生態(tài)理論在水利工程設計中的應用

董德寶

(昌吉州水利科學技術研究所，新疆昌吉831100)

1 項目概況

沙雅縣地處天山以南、塔里木盆地北緣，行政隸屬新疆維吾爾自治區(qū)阿克蘇地區(qū)，位于阿克蘇地區(qū)東南部，距阿克蘇市約250 km。

沙雅縣東鄰巴州尉犁、且末兩縣，西靠阿克蘇市，北接庫車、新和縣，南隔塔克拉瑪干大沙漠與和田民豐、策勒兩縣相望，東西寬180 km，南北長220 km，海拔1 050～943 m。

2 管網(wǎng)工程施工方案

管網(wǎng)工程是飲水安全工程建設的重點，其中管道開挖241 700 m3，管道回填229 615 m3，管道安裝251.87 km，閘閥井124個，水表井550個。

由于改水工程管網(wǎng)長、管溝挖填土方量大，尤其管溝在農(nóng)宅施工復雜，根據(jù)近幾年的管溝開挖施工經(jīng)驗，對管溝在農(nóng)宅施工可采用付費的辦法交當?shù)剞r(nóng)民開挖，管網(wǎng)工程主要施工方案如下:

2.1 管道土方開挖

管道溝槽采用機械開挖，溝槽結(jié)合管徑大小開挖成梯形，底寬0.6～0.8 m，上口寬1.0～1.2 m，溝深1～1.5 m，開挖出的土堆放在溝槽外1 m，如果超挖用細土回填并夯實整平，溝槽底高程允許偏差為±20 mm，溝槽底不得有0.5 cm的顆粒。

2.2 管道土方回填

管道安裝完試壓前除接口外的溝槽先人工回填至管頂以上50 cm。回填土中磚、石、木塊等雜物應清除干凈，管道兩側(cè)至管頂以上50 cm范圍內(nèi)的回填土不得含有機物、凍土以及直徑＞25 mm的石塊和直徑＞50 mm的土塊，回填土應由溝槽兩側(cè)對稱運入槽內(nèi)不得直接扔在管道上，以免管道位移拉開接頭和砸壞管道，回填其它部位時應均勻運入槽內(nèi)，不得集中推入。

在管道平面轉(zhuǎn)彎處外側(cè)前后3 m內(nèi)回填土方要夯實，干容重不小于自然土的干容重，夯實厚度等于管道直徑。

2.3 管道安裝

溝槽每500 m作為一個驗收單元，驗收合格后才能進行管道安裝。將管節(jié)下入驗收合格的溝槽，管節(jié)承口朝向上游，管節(jié)下入溝槽時不得與槽下的管道相互碰撞，管道安裝的主要工具為緊繩器，將止水膠圈放入管節(jié)承口，量出承口的長度在插頭上作出相同長度的標記，在插頭上涂抹肥皂水，嚴禁涂抹溶劑、易揮發(fā)物、油脂。用緊繩捆住相鄰管節(jié)的插頭和承口，緩慢操作緊繩器手柄使承口外邊與插頭上作出的標記吻合即可。

3 管網(wǎng)工程生態(tài)化設計

管網(wǎng)工程設計需依據(jù)水源、加壓站、各供水規(guī)劃區(qū)的位置，考慮村村通公路工程建設，從便于施工管理、管線經(jīng)濟的原則確定管線位置。由于擴建區(qū)水廠位置及城鄉(xiāng)水源水廠位置已確定，管道布置按經(jīng)濟、方便運行管理確定不存在方案比選，但存在輸水管道運行方案的比選，這是管網(wǎng)工程生態(tài)化設計最為關鍵的內(nèi)容。

3.1 輸水干管道建設方案比選

依據(jù)管道布置從城鄉(xiāng)水源加壓站預留出口開始，由北往南鋪設管道依次向海樓科克布運水廠、集鎮(zhèn)水廠、達旺庫木水廠、墩力曼水廠，主管道繼續(xù)向南鋪設到托依堡鎮(zhèn)克其瑪達水廠，主管道向東南繼續(xù)鋪設至托依堡集鎮(zhèn)水廠500 m3的蓄水池，從水源加壓站到托依堡集鎮(zhèn)500 m3的蓄水池輸水管道長38.6 km，如果在管道中不設加壓站。

為滿足各水廠的配水壓力需配置高壓管道才能滿足整個規(guī)劃區(qū)的供水要求，由于滿足配水要求所有的輸水主管道全部按配水要求設計，管道的設計流量增加一倍，管道工程投資高、高壓泵運行費用高。

而采用分級加壓供水需在主管道6號節(jié)點處設加壓站及調(diào)蓄池，該段管道的長度為18.5 km，設計管徑為PVC400—12.0 km、PVC315—6.5 km，管道投資為335萬元。

如不設加壓站從水源加壓站到6號節(jié)點之間的管道同時增加3座水廠的配水流量，管道設計管徑為RN500—18.5 km，由于管徑大采用玻璃鋼管，管道投資為775萬元，這樣相比在管道中設加壓站投資經(jīng)濟，設加壓站后管道的輸水壓力＜0.6 MPa，運行管理要求低，不設加壓站后管道的輸水壓力0.8 MPa。可見采用分級加壓供水壓力小、運行管理方便、適合農(nóng)村現(xiàn)狀供水條件，這樣本次管道擴建采用分級加壓的供水運行方式［1］。

3.2 管材選用的方案比選

由于農(nóng)村供水工程規(guī)模小、人均投資低，目前大都采用PVC—U管材、有價格低的優(yōu)點，但隨著農(nóng)村飲水安全工程規(guī)模的提高，使用管道的管徑也加大，對管道的運行安全要求更嚴，從管道的運行安全重要性考慮，需對大管徑的管道進行性能和價格比較，提出適應農(nóng)村輸水安全、可靠的管材。

考慮項目區(qū)地下水和地基土對金屬材料有腐蝕性作用，采用金屬材料投資高，所以不采用金屬材料，而球墨鑄鐵管適應大管徑且重量大、施工難，這樣可供選用的有玻璃鋼管(FRP)和聚乙烯管(PE管)和硬聚氯乙烯(PVC—U)，考慮PVC—U相比、FRP、PE管在小管徑方面有價格和施工優(yōu)勢，這樣對400 mm以上的FRP、PE兩種管材進行主要技術指標及優(yōu)缺點比較見表1。

表1 管材優(yōu)缺點比較

按照相同壓力和流量下聚乙烯管和玻璃鋼管所需的過水斷面、相應的內(nèi)徑進行經(jīng)濟比較，見表2。

表2 管徑經(jīng)濟比較

本次擴建雖采用最大管徑為400 mm，考慮該管道主要是從水源調(diào)蓄池至海樓鄉(xiāng)調(diào)蓄池，考慮工程的重要性及供水壓力要求低，采用PVC—U有價格優(yōu)點，施工維護方便，所以本次擴建的管道全部采用PVC—U，設計管道壓力0.6 MPa。從工程占地、土石方開挖量、水土流失危害、水土保持投資等方面分析，選用不同的管材其變化不大，故對水土保持的影響一般，不存在孰優(yōu)孰劣的問題，故從水土保持角度考慮，認為主體工程推薦方案合適。

4 結(jié)論

生態(tài)理論應用于水利工程設計，既合理利用現(xiàn)有水廠的資源，避免了水源工程的重復建設，又擴大了水廠的供水規(guī)模，解決了水廠供水效益差的問題。管網(wǎng)工程是生態(tài)化水利工程設計的重點內(nèi)容，從管網(wǎng)布局、安裝、選材、維護等方面構(gòu)建生態(tài)化水利。經(jīng)過本次研究發(fā)現(xiàn)，生態(tài)水利具有能耗小、污染少、效率高等特點，在水利工程中推廣有助于實現(xiàn)資源的優(yōu)化配置，充分發(fā)揮了水利工程的總體效益。

［1］董哲仁.試論生態(tài)水利工程的基本設計原則［J］.水利學報，2004(10):3-8.