北方地區(qū)低壓輸水管道淤積的原因及防范措施

楊文君

（石羊河流域綜合治理涼州區(qū)工程建設(shè)管理局，甘肅 武威 733000）

低壓管道輸水灌溉是目前我國應(yīng)用比較廣泛的一種節(jié)水灌溉工程技術(shù)，利用機泵加壓或地面落差形成的自然壓力將灌溉水通過低壓管網(wǎng)輸配到農(nóng)田進行灌溉，具有節(jié)水、省地、省工和田間灌水速度快、灌水周期短、按需供水的優(yōu)勢，對促進作物高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和發(fā)展高效節(jié)水灌溉農(nóng)業(yè)具有重要意義[1]。此外，低壓輸水管道具有適應(yīng)性廣泛、維修養(yǎng)護便捷、管理費用和灌水成本低的優(yōu)勢，能提高水資源利用率、減少水資源輸送過程中的損耗，是適宜北方地區(qū)灌區(qū)推廣的節(jié)水灌溉工程之一。但受北方地區(qū)井水灌區(qū)水中含沙量高和山水灌區(qū)水中泥沙含量高等因素的影響，低壓輸水管道在使用過程中泥沙等異物淤積的現(xiàn)象時有發(fā)生，在造成建設(shè)資源大量浪費的同時，嚴(yán)重影響設(shè)施設(shè)備的使用效率和便捷化程度。

1 北方地區(qū)低壓輸水管道淤積的原因

低壓輸水管道屬于農(nóng)田灌溉渠系建設(shè)中的地下隱蔽工程，工作承壓要求高、連續(xù)使用時間長、故障發(fā)現(xiàn)難度大、維修維護不便。日常管護不當(dāng)易發(fā)生泥沙淤積，輕則造成水源壓力泵阻力增大、動力消耗增加、運行成本增高，重則導(dǎo)致潛水泵燒毀、管道爆破，進而使低壓輸水管道全部報廢[2]。導(dǎo)致管道淤積的原因如下。

1.1 規(guī)劃設(shè)計不當(dāng)

規(guī)劃設(shè)計是保證低壓輸水管道順利投入運行的前提，項目設(shè)計過程中對地形掌握不夠及流速、坡度控制不當(dāng)，致使在水流泥沙含量大的情況下，管道低洼區(qū)出現(xiàn)積沙，隨著運行時間的增加造成管道淤積。項目實施區(qū)水源潔凈程度分析評估缺失，在含沙量或泥沙混入較多的供水區(qū)域未設(shè)置積沙清流裝置，導(dǎo)致水流夾雜大量泥沙進入低壓管道造成淤積。

1.2 管道材質(zhì)不達標(biāo)

項目建設(shè)單位對管道質(zhì)量把控不嚴(yán)，購進的管道存在管徑不一致、內(nèi)壁光滑度不夠、管道材質(zhì)強度不夠等問題。管道驗收時驗收人員僅對管道兩頭進行管徑測量，忽視了中間部分管徑的變化。安裝使用后，水流通過管徑小的部分時阻力增大，夾雜的泥沙在管徑大的部分沉積，引起管道淤積。管道承壓強度不夠，投入使用后受水壓變化的影響出現(xiàn)變形，水流中夾雜的泥沙在通過變形區(qū)域時淤積。

1.3 彎道布局過多

在管道布局上對地勢和水流流向的分析研判不夠，設(shè)計彎道過多、管道平直度維持不夠，運行過程中水流通過彎道部分時阻力增加，導(dǎo)致泥沙在彎道部分淤積，引起管道堵塞。管道安裝過程中未避開周邊的高大樹木或未對影響施工的樹木進行移栽，使用后期樹木的根系纏繞擠壓輸水管道，使得管道變形，導(dǎo)致水流受阻，泥沙量大時易引起管道阻塞。尤其是在管道出現(xiàn)開裂，滲漏未被及時發(fā)現(xiàn)處理時，周邊樹木的毛根、氣根等不定根沿水流滲跡侵入管道內(nèi)部，在管道內(nèi)生長造成管道淤積阻塞[3]。

1.4 出水口設(shè)置較低

管道出水口離地面過低，下游開啟管道閥門灌溉時，上游管道出水口的壓力驟降，耕地中的積水混合著泥沙倒灌入管道內(nèi)部，造成管道內(nèi)積沙，在灌水量大、夾雜泥沙多的情況下造成管道阻塞。后期使用過程中水流壓力較低時，不能將管道內(nèi)的積沙通過出水口沖出。加之出水口橡膠墊圈移位、雜物進入出水口或人為破壞出水口等導(dǎo)致出水口閥門啟閉不嚴(yán)，運行過程中夾雜有泥沙等雜物的灌溉積水通過較低的出水口向主管道內(nèi)倒灌，殘留泥沙進入管道，造成管道淤積。

1.5 施工不細(xì)致

施工方對低壓管道施工的重視程度不夠，管道對插式施工過程中管道連接不緊密，安裝后管道兩側(cè)受力導(dǎo)致連接處產(chǎn)生縫隙，泥沙在縫隙處淤積引起堵塞。熱熔式管道安裝過程中，熱熔時間掌握不當(dāng)，熔斷段在管道內(nèi)部淤積形成熔結(jié)，管道運行過程中水流中夾雜的泥沙在管道縫隙和熔結(jié)處淤積，引起管道阻塞。管道安裝完成試水試壓過程中，未對出水口進行保護或預(yù)安裝堵頭，導(dǎo)致管道上方開挖的土方進入管道，若不及時清理，投入運行后易造成管道淤積。

1.6 管理管護粗放

低壓輸水管道運行過程中管理管護不到位，主要表現(xiàn)為灌期結(jié)束后未及時將管道內(nèi)的積水排出，致使管道中滯留的泥沙淤積阻塞。冬灌結(jié)束后未及時排出管道內(nèi)存留的積水，造成凍土層以上部分的管道凍裂，后期使用過程中周邊泥沙進入管道引起淤積。使用過程中在未關(guān)閉上游閥門的情況下，突然開啟下游閥門，造成上游出水口突然泄壓，如遇出水口過低或周邊土壤在出水口淤積，泥沙易進入管道造成淤積。

1.7 淤積物種類多樣

低壓輸水管道內(nèi)的淤積物是造成管道淤積的主要因素，在淤積物影響的前提下，輸水泵動力下降、水流變緩等致使以泥沙為主的淤積物在低壓輸水管道內(nèi)大量淤積，造成管道阻塞。淤積物的主要成分為泥土、沙粒、草屑、樹木毛根等形成的混合物，同時伴有管道內(nèi)滋生的苔蘚、水藻和管壁沉積的污垢。各種沉積物相互影響、黏合蓄積成具有一定阻力的復(fù)合物，同時管道內(nèi)含水量豐富的環(huán)境促使管道淤積物大量生長繁殖，破壞了管道接口處的膠體、法蘭圈、阻水圈等設(shè)施，引起管道滲漏。

2 防范北方地區(qū)低壓輸水管道淤積的措施

低壓管道使用過程中對管道淤積的防范不到位，輕則引起水流速度下降、動力能耗增加、使用成本上升，重則造成水泵燒毀、管道報廢。為此，要科學(xué)采取防范措施，從根本上提高設(shè)備使用效率，最大限度地發(fā)揮低壓管道在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的作用。

2.1 突出項目設(shè)計

低壓管道項目設(shè)計過程中要綜合考慮管道布局、出水口設(shè)計、動力配套等，強化項目設(shè)計環(huán)節(jié)泥沙淤積影響因素的分析評價。管道布局要在遵循項目區(qū)優(yōu)勢特點的基礎(chǔ)上減少彎道設(shè)計，最大限度地保證輸水管道的平直性。含沙量較低的項目區(qū)，在出水口設(shè)置積沙池，將水中夾雜的泥沙沉積后再進入輸水管道；水質(zhì)渾濁、泥沙含量較高的項目區(qū)，在水源出水口安裝兩道螺旋式波紋管，波紋管底部設(shè)置積沙池，通過水泵將水流中的泥沙等較大顆粒物回旋沉積在波紋管底部的積沙池，水流從第二道波紋管上端流出后接水泵輸送到低壓管道，可防止泥沙隨水進入輸水管道造成淤積。同時，要定期清理波紋管沉積池內(nèi)沉積的泥沙。嚴(yán)格出水口設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，防止出水口過低造成管道淤積[4]。

2.2 嚴(yán)控管材材質(zhì)

在確保輸水管道管徑均一性、管壁厚度一致性、內(nèi)部光滑的基礎(chǔ)上，重點考慮管道的抗壓力，防止管道兩頭一致、中間不一致影響承壓能力。優(yōu)先選用國內(nèi)知名品牌廠家的產(chǎn)品，并增選施工安裝服務(wù)，防止管道材質(zhì)差異、制作工藝特殊、施工要求不一致等造成施工安裝不當(dāng)，影響后期使用、維護。要求廠家配套延長質(zhì)保期限、嚴(yán)格施工操作流程，完善因材質(zhì)、安裝、運輸?shù)葐栴}造成后期返工的追責(zé)條款，在工程材料款結(jié)算時扣除工程質(zhì)量保證金，防止發(fā)生質(zhì)量問題時出現(xiàn)逃避責(zé)任、無人維護的現(xiàn)象[5]。

2.3 強化施工操作

施工操作是保證低壓管道工程質(zhì)量的重要支撐，管道施工過程中要墊平底層、清理周邊硬物、移栽影響施工的樹木，防止相互擠壓造成管道損傷。管道開挖過程中要避開較大的樹木，防止樹根擠壓造成管道變形或管道運行后期樹木毛根、氣根進入管道。嚴(yán)格管道安裝操作，對插式管道連接時將兩端平直墊起，防止兩端翹起、留下縫隙；熱熔式對接操作過程中要掌握好熱熔時間，防止熱熔過度造成管道內(nèi)部出現(xiàn)熱熔結(jié)。管道開挖完成后進行施工操作的過程中，要加強對已開挖管道的保護，強化回填過程中的監(jiān)督監(jiān)管，及時清理回填土中夾雜的石塊等堅硬異物，防止其進入回填溝，為管道淤積埋下隱患。管道回填過程中采取自然沉降的方式，防止機械碾壓造成管道損壞。

2.4 增設(shè)排沙設(shè)施

強化出水末端設(shè)計管理，在低壓輸水管道的出水末端設(shè)計排沙口和排沙井，及時排出管道內(nèi)沉積的泥沙等異物。排沙口和排沙井設(shè)計要嚴(yán)格按照管道走向、水流流速和最低端的設(shè)計布置，設(shè)置排沙口、排沙井、排水閥。排沙井建設(shè)完成后進行砂漿抹面，防止?jié)B漏。每一個灌水輪次結(jié)束后，打開排水閥將管道內(nèi)淤積的泥沙等異物排到排沙井的積沙池中，防止泥沙沉積引起管道堵塞。高度重視排沙井中積沙池的管理管護，在積沙池的水淤積到一定容量后用水泵將積沙池中的水抽出，池內(nèi)的泥沙用鐵鍬清理，杜絕泥沙和水積累過多。強化排沙井越冬管護，在最后一輪灌水結(jié)束后清空積沙池中的積水和泥沙，覆蓋保溫草簾等，防止低溫條件下積沙池和出水末端口凍裂。

2.5 完善機井配置

傳統(tǒng)的輸水泵站配置動力不足、揚程不夠，輸水過程中水流沖擊力降低，水中殘留的泥沙、雜質(zhì)等異物不能隨水流沖擊排出管道外。在長期欠壓輸水的情況下，管道內(nèi)的泥沙等異物在彎道、低洼等處淤積，造成管道淤積。因此，要完善低壓輸水管道的水泵配置，在滿足管道承壓能力的前提下，突出輸水泵站的動力配置，在提高輸水效率的同時，降低因水壓偏低造成的管道泥沙淤積。結(jié)合水質(zhì)檢測，掌握水源中的泥沙含量，對于含沙量較大的水源區(qū)域，加大水泵的檢查維修頻次，及時發(fā)現(xiàn)更換因泥沙沖刷損壞的葉輪、軸套等零部件，保證充足的輸水動力需求。

2.6 加強管護

實際使用過程中要著重從管道淤積物排出、防止泥沙進入管道2個方面強化管理管護。灌水過程中下游出水閥開啟一半后，上游出水閥隨之關(guān)閉，防止下游閥門開啟過大、管道泄壓過急造成灌水過程中沖起的泥沙進入管道。每一個灌水輪次結(jié)束后，及時開啟排沙井排出管道中的泥沙，防止積存泥沙過多造成管道阻塞。管道運行一段時間后，關(guān)閉所有出水口，開啟管道末端排沙口，利用水流的沖擊力將管道中的泥沙清理干凈[6]。