水庫工程供水管道設(shè)計分析

婁吉寧

【摘要】在水利水電工程施工中，管道工程建設(shè)占總投資的60%以上，管道工程建設(shè)質(zhì)量會直接影響整個水利水電工程運行成本。因此，在水利水電工程設(shè)計階段，必須加強管道設(shè)計研究，這樣才能便于后期施工和管理。對此，本文首先介紹了水利水電工程供水管道設(shè)計要點，然后結(jié)合樹寨溝水庫，對水庫工程供水管道設(shè)計要點進行了詳細探究。

【關(guān)鍵詞】水庫工程；管道；設(shè)計

1、引言

現(xiàn)如今，社會經(jīng)濟發(fā)展迅速，水資源短缺問題也越來越嚴重，水庫工程建設(shè)數(shù)量和建設(shè)規(guī)模都在逐漸擴大，在發(fā)展經(jīng)濟用水，改善生態(tài)環(huán)境方面發(fā)揮著十分重要的作用。管道設(shè)計是水庫工程設(shè)計重點，因此對管道工程設(shè)計要點進行詳細探究具有十分重要的現(xiàn)實意義。

2、管道設(shè)計原則

（1）供水管道線路應(yīng)該盡量順直，盡量避免地形起伏過大或者地質(zhì)條件較差的地段。（2）結(jié)合水庫工程建設(shè)區(qū)域?qū)嶋H情況，包括冰凍情況、外部荷載等，合理確定管道埋深。（3）供水管線設(shè)計應(yīng)該盡量靠近道路，便于施工、管理和維修。（4）供水管線布置應(yīng)該盡量避免穿越村莊。

3、供水管道設(shè)計要點

3.1 管材選擇方面

在供水管道管材的選擇方面，應(yīng)該堅持因地制宜和經(jīng)濟適用原則。常見供水管道管材主要有鋼筋混凝土管、熱鍍鋅鋼管、無毒聚氯乙烯塑料管、聚乙烯塑料管以及鋼管等等。如果供水管材直徑在300mm以上，則可以使用鋼筋混凝土管，并且盡量選用管壁粗糙率比較低的管道，這樣能夠有效減少水頭損失。如果供水管材直徑在300mm以下，則應(yīng)該盡量選用聚乙烯塑料管或無毒聚氯乙烯塑料管，因為施工成本比較低，而且安裝更加便捷。還需要注意的是，在石山區(qū)不宜埋管區(qū)域，應(yīng)該盡量選用鋼管或熱鍍鋅鋼管。管徑的選擇應(yīng)該綜合考慮供水規(guī)模等因素。

3.2 供水管線設(shè)計方面

供水管線設(shè)計應(yīng)該盡量保持平整，盡量做到線路段、地形平緩、土石方工程量較小。另外，對于供水管線，應(yīng)該盡量靠近道路兩邊進行規(guī)劃和鋪設(shè)，便于后期維護。除此以外，還應(yīng)該充分利用水位高差，以重力流自壓供水，輸配水管線選擇應(yīng)考慮近、遠期結(jié)合和分期施工的可能性。

4、工程概況

樹寨溝水庫供水工程設(shè)計灌面14300畝、人飲11581人，供水管道根據(jù)灌區(qū)、人飲分布及其高程布設(shè)，引水隧洞后接鋼管，主管在龍窩寨分為左、右干管，右干管在石場鄉(xiāng)分出中干管，其中主管至左、右干管分岔處長2610m，管材為DN500mm、450mm鋼管；右干管主要為Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ灌區(qū)提供灌溉供水及柏楊村、新街村、石場鄉(xiāng)人飲用水，設(shè)計引水流量0.11m3/s，右干管長4793m，管材為DN350、DN300mm鋼管及dn160mm、dn200mmPE管；左干管主要為Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ灌區(qū)提供灌溉供水和大木村人飲用水，設(shè)計引水流量0.061m3/s，左干管長6850m，管材為DN350、DN300鋼管及dn160mm、dn200mmPE管；中干管主要為Ⅷ灌區(qū)提供灌溉供水和構(gòu)皮村人飲用水，設(shè)計引水流量0.025m3/s，中干管長2700m，管材為dn160mmPE管。

5、水庫工程供水管道建筑設(shè)計

5.1 供水管道

5.1.1 供水點及需水量分析

根據(jù)《貴州省煙水配套工程建設(shè)規(guī)劃》、《貴州省“十二五”煙草產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》等已有相關(guān)規(guī)劃，樹寨溝水庫主要是向水庫下游提供灌溉、人飲用水。

工程設(shè)計灌溉面積14300畝，其中水田300畝，主要分布在濫壩村寨，水田分布較集中；煙地14000畝，主要分布在桂花鄉(xiāng)濫壩村、石場鄉(xiāng)柏楊村、新街村、構(gòu)皮村、文新村、大木村等6個行政村，旱地較為集中，呈帶狀分布。灌面高程均分布在1157.0m至860m之間，供水水源為樹寨溝水庫，設(shè)計年灌溉供水量138.9萬m3，年人飲供水量46.1萬m3。

樹寨溝水庫以烤煙灌溉為主，兼顧?quán)l(xiāng)鎮(zhèn)和農(nóng)村生活飲水。根據(jù)《節(jié)水灌溉技術(shù)規(guī)范》（GB/T50363-2006）等相關(guān)規(guī)定，灌溉設(shè)計引用流量為P=80%最大旬（月）灌溉用水量。根據(jù)各作物最大月（旬）灌溉用水統(tǒng)計參數(shù)，水稻P=80%最大旬用水量為54.9m3/畝，用水流量為0.635m3/s·萬畝；油菜P=80%最大月用水量為18.3m3/畝，用水流量為0.07m3/s·萬畝；玉米P=80%最大月用水量為29.5m3/畝，用水流量為0.114m3/s·萬畝；烤煙P=80%最大月用水量為19.3m3/畝，用水流量為0.074m3/s·萬畝。

根據(jù)灌區(qū)分布情況、作物種植結(jié)構(gòu)以及灌溉水利用系數(shù)，計算各作物的灌溉設(shè)計流量。水田設(shè)計灌溉面積為0.03萬畝，灌溉水利用系數(shù)0.883，計算水田灌溉流量為0.022m3/s。灌區(qū)設(shè)計灌溉烤煙面積1.4萬畝，采用兩年輪作種植模式，即一年種植烤煙0.7萬畝，另外0.7萬畝種植玉米，計算烤煙灌區(qū)設(shè)計流量為0.059m3/s，另外0.7萬畝玉米灌區(qū)設(shè)計流量為0.09m3/s，則灌區(qū)灌溉總設(shè)計流量為0.171m3/s。因為采用輪作模式，為保證輪作時滿足流量要求，旱地采用玉米的灌溉流量，即管道設(shè)計流量宜按0.09m3/s考慮。

鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村供水較集中，根據(jù)《村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范》（SL310-2004）6.0.8條：水源到水廠的輸水管設(shè)計流量，應(yīng)按最高日工作時平均取水量確定。根據(jù)本工程供水規(guī)模、用水量組成以及生活水平，結(jié)合當?shù)叵嗨乒┧こ?，日變化系?shù)取1.5，根據(jù)需水預測成果，鄉(xiāng)鎮(zhèn)及農(nóng)村日均供水量為1263m3/d，則輸水干管設(shè)計流量為0.022m3/s。供水工程主管道供水流量為0.193m3/s。

5.1.2 水量調(diào)節(jié)措施

水量調(diào)節(jié)措施的核心是單雙管方案的選擇?！妒彝饨o水設(shè)計規(guī)范》（GB50013-2006）7.1.3條規(guī)定：輸水干管不宜少于兩條，當有安全貯水池或其它安全供水措施時，也可修建一條。

灌溉供水根據(jù)《灌溉與排水工設(shè)計規(guī)范》可采用渠道或管道輸水，煙地灌面大且高程差近100m，由前述方案比較可知，為減少工程占地，提高灌溉水利用系數(shù)以充分利用水資源，采用埋管管道供水方案。灌區(qū)內(nèi)根據(jù)灌溉面積的大小、距離的長短及高程差等因素設(shè)置適當?shù)恼{(diào)節(jié)池用以調(diào)節(jié)供水水量及水頭。

5.1.3 管徑選擇

樹寨溝水庫主管供水流量為0.193m3/s，其中右干管供水流量為0.11m3/s，左干管供水流量為0.061m3/s，中干管供水流量為0.025m3/s。

管徑選擇原則：因本工程為自流供水，在滿足末端水壓的要求下，應(yīng)選擇最小管徑，力求投資最省。

管徑應(yīng)根據(jù)水頭損失計算確定，計算公式如下：

根據(jù)供水流量，經(jīng)計算，本工程設(shè)計管線的各種特性見下表1。

5.2 管材選擇

本工程地處山區(qū)，線路盡量按照現(xiàn)有道路進行布設(shè)?，F(xiàn)有道路多為鄉(xiāng)道，崎嶇狹窄，不利于運輸，故不適合采用重量最大的預應(yīng)力鋼筒混凝土管；貴州近幾年遭受較嚴重的凝凍災(zāi)害，根據(jù)2008年及2011年遭遇的凝凍災(zāi)害來看，鑄鐵管抗凝凍性差，容易在低溫下?lián)p壞，故本階段不推薦使用球墨鑄鐵管。結(jié)合本工程各供水管道的管線布置，根據(jù)管徑大小選擇不同材料，根據(jù)以往工程經(jīng)驗，當管徑大于200mm時，選用Q235鋼管較為經(jīng)濟；當管徑小于200mm時，選用PE管較為經(jīng)濟。故管徑小于等于200mm時，選用PE管，管徑大于200mm時，選用Q235鋼管。

5.3 管道鎮(zhèn)支墩設(shè)計

本工程供水管道總長16953m，其中主管長2610m，左干管長6850m、右干管長4793m、中干管長2700m，管道全為埋管式自流式供水。鎮(zhèn)墩設(shè)置原則：在管道平面或立面轉(zhuǎn)彎處設(shè)置鎮(zhèn)墩，以承受水流因管線方向的改變而產(chǎn)生軸向的不平衡力，將管道固定在地基上，防止發(fā)生位移，本工程在管道轉(zhuǎn)彎處或直管段每隔400m左右設(shè)置一個鎮(zhèn)墩；在管道相鄰兩鎮(zhèn)墩之間，管道轉(zhuǎn)彎段每間隔10m設(shè)一個支墩。兩鎮(zhèn)墩之間的支墩盡量按等距離布置，個別支墩間距考慮與鎮(zhèn)墩的關(guān)系進行必要的調(diào)整，鎮(zhèn)支墩均采用C15混凝土。

根據(jù)管線的走向，鎮(zhèn)墩分為凸型、凹型兩種鎮(zhèn)墩，均為封閉式鎮(zhèn)墩。鎮(zhèn)墩在滿足布置條件的前提下，其基礎(chǔ)應(yīng)置于基巖上，覆蓋層深的地層，基礎(chǔ)應(yīng)置于老土上。支墩基礎(chǔ)與鎮(zhèn)墩基礎(chǔ)一樣，在基巖裸露時應(yīng)置于基巖上，受地質(zhì)條件所限，覆蓋層較深，難置于基巖上時，須置于老土上。

5.4 管道附屬設(shè)施

為保護管道，不占用地表耕地，管道采用埋管。PE管及壓力鋼管管溝開挖深度按管道埋深不小于1.0m控制，在穿越道路的地方增加套管，埋深應(yīng)不小于1.0m。開挖邊坡根據(jù)地質(zhì)條件確定，基巖段1：0.3，覆蓋層1：1，其他局部地段還應(yīng)適當放緩；管道鋪設(shè)時，陡于1：1.5的基槽，管基礎(chǔ)采用200mm砼墊層，巖基管槽鋪設(shè)200mm細砂墊層，再將管道置于其上。當管道穿越公路或鄉(xiāng)村道路時，考慮上部通行車輛的荷載作用，設(shè)計中采用外套方形C20鋼筋混凝土箱涵的方式，兩端須分別伸出公路或道路兩側(cè)1.5m。

為保證管網(wǎng)正常運行和便于維修管理，在管網(wǎng)平緩位置設(shè)置檢修閘閥；項目區(qū)處于山區(qū)，其管道沿線地形波狀起伏、坡陡谷深。為便于在檢修管道時，放空管內(nèi)存水，在管道凸起處設(shè)置排氣閥；在管道低洼處設(shè)置沖砂/放水閘閥，沖砂閥直接接鋼管至低處的溝谷、河道，以利排水。各附屬設(shè)施根據(jù)地形條件、調(diào)度運行、檢修要求等進行合理布置。

排氣閥井為方形，井深大于或等于管道直徑加上0.6m，供水管管徑≤200mm時，平面尺寸為1.3m×1.3m，供水管管徑>200mm時，平面尺寸為1.8m×1.8m；井壁采用M7.5漿砌石砌筑，厚0.2m；底板采用C20混凝土澆筑，厚0.2m，井蓋采用C20鋼筋混凝土預制板，厚0.08m，由管道縱剖面圖統(tǒng)計可知，共需設(shè)排氣閥井20個。

沖砂閥井用于排水或檢修，井內(nèi)安裝放水閘閥或檢修閘閥，結(jié)構(gòu)形式與排氣閥井相同，由管道縱剖面圖統(tǒng)計可知，共需設(shè)泄水沖砂閥井22個。

為保護管道在日后運行中，不受到人為的意外破壞，應(yīng)沿管道線每隔500m處埋設(shè)一個警示牌，管線平面轉(zhuǎn)彎點也應(yīng)該埋設(shè)警示牌。警示牌采用C20砼預制而成，并標示醒目的提示字樣。

6、結(jié)語

綜上所述，樹寨溝水庫供水工程供水對象較多，管道布設(shè)復雜程度較高，對于供水管道，必須綜合考慮灌區(qū)、人飲分布以及其高程進行布設(shè)，這樣才能夠有效提升管線布設(shè)的合理性。在管材選用方面，也應(yīng)該對經(jīng)濟性和適用性進行綜合比較分析，提升供水管道設(shè)計科學性，優(yōu)化供水管道布置，節(jié)約施工成本。

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