黃土高原地區(qū)農(nóng)村供水管道中減壓措施探討

李鵬軍

（定西市安定區(qū)水務(wù)局，甘肅 定西 743000）

隨著國家對脫貧攻堅成果和鄉(xiāng)村振興有效銜接的大力支持，農(nóng)業(yè)農(nóng)村工作顯得尤為重要。解決好居民供水問題對于做好“十四五”期間的鄉(xiāng)村振興工作非常重要。在西北黃土高原農(nóng)村供水管網(wǎng)中，其主要突出的問題是三農(nóng)問題，直接關(guān)系到我國社會發(fā)展的穩(wěn)定性，因此，我國高度重視農(nóng)村發(fā)展情況，并且促進了農(nóng)村系統(tǒng)的發(fā)展。但是在農(nóng)村改革階段存在較多的問題，因此需要加強水利工程建設(shè)，保障社會發(fā)展的穩(wěn)定性，從而改善民眾服務(wù)條件，促進美麗鄉(xiāng)村的建設(shè)發(fā)展。輸水管道工程運行主要是利用地形落差，但是在運行過程中如果突然關(guān)閉管道閘閥，將會引發(fā)水錘現(xiàn)象，還會對管道壁厚的磨損較大；如果管道靜水壓壓力超過了管道承受壓力，將會破壞管道正常運行，造成供水的不穩(wěn)定性。因此需提高管道耐壓性，但是也會隨之增加工程造價。因此在農(nóng)村供水管道中利用采取減壓措施，進一步完善農(nóng)村供水系統(tǒng)，有效節(jié)約工程成本。

1 農(nóng)村供水管道布置和壓力特點概述

西北黃土高原地區(qū)農(nóng)村地勢變化相對較大，在山區(qū)或者半丘陵地區(qū)的村落具有陡峭的地勢，水源地和供水區(qū)的高差較大。因此需要利用地形落差供水，結(jié)合樹枝狀布置農(nóng)村供水管道。農(nóng)村供水管道系統(tǒng)主要包括各級壓力管道，同時需要根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況劃分供水管道為配水干管和配水支管以及管網(wǎng)三級供水，在設(shè)計管道供水的過程中，綜合考慮地形落差。在設(shè)計布置配水干管過程中，布置垂直等高線，保障農(nóng)村供水線路順直性，同時需要控制線路距離，在輸水階段要及時獲得壓力水頭。注意沿著等高線布置配水支管和村級管網(wǎng)，在輸水階段需要提高管網(wǎng)水頭壓力的均勻性[1]。

建立科學(xué)的供水方案，有利于提高運行控制的便利性，保障供水過程的靈活性，同時方便控制管道工作壓力，降低管道運行安全事故發(fā)生率，節(jié)省農(nóng)村供水管道成本。例如落差在100 m以內(nèi)，可以利用1.6 MPa管材，無需實施減壓。如果供水區(qū)域高差超過了100 m，需要考慮靜壓差帶來的壓力，如果壓力比較大，可能會引發(fā)漏損和爆管等問題，極大地減少管道壽命，還會影響到供水過程的安全性。因此需要在農(nóng)村供水管道中利用減壓措施，提高供水的合理性[2]。

2 農(nóng)村供水管道供水減壓方法

2.1 減壓閥

減壓閥是當(dāng)前常用的方法，例如某村的供水管道主要是利用可調(diào)式減壓閥和比例式減壓閥。在供水安全工程建設(shè)過程中選用可調(diào)式減壓閥。根據(jù)減壓閥工作需求，有效應(yīng)對管道承載力，嚴(yán)格控制減壓閥后的輸出壓力在0.3 MPa范圍內(nèi)。閥前壓力主要是利用自由靜水壓力，進入到吃水高峰期，將會轉(zhuǎn)變?yōu)閯铀畨毫Αｉy后壓力和閥前壓力之間具有較大的差異性，進口流量不會產(chǎn)生負(fù)面影響，因此需要維持出口壓力。相關(guān)工作人員需要根據(jù)工程要求合理調(diào)節(jié)設(shè)定值，從而實現(xiàn)減壓目標(biāo)。經(jīng)過工作實踐可以發(fā)現(xiàn)，如果管線距離較長，停水之后將會在管道中存在空氣，影響到運行安全性，因此工作人員需要全面排查管網(wǎng)。但是在排查過程中選擇利用手動調(diào)節(jié)方式，將會增加整體工作量，此外修理農(nóng)村地區(qū)管線的過程中，因為山路地勢崎嶇，為了提高工作安全性，可以利用比例式減壓閥。例如安定區(qū)偏遠山區(qū)供水涉及的供水公司向當(dāng)?shù)?3個村莊供水，由于涉及到較多的村莊，因此整體供水線路比較長，落差超過了500 m[2]。利用減壓閥發(fā)揮的較大優(yōu)勢，有利于節(jié)省人力資源和時間等[3]。

2.2 減壓蓄水池減壓

利用蓄水池可以控制靜壓差，在大壓差管道中安裝蓄水池，有利于控制靜壓差。在工作過程中，利用水電消耗水流能量，實現(xiàn)降壓的目的。減壓蓄水池主要是利用圓形或者方形以及長方形等形狀，其中圓形蓄水池應(yīng)用率比較高，主要是建設(shè)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，可以保障整體結(jié)構(gòu)的穩(wěn)固性，同時可以優(yōu)化池底的防滲性。因此在農(nóng)村供水管道中可以推廣利用圓形鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的減壓蓄水池。減壓蓄水池的減壓措施主要包括直接減壓和多級減壓，需要工作人員根據(jù)輸水管總落差和管道承壓能力選擇減壓方式。例如輸水管落差比較大，并且管道的承壓力比較低，因此需要利用多級減壓方式。如果供水管線的落差比較小，工作人員可以安裝減水閥，也可以建設(shè)減壓蓄水池實現(xiàn)減壓的目標(biāo)。

2.3 串聯(lián)減壓

串聯(lián)減壓指的是融合上述兩種方法，如果一種減壓手段失效，可以正常操作另外一種方法，避免發(fā)生大面積爆管問題。串聯(lián)減壓方式適合在農(nóng)村地區(qū)使用，因為相比城市，農(nóng)村地區(qū)的落差較大，地形也更加復(fù)雜，單獨利用一種方法水壓控制效果不明顯，無法有效消除管道壓力。如果農(nóng)村供水管道線路中存在較多的減壓閥故障，提高了線路運行的危險性，因此需要建設(shè)蓄水池，可以有效控制水壓，避免發(fā)生水錘問題[4]。

例如，某工程管網(wǎng)長度超過了8 km，整體地理落差比較大，通過現(xiàn)場勘查之后確定配合利用蓄水池和減壓閥，使用串聯(lián)方式控制農(nóng)村供水管道壓力，串聯(lián)減壓方法對于管材的要求比較低，同時可以節(jié)省工程投入。

3 合理設(shè)計減壓系統(tǒng)

為了提高水利工程項目運行的穩(wěn)定性和合理性，利用串聯(lián)減壓方式具有顯著的作用，在實際操作階段需要綜合考慮各方面因素，尤其需要考慮當(dāng)?shù)芈洳詈途€路距離等。例如安定區(qū)東干管某工程處于山區(qū)，山區(qū)地形條件比較復(fù)雜，因此增加了工程施工難度。管道需要多次穿越隧道高山和溝壑，自然落差超過了200 m，同時需要穿越河流，根據(jù)高差情況，計算局部壓力為1.8 MPa，因此工程投資量比較大，不利于保障管道運行的安全性，因此需要在合適的位置選擇適合的減壓方法。

3.1 合理選擇設(shè)備

本工程的任務(wù)是向農(nóng)村地區(qū)供應(yīng)水資源，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中供應(yīng)足夠的水。在灌溉口部位降低工作壓力，同時會改變管道壓力和灌溉地點用水量。在選擇減壓閥的過程中，工作人員需要綜合上下游壓力和流量的變化[5]。

綜合各方面因素，選用720可調(diào)式減壓閥，其中包含一臺直徑500 mm減壓閥，另一臺直徑200 mm減壓閥，并且還準(zhǔn)備了直徑100 mm的設(shè)備作為備用設(shè)備。

3.2 設(shè)備構(gòu)造和性能

720減壓閥利用流體動力學(xué)原理，主要包括雙室隔膜傳動機，其中包含止水彈性密封盤和可拆卸閥座，在設(shè)備底部沒有設(shè)置導(dǎo)管。在設(shè)備工作中，利用壓差的驅(qū)動作用，設(shè)備可以實現(xiàn)運行，隨后利用小孔連接控制室和下面的壓力，可以對壓力起到緩沖作用，提高運行的穩(wěn)定性。此外可以雙向控制設(shè)備，方便工作人員掌握壓力變化情況。如果下游壓力值超過設(shè)定值，可以自動關(guān)掉導(dǎo)閥，調(diào)整壓力，反之會自動開啟閥門。利用這一設(shè)備可以轉(zhuǎn)化上游壓力為下游壓力，而改變上游流量和上游壓力不會對下游壓力產(chǎn)生干擾[3]。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計減壓系統(tǒng)

農(nóng)村地區(qū)供水管道的壓力和流量比較大，變化幅度比較明顯，針對項目降壓系統(tǒng)的上游壓力，其變化幅度處于0.6～0.92 MPa范圍內(nèi)，而流量變動幅度處于0～1.1 m3·s-1范圍內(nèi)。當(dāng)下游壓力達到最大壓力0.33 MPa，流量將會處于最大化0.66 m3·s-1的工作狀態(tài)，改變灌溉情況之后，也會隨之改變壓力和流量。

綜合所有的因素，需要協(xié)調(diào)減壓系統(tǒng)壓力和最大壓力。在流量范圍內(nèi)利用V型節(jié)流塞，可以有效控制農(nóng)村供水管道的流量變化，隨后設(shè)計減壓閥，在旁邊再配置支路旁通減壓閥，可以有效控制減壓閥的工作狀態(tài)，保障下游工作壓力接近于最大工作壓力[4]。如果流量較小，可以獨立完成相關(guān)工作，提高下游管道運行的安全性。

在減壓系統(tǒng)中，每隔一段距離可以根據(jù)高壓情況設(shè)置一個蓄水池，因此提高整體運行的安全性。如果管網(wǎng)的落差比較大，可以根據(jù)實際情況采取針對性的應(yīng)對方法，有效控制壓力。壓力問題直接關(guān)系到工程壽命和工程投資。為了提高管道運行的安全性，保障水利資源運輸?shù)姆€(wěn)定性。

4 農(nóng)村供水管道常見故障的處理措施及建議

4.1 排除管道堵塞措施

管道堵塞會影響到管道水量，工作人員需要根據(jù)調(diào)查分析結(jié)果切斷堵塞部位，清除堵塞物體，利用管道搶修配件等完成修復(fù)工作。選用接頭的過程中，需要合理分清壓力等級，選用的配件要符合壓力要求。管道淤泥會引發(fā)管道堵塞，在農(nóng)村供水工程中這是常見的故障。管道中淤泥長度比較長，淤泥部位水壓比較小，淤泥物主要是泥沙。在排除過程中，需要利用流水自然沖淤排除方法，可以切斷淤積部位，在管道水流自流狀態(tài)中完成沖淤工作，在實際處理過程中可以結(jié)合實際情況利用人工或者機械震動方法，及時排出淤積物。此外可以利用水泵加壓沖淤方式，如果管道淤積情況比較嚴(yán)重，利用自然沖淤方式很難清理，需要利用水泵加壓方式?jīng)_淤，需要根據(jù)當(dāng)?shù)氐匦胃卟钸x用水泵揚程，同時需要控制水泵出水量，要應(yīng)對沖淤管道過水能力。在實際運行中，沖淤可以從上游向下游沖，在實際操作階段可以利用當(dāng)?shù)厮春碗娫吹?。如果利用上述方法無法排除管道中的淤積，則需要徹底更換管道[5]。

4.2 排除管道滲漏措施

管道滲漏問題形成的原因比較多，需要根據(jù)實際情況選擇排水管道。在實際施工中熱熔對接和柔性接頭發(fā)生滲漏問題，需要在停水狀態(tài)中利用伸縮接頭處理問題，結(jié)束之后需要利用通水試驗，確定沒有滲漏問題之后恢復(fù)正常運行。如果鋼制配件發(fā)生滲漏問題，需要徹底更換配件。如果安裝難度比較大，可以利用塑料配件。針對管道先天性問題，可以利用搶修扣件完成搶修工作，完成搶修工作之后可以恢復(fù)運行。

4.3 建議

農(nóng)村供水管道常見的故障比較多，包括施工質(zhì)量問題或者管材質(zhì)量問題等。針對施工問題，需要根據(jù)規(guī)范要求合理設(shè)計，有效克服故障問題，以下是具體的建議：（1）合理選擇施工單位和設(shè)計單位，及時消除問題。（2）制定科學(xué)的管理制度，明確不同工作人員的責(zé)任，根據(jù)制度操作。（3）加強管控原材料質(zhì)量，同時需要做好安裝和保管工作，保障材料質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)，提高安裝規(guī)范性。（4）加強宣傳工程各個環(huán)節(jié)，落實培訓(xùn)指導(dǎo)工作，因為很多農(nóng)村供水工程是基層群眾自建，因此施工人員和管理人員素質(zhì)較低，同時缺乏管理經(jīng)驗，相關(guān)技術(shù)比較落后，因此需要積極宣傳相應(yīng)的規(guī)范和規(guī)程以及技術(shù)要點等，進一步提高工程建設(shè)和管理水平[6]。

5 結(jié)束語

針對農(nóng)村供水管道，如果重力流供水管網(wǎng)具有較大的落差，需要根據(jù)西北黃土高原農(nóng)村地區(qū)供水管道的地形條件，合理選擇農(nóng)村供水管道的減壓措施，有效降低管材壓力等級。因此延長農(nóng)村供水管道的使用壽命，有效節(jié)省農(nóng)村供水工程的成本，提高農(nóng)村供水管道運行的安全性和高效性。同時需要注重加強排除管道堵塞和滲漏等問題，實現(xiàn)為用水戶可持續(xù)性的輸送水資源。