藺勝江

（新疆兵團(tuán)勘測設(shè)計(jì)院（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

我國國土分布面積廣闊，各地地理環(huán)境和氣候條件存在著很大差異，導(dǎo)致水資源分布嚴(yán)重不均，多數(shù)情況下需要建設(shè)長距離的輸水工程來解決不同地區(qū)水資源差異的問題[1]。在長距離輸水工程中，多采用管道輸水的形式，這種輸水形式具有對(duì)環(huán)境的要求較低、施工成本低，施工作業(yè)快捷方便等多方面優(yōu)點(diǎn)。在輸水工程設(shè)計(jì)中，管內(nèi)壓力的控制是常見且較復(fù)雜的問題。分析長距離輸水工程沿程壓力控制將有效提高輸水工程的建設(shè)質(zhì)量與效益。

1 新疆喀什一市四縣城鄉(xiāng)飲水工程概述

1.1 城鄉(xiāng)飲水工程

新疆維吾爾自治區(qū)喀什一市四縣城鄉(xiāng)飲水安全工程修建的目的是為了解決該工程項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有的供水不足、水質(zhì)超標(biāo)等問題，提高當(dāng)?shù)鼐用竦纳钏郊百|(zhì)量，進(jìn)一步改善工程項(xiàng)目內(nèi)的飲水條件，以此促進(jìn)喀什地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展進(jìn)步。為建設(shè)一個(gè)可靠性與安全性具備的水源工程，在項(xiàng)目施工之前選擇相應(yīng)的配套供水管網(wǎng)以及經(jīng)濟(jì)合理的供水方案，來滿足該項(xiàng)工程項(xiàng)目內(nèi)城鄉(xiāng)居民的用水需求。

飲水工程規(guī)劃供水人口為138.48萬人，預(yù)計(jì)到2020年時(shí)供水人口總數(shù)將到達(dá)180.58萬人到2020年日最高供水量為34.43 萬 m3/d（3.98 m3/s），日最高取水量為 38.42萬m3/d，規(guī)劃內(nèi)的取水流量定為4.45 m3/s，預(yù)計(jì)年總?cè)∷繛?0460.71萬m3，滿足了在伽師縣內(nèi)供水到戶，其他一市三縣則供水到所屬市（縣）的水廠，通過鋪設(shè)輸水管網(wǎng)來為沿線的農(nóng)村人口預(yù)留出供水分水口。城鄉(xiāng)飲水項(xiàng)目分為近期與遠(yuǎn)期兩期工程，近期工程施工鋪設(shè)輸水干支管共計(jì)504.82 km，具體為總干管25.65 km、干管202.03 km、干管至農(nóng)村水廠的管道工程為27713 km，其輸水管管徑為DN1600-160；遠(yuǎn)期工程待日后在總水廠與縣城水廠之間的管道旁邊再添加一條新的管道，與近期管道互為備用、伴行設(shè)置，遠(yuǎn)期工程預(yù)計(jì)鋪設(shè)輸水干管的總長度為227.69 km，其中有總干管25.65 km、有干管202.03 k，輸水管管徑為DN1600-600。

1.2 輸水工程沿程壓力問題

在長距離輸水過程中，存在用水地地勢高于水源地的情況。對(duì)于這種情況應(yīng)該依據(jù)管線的長度、地形的高度差、設(shè)備的動(dòng)力以及管材的承壓能力等具體條件，沿管線設(shè)置相應(yīng)數(shù)量的中途加壓泵站，依靠壓力將水輸送到用水地。目前，加壓泵站之間的內(nèi)部系統(tǒng)采取的形式多為在戲水池中斷壓力，然后依靠水泵提升的方式。部分長距離輸水沿程設(shè)計(jì)中，不設(shè)置加壓泵站的吸水池，用管道將相鄰的兩級(jí)泵站的進(jìn)出水管直接連接，通過對(duì)各級(jí)泵站之間啟動(dòng)時(shí)間的控制來實(shí)現(xiàn)輸水工程的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。需要注意的是，在一些礦區(qū)、山區(qū)以及一些新建的城市等，由于生活用品的供應(yīng)不充分、交通不便利、供電供暖跟不上，給加壓泵站的運(yùn)行以及后期管理維護(hù)造成困難，故長距離輸水工程沿程應(yīng)當(dāng)少設(shè)置甚至不設(shè)置加壓泵站[2]。

2 供水方案的選擇及確定

經(jīng)過對(duì)工程的系統(tǒng)安全、工程總投資、后期運(yùn)行管理維護(hù)以及對(duì)現(xiàn)有設(shè)施的利用程度等多方面進(jìn)行綜合考量后，城鄉(xiāng)飲水工程的供水方案采用：在綜合業(yè)主意見的基礎(chǔ)上，基于目前當(dāng)?shù)匾延械陌俗ㄆ渲幸蛔鶖M建中）城市供水廠早已形成的加壓供水格局，由于本次輸水工程施工計(jì)劃中不包括對(duì)于內(nèi)部管網(wǎng)的改造，因此不宜改變目前的供水方式，對(duì)疏勒縣、疏附縣以及喀什市等的一市兩縣依舊按照重力輸水到加壓站清水池，此后再二次加壓進(jìn)入到用戶管網(wǎng)的供水方式。工程?hào)|部的兩個(gè)縣主要是以詳見圖1。

圖1 伽師縣和岳普湖縣供水區(qū)高程示意圖

結(jié)合伽師縣與岳普湖縣兩地供水高程最終采取的方案為取消岳普湖縣以及伽師縣的11座加壓站，采取重力配水的方式至今進(jìn)入用戶管網(wǎng)，同時(shí)保留6座偏遠(yuǎn)地區(qū)的加壓站，通過重力輸水方式進(jìn)入加壓站，經(jīng)過二次加壓供水最終進(jìn)入用戶管網(wǎng)，具體供水方式方案見圖2。該方案減壓調(diào)節(jié)池位置位于伽師岳普湖干管23+437，與下游供水區(qū)的高差最小為53 m，最大為142 m。選定此位置作為減壓調(diào)節(jié)池的出發(fā)點(diǎn)主要在于下游片區(qū)的安全運(yùn)行，剛好可以滿足下游供水區(qū)的水頭，又將下游供水區(qū)的運(yùn)行壓力控制到最低，運(yùn)行合理。

3 輸水工程沿程壓力控制設(shè)計(jì)

通過對(duì)城鄉(xiāng)輸水項(xiàng)目的分析，對(duì)沿程壓力控制設(shè)計(jì)提出建議。

（1）分段設(shè)計(jì)，減壓消能

在長距離輸水工程中，由于是長距離的供水輸送，所以鋪設(shè)的管道相應(yīng)的會(huì)很長，且增加管道長度將影響管內(nèi)壓力故需要通過分段減壓的方式消除每一段管道內(nèi)的壓力隱患[3]。依據(jù)工程施工所需要鋪設(shè)的管道總長度，將其分為若干個(gè)不連續(xù)的部分，在每一部分的末端都安裝消能設(shè)備以及閘閥，依靠減壓設(shè)施的調(diào)節(jié)來確保每一段管道內(nèi)承受的壓力差減小，借助這種方式減輕管道內(nèi)壓力差過大給管道帶來的破壞[4]。

（2）縱向沿線管道的水錘防護(hù)

通過加壓輸水的方式，在輸水管道內(nèi)形成水錘，尤其是在長距離的輸水工程中，由于管道內(nèi)水體的流速時(shí)常會(huì)發(fā)生變化，管道內(nèi)產(chǎn)生的壓力也會(huì)隨著水流速的改變而發(fā)生變化，這也決定了水錘是不可能完全消除的，只能減輕水錘對(duì)于輸水管道的破壞[5]。與輸水管道的鋪設(shè)情況相結(jié)合，在每一個(gè)縱向比較緩的駝峰處設(shè)置好排氣閥，理想狀態(tài)下是在水利工程施工設(shè)計(jì)的初期階段就對(duì)不同工況的水流狀態(tài)進(jìn)行計(jì)算，以便在后期安裝好排氣閥門。特別是在布置輸水管道的時(shí)候需要關(guān)注水平方向上的排氣問題，據(jù)多年的研究結(jié)果，在水平方向上應(yīng)當(dāng)每隔600 m～1000 m就設(shè)置一個(gè)排氣閥[6]。選擇合適的排氣閥、排氣閥的性能以及恰當(dāng)?shù)陌惭b方式至關(guān)重要，排氣閥的安裝結(jié)果將對(duì)水管內(nèi)的排氣情況產(chǎn)生直接的影響。

（3）全面做好停泵水錘防護(hù)

停泵水錘防護(hù)措施包括：①設(shè)置恒壓閥以及減壓閥的措施。恒壓閥始終保持水管內(nèi)水流是滿管的狀態(tài)，待需要運(yùn)行的時(shí)打開閥門即可，操作方便，為了避免產(chǎn)生水錘常采用在下游關(guān)閉出水閥的形式；減壓閥能夠有效地消除水錘的破壞，其缺點(diǎn)就是停泵時(shí)輸水管道是空管狀態(tài)，再次啟動(dòng)困難，而且用時(shí)過長，且具有一定的危險(xiǎn)性。②采取延緩閥門的關(guān)閉時(shí)間的方式。這是最簡單卻有效的方式，通過延長閥門的關(guān)閉時(shí)間，減緩輸水管內(nèi)水流速度的突然性轉(zhuǎn)變，便于保持管道內(nèi)壓力平穩(wěn)。延緩閥門關(guān)閉時(shí)間的具體措施可以采用在閥門處設(shè)置旁通管、雙速閥門以及對(duì)閥門的末尾的15%～20%提供緩沖保護(hù)，特殊情況可以考慮安裝液壓氣室以及進(jìn)氣閥的方式?？傮w來說，這種方式簡單易行，具有很強(qiáng)的實(shí)踐性。

圖2 供水方式方案流程示意圖

4 結(jié)語

隨著我國總?cè)丝诘脑黾雍凸まr(nóng)業(yè)生產(chǎn)的迅速發(fā)展，水資源短缺現(xiàn)象日益明顯，許多城市和地區(qū)都采取長距離跨流域調(diào)水的措施來滿足對(duì)水資源的需求。在長距離輸水工程中沿程壓力的控制與設(shè)計(jì)將會(huì)直接影響到工程的工期、投資以及運(yùn)行。在新疆維吾爾自治區(qū)城鄉(xiāng)飲水安全工程中，長距離輸水工程主要是通過分段設(shè)計(jì)，減壓消能、縱向沿線管道的水錘防護(hù)和全面做好停泵水錘防護(hù)等措施控制設(shè)計(jì)，有效地保障工期的合理進(jìn)行，減少工程投資。結(jié)合新疆喀什一市四縣長距離輸水工程沿程壓力控制設(shè)計(jì)實(shí)例，為我國飲水工程中長距離輸水工程的建設(shè)提供借鑒。