遠(yuǎn)距離高水頭輸水工程設(shè)計(jì)分析

馬慧琴

遠(yuǎn)距離高水頭輸水工程是解決水資源分布不均的重要途徑。為了確保輸水工程運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性，在遠(yuǎn)距離高水頭輸水工程的設(shè)計(jì)與施工中必須要結(jié)合當(dāng)?shù)氐木唧w條件，選擇最優(yōu)的輸水線路，輸水方式以及管線的設(shè)計(jì)與施工方案?；诖?，本文分析了遠(yuǎn)距離高水頭輸水工程設(shè)計(jì)方法，以供參考。

遠(yuǎn)距離高水頭輸水工程;輸水線路與方式;管線設(shè)計(jì)與施工

水資源對(duì)于人們的工業(yè)生產(chǎn)以及社會(huì)生活而言，都是極為寶貴的資源。但是在我國(guó)境內(nèi)，水資源的空間分布卻十分不均衡，這種現(xiàn)象嚴(yán)重影響了社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人們的正常生活。為了有效解決水資源分布不均衡問(wèn)題，現(xiàn)階段我國(guó)各地都開展了輸水工程建設(shè)。在各種輸水工程中，遠(yuǎn)距離高水頭輸水工程由于工程線路長(zhǎng)，落差大，造成施工難度相對(duì)較大，因此這對(duì)于輸水的線路，方式以及管線的設(shè)計(jì)都提出了相對(duì)較高的要求。

本輸水工程位于湖南省懷化市會(huì)同縣，主要任務(wù)是為會(huì)同縣一水廠和工業(yè)園新建水廠提供生產(chǎn)以及生活用水。本工程的設(shè)計(jì)總規(guī)模為4x10m/d，自來(lái)水量按照10%計(jì)，原水輸水管道漏損量按照5%計(jì)算。工程起點(diǎn)位于擬建取水泵站出水切換井，終點(diǎn)位于現(xiàn)狀原水輸水管線，工程管道全長(zhǎng)為9843m，其中臨時(shí)占用農(nóng)田段的管道長(zhǎng)1927m，需要破路段2775m，過(guò)鐵路段20m，過(guò)河段197m。

輸水線路的管道起點(diǎn)位于擬建取水泵站出水切換井，出站區(qū)后管道沿現(xiàn)狀村道及鄉(xiāng)鎮(zhèn)小路敷設(shè)至鐵路處（利用現(xiàn)有涵洞穿過(guò)鐵路）;后繼續(xù)沿現(xiàn)狀田間小路敷設(shè)至于209國(guó)道，并伴著209國(guó)道東側(cè)距離道路邊緣2m處埋設(shè)600m，沿現(xiàn)狀山體及農(nóng)田敷設(shè)拐至規(guī)劃連山大道處，并穿越現(xiàn)狀連山大道沿規(guī)劃道路西側(cè)人行道敷設(shè)至漩水村，繼續(xù)沿傍山小路敷設(shè) 2200m，在現(xiàn)狀蓑衣塘電站下游且渠水河寬度較窄處過(guò)河道（過(guò)河段管長(zhǎng)197m），沿現(xiàn)狀山體坡腳線及現(xiàn)狀道路敷設(shè)，管道設(shè)計(jì)終點(diǎn)接至現(xiàn)狀原水輸水管線。

本工程自起點(diǎn)取水泵至終點(diǎn)縣一水廠，按照施工條件差異可以分為9段（A—B—C—D—E—F—G—H—I—水廠）。

A—B段管道沿村道敷設(shè)，其中占用農(nóng)田該段總長(zhǎng)480m，需要破路段總長(zhǎng)625m。B—C段管道段現(xiàn)有田間小路敷設(shè)，小路為混凝土路面，且路面較窄，考慮到給水管道檢修較為頻繁，故設(shè)計(jì)本段管道均為占用農(nóng)田段，總長(zhǎng)450m。該段B點(diǎn)新建原水輸水管道通過(guò)現(xiàn)有涵洞過(guò)鐵路，過(guò)鐵路段管長(zhǎng)20m。C—D段管道伴現(xiàn)有209國(guó)道東側(cè)農(nóng)田敷設(shè)，（本段均為臨時(shí)占用農(nóng)田段，管長(zhǎng)395m。D—E段管道沿農(nóng)田及現(xiàn)狀山體敷設(shè)，（本段臨時(shí)占用農(nóng)田段管長(zhǎng)602m;E點(diǎn)處，管道破現(xiàn)有工業(yè)園片區(qū)道路，沿現(xiàn)狀林地敷設(shè)至F點(diǎn)。E—F段管道沿規(guī)劃連山大道西側(cè)人行道敷設(shè)。本段結(jié)合連山大道規(guī)劃及設(shè)計(jì)標(biāo)高，為保證管道位于水力坡降線以下，E—F 段管道埋深在2.7m-5.6m，（較工程其他段管道埋深較深），本段管道總長(zhǎng)1000mG—H段管道沿規(guī)劃連山大道西側(cè)人行道敷設(shè)。 H—I段沿現(xiàn)狀村道及傍山道路敷設(shè)，其中有2處過(guò)河段，總長(zhǎng)85m;傍山段道路一側(cè)傍山，據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘及業(yè)主意見，此處山體地質(zhì)為巖石層，山體不宜輻射管道，臨渠水河一側(cè)坡度較大，且地勢(shì)復(fù)雜，施工及以后的運(yùn)行維護(hù)等難度很大，因此，傍山路敷設(shè)的管道埋設(shè)在現(xiàn)有道路下為破路段，破路段長(zhǎng)2150m。I—J段管道過(guò)渠水河，過(guò)河段管長(zhǎng)197m，設(shè)計(jì)本段管道由渠底過(guò)河，采用沉管施工方式或圍堰大開挖施工方式。I—一水廠段管道傍山腳線及現(xiàn)狀道路敷設(shè)至一水廠，接一水廠折板絮凝池?cái)M改造進(jìn)水管切換井。

本工程做了三條輸水線路，分別如表1所示：

線路一最優(yōu)

表1 輸水線路對(duì)比表

對(duì)三條輸水線路進(jìn)行對(duì)比，線路一的施工難度相對(duì)較小，并且投資成本最少。因此，本工程的輸水線路選擇線路一。

本工程的總設(shè)計(jì)規(guī)模為Q=4×10m/d。其中會(huì)同縣一水廠總規(guī)模為Q=3×10m/d，工業(yè)園水廠總供水規(guī)模為Q=1×10m/d.

自用水系數(shù)Kz=1.1，管道漏損系數(shù)Ks=1.05.

輸水規(guī)模：Q=4×10×1.1×1.05/24/3600=1925.00m/h=0.535m/s; Q=3×10×1.1×1.05/24/3600=1443.75m/s=0.401m/s;Q=1×10×1.1×1.05/24/3600=481.250m/s=0.134m/s

經(jīng)過(guò)對(duì)不同管徑流速的計(jì)算，得出：Q=0.535m/s時(shí)，采用DN700的管道，設(shè)計(jì)流速為1.3902m/s;Q=0.401m/s時(shí)，采用DN700的管道，設(shè)計(jì)流速為1.0426m/s;Q=0.401m/s時(shí)，采用DN600的管道，設(shè)計(jì)流速為1.419m/s;Q=0.134m/s時(shí)，采用DN450的管道，設(shè)計(jì)流速為0.841m/s。

結(jié)合相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，本工程采用直徑為DN600/DN700的原水輸水管道。

依據(jù)《城鎮(zhèn)供水長(zhǎng)距離輸水管（渠）道工程技術(shù)規(guī)程（CECS193-2005）》以及《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范（GB50013-2006）》的技術(shù)要求，結(jié)合管道的經(jīng)濟(jì)流速，本工程采用直徑為DN600/DN700的原水輸水管道。[1]

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)踏勘情況及工程地質(zhì)勘察報(bào)告，本工程管道埋設(shè)路徑地質(zhì)較為復(fù)雜，其中臨時(shí)占用農(nóng)田及破路段較多。管道沿漩水村以北傍山道路敷設(shè)時(shí)，該道路路面寬度為4m，西側(cè)緊臨山腳線，東側(cè)為渠水河，本路段內(nèi)管道敷設(shè)時(shí)全程為破路段，如采用雙管，管道敷設(shè)沒有足夠的施工作業(yè)面，且管線沿規(guī)劃連山大道西側(cè)人行道敷設(shè)時(shí)受空間限制，規(guī)劃連山大道擬建段人行道寬3m，綠化帶寬1.5m，人行道下除敷設(shè)本工程管道外還有規(guī)劃給水管、燃?xì)夤堋㈦娏﹄娦殴艿?，敷設(shè)兩根管道不滿足規(guī)劃要求。綜上所述及綜合業(yè)主方意見，本工程原水輸水管線采用單管敷設(shè)的形式。本工程管道采用單管敷設(shè)，會(huì)同縣一水廠現(xiàn)狀取水泵站作為本工程的應(yīng)急備用水源，當(dāng)管路需要檢修或擬建取水泵站維修維護(hù)時(shí)，即刻啟動(dòng)現(xiàn)狀取水泵站，保證會(huì)同縣一水廠供水安全。在管材的選用方面，目前用于長(zhǎng)距離供水的管材有鋼管、球墨鑄鐵管、玻璃鋼管、UPVC 管和PE管等材料。在以上材料中，球墨鑄鐵管具有較強(qiáng)的安全可靠性，可以承受較大的外壓，適用于深埋施工線路中。并且在使用壽命和耐腐蝕性能上，球墨鑄鐵管也要相對(duì)更優(yōu)，因此比較適合應(yīng)用于遠(yuǎn)距離高水頭輸水工程。鑒于不同類型管材性能的分析，[2]?通過(guò)對(duì)不同管材材料的性能的分析，結(jié)合《會(huì)同縣供水專項(xiàng)規(guī)劃》、《會(huì)同縣一水廠取水、輸水設(shè)施體質(zhì)改造工程可行性研究報(bào)告》指導(dǎo)，為了提高本工程的安全可靠性，在管材選擇上本工程擬采用抗?jié)B耐腐蝕性能好、承受內(nèi)壓高的球墨鑄鐵管。本設(shè)計(jì)管道除過(guò)河段管道采用鋼管外其他段管道采用K9級(jí)球墨鑄鐵管，管道耐壓等級(jí)1.0Mpa。

輸水管道在管道低洼處設(shè)置排泥閥，在管道隆起點(diǎn)設(shè)置排氣閥，在管道埋深較為平緩時(shí)，應(yīng)間隔800m-1000m左右設(shè)置排氣、排泥閥;輸水管道在起始點(diǎn)、終點(diǎn)、分叉處以及穿越河道、鐵路、公路段，應(yīng)根據(jù)工程的具體情況和有關(guān)部門的規(guī)定設(shè)置檢修閥門。

本工程根據(jù)規(guī)范要求，結(jié)合不同地形條件，在管道隆起處設(shè)置排氣井（共 12 座），管道低洼處設(shè)置排泥井（共 11 座），管道過(guò)路、過(guò)河道等位置處設(shè)置閥門井（共 10 座），過(guò)河段管道設(shè)置沖洗閥門井（共 2 座），管道最高點(diǎn)設(shè)置彌合水錘預(yù)防閥。在管道轉(zhuǎn)角≥11.25°時(shí)設(shè)置支墩。

相對(duì)于一般的輸水工程，遠(yuǎn)距離高水頭輸水工程的施工條件復(fù)雜，施工難度相對(duì)較大。因此在輸水線路，輸水方式以及管道的設(shè)計(jì)和管道附屬建筑設(shè)計(jì)方面，必選要結(jié)合工程的具體施工條件和地質(zhì)地形的特點(diǎn)，確保工程建設(shè)的經(jīng)濟(jì)性和安全性。

[1]張宏飛.長(zhǎng)距離高水頭輸水工程設(shè)計(jì)與實(shí)踐[J].甘肅科技，2018，34（22）：109-111.

[2]姜興培.加壓長(zhǎng)距離高揚(yáng)程輸水管道工程設(shè)計(jì)分析[J].工程技術(shù)（全文版），2016（8）：69.

[3]張婷婷，劉思遠(yuǎn).長(zhǎng)距離高水頭引水工程的設(shè)計(jì)與優(yōu)化[J].工程技術(shù)（文摘版）2018（5）：12.

The long-distance high-head water delivery project is an important way to solve the uneven distribution of water resources. In order to ensure the safety and economy of the operation of the water delivery project， the design and construction of the long-distance high-head water delivery project must be combined with the specific local conditions， and the optimal water delivery line， water delivery method， and pipeline design and design must be selected. Construction plan. Based on this， this paper analyzes the design method of long-distance high-head water delivery project for reference.

long-distance high-head water delivery project; water delivery line and method; pipeline design and construction