和抗沖擊性，同時(shí)還具有低線形膨脹系數(shù)、抗腐蝕性、內(nèi)壁光滑不結(jié)垢、水力損失小、重量輕、使用壽命長和山區(qū)施工搬運(yùn)方便等優(yōu)點(diǎn)，故宜優(yōu)先選用HDPE管和PP-R管作為輸水管道。根據(jù)相關(guān)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，我縣農(nóng)村飲用水工程項(xiàng)目中，管道投資占總投資的40%～50%。由此可知，管道管材與管徑與工程量造價(jià)有一定的相關(guān)性，合理選擇管道管徑與管材，有助于控制工程量造價(jià)。同時(shí)，在規(guī)劃設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮工程規(guī)模、地形地貌和工作壓力等因素，實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的性價(jià)比。但是當(dāng)管道鋪設(shè)較長，在規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)按照工作壓力的不同，選擇不同等級的管道，一般按照管道工作壓力的1.5倍選擇管材。

（三）管徑選擇。

工程的造價(jià)大小，也受到管道流速大小的影響。一般情況下，山區(qū)農(nóng)村地區(qū)飲用水工程供水規(guī)模小，一般在20-100立方米/天，管徑一般在150 mm以內(nèi)，管徑計(jì)算時(shí)宜采用經(jīng)濟(jì)流速法計(jì)算。根據(jù)《村鎮(zhèn)供水規(guī)范》規(guī)定，壓力流管道的流速范圍為0.6-1.0m/s；重力流管道的經(jīng)濟(jì)流速應(yīng)充分利用地形高差確定，但長距離重力流輸水管道設(shè)計(jì)時(shí)的設(shè)計(jì)流速也不宜大于2m/s；輸送原水的管道設(shè)計(jì)流速不宜小于0.6m/s，故山區(qū)農(nóng)村飲水輸水管道經(jīng)濟(jì)流速宜取0.8-1.5m/s。

管徑流速的具體確定方法為：按照經(jīng)濟(jì)流速的范圍，將管徑范圍確定下來，也就是初選適合經(jīng)濟(jì)流速范圍的各種管徑，在水力計(jì)算與投資比較的基礎(chǔ)上，選擇并確定最優(yōu)的管徑。其初選管徑計(jì)算公式如下：

計(jì)算式中，D表示管道內(nèi)經(jīng)，單位m；Q表示計(jì)算流量，單位m?/s；V表示管道流速，單位m/s。

（四）管道的安全措施。

1.設(shè)置排氣閥。管道在使用過程中，水流和空氣一同進(jìn)入管道，為了能夠及時(shí)將管道內(nèi)的空氣排出，防止出現(xiàn)氣阻狀況，對于較長距離的輸水管道，必須安裝排氣閥。在我縣山區(qū)農(nóng)村飲用水工程中，因?yàn)槿狈徒乃吹?，所以只能通過長距離輸水的方式來解決問題。由于輸水管道途徑的地區(qū)，地形復(fù)雜、管線坡度起伏大，比如其中一個(gè)飲水工程的輸水管道長度達(dá)到了6km，而最大處的落差也超過了200m，管線鋪設(shè)為波浪形，平均高差超過了50m。因此，管道的安全性得不到很好的保障，需要安裝一定的排氣閥在管線的隆起部位，也就是在波浪式管道的最高處。如果管線相對比較平緩，可調(diào)整為縱坡，人工制造制高點(diǎn)，并安裝排氣閥，水平距離控制在600-1000m。而需要注意的是，兩個(gè)排氣閥之間不能出現(xiàn)次高點(diǎn)、最高點(diǎn)，不然在管道試壓時(shí)，相對高點(diǎn)位置容易發(fā)生管道爆裂。

2.設(shè)置自動(dòng)進(jìn)氣閥。在山區(qū)輸水管道布置安裝時(shí)難免出現(xiàn)地勢起伏變化大的情況，若在陡坡段不加以處理，管道運(yùn)行過程中在陡坡段較高位置易出現(xiàn)負(fù)壓區(qū)，造成管道變形，因而必須在陡坡段較高位置設(shè)置自動(dòng)進(jìn)氣閥，破壞管段的負(fù)壓區(qū)，保護(hù)輸水管道，確保輸水通暢。

3.設(shè)置減壓閥或調(diào)壓池。由于管道沿線的地形條件比較差，加上山區(qū)農(nóng)村地區(qū)經(jīng)常出現(xiàn)管道壓力較大的情況，超出管道的實(shí)際承受壓力，有些輸水管道的地形落差超過了200m甚至更大。因此，在實(shí)際的工程施工中，必須設(shè)置減壓閥或者減壓池。雖然減壓池的運(yùn)行，安全可靠，但是水量損失比較大，需要按照實(shí)際情況，調(diào)節(jié)閘閥開度，一般在管路中設(shè)置減壓閥。而在長距離輸水系統(tǒng)中，減壓池起著重要的作用，不僅能夠調(diào)節(jié)水池，而且還能夠調(diào)節(jié)水量。比如朱元鄉(xiāng)落差超過200m的輸水工程，利用了兩處天然溪溝，修建了兩座減壓池，將水頭降到了100米以下。對于管道沿線地形平緩、落差較大的管線，為了方便后期的運(yùn)行維護(hù)與管理，應(yīng)設(shè)置一定的減壓閥，滿足安全運(yùn)行的要求。減壓閥的應(yīng)用，非但不會造成水量的損失，同時(shí)還能延長管道的使用壽命，避免管道發(fā)生爆裂。同時(shí)，在工程建成投入使用后，尚需定期檢查減壓閥，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)修補(bǔ)或者更換減壓閥。

4.設(shè)置排沙口。山區(qū)長距離原水輸水管道，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)充分考慮原水富含泥沙易沉積的特點(diǎn)，故應(yīng)在倒虹段最低點(diǎn)和地勢平緩段800-1000m處設(shè)置排沙口。排沙口一般采用所采用管徑大小一致的三通引出，出口處安裝排沙閥門，進(jìn)行排沙。管道運(yùn)行過程中，每間隔1月左右必須定時(shí)開啟排沙。

結(jié)束語

山區(qū)農(nóng)村飲用水管道的設(shè)計(jì)，看上去十分簡單，但是實(shí)際上受到多種因素的影響，如果不注重規(guī)劃設(shè)計(jì)，可能出現(xiàn)質(zhì)量的問題，也不利于后期的使用和維護(hù)。山區(qū)農(nóng)村飲用水管道設(shè)計(jì)，受地形、經(jīng)濟(jì)因素和管道等多種因素的影響，在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)綜合考慮各種因素，提高規(guī)劃設(shè)計(jì)的科學(xué)性與合理性。

參考文獻(xiàn)：

[1]高敏速.山區(qū)農(nóng)民飲用水管道設(shè)計(jì)應(yīng)注意的幾個(gè)問題[J].陜西水利，2012，4：124-125.

[2]杜建勛，李淑芳，魏強(qiáng)軍.缺水地區(qū)水源工程建設(shè)淺析[J].河南水利，2011，16：126-127.

[3]丁雯雯.廣州市西江飲水工程某標(biāo)段超大管徑PCCP管道水壓試驗(yàn)[J].廣東土木與建筑，2011，14：24-25.