折發(fā)顯

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅蘭州 730000）

我國水資源分布不均，北方地區(qū)水資源相對匱乏，制約了當地的經濟發(fā)展。長距離調水工程可有效緩解水資源短缺問題。管道輸水的方式相對靈活，可根據地勢進行調整，對地質環(huán)境要求較低，施工方便，成本低，滲漏情況發(fā)生較少且能保證輸水質量，在我國得到廣泛應用。在長距離輸水管道設計中，管道壓力是影響工程安全及工程造價的重要因素之一。當輸水工程主要利用地形落差重力流進行輸水時，管道在輸水過程中若突然關閥，則容易引發(fā)水錘現(xiàn)象，管道承受壓力不能承受水錘壓力時，管道就會損壞，影響輸水工作。管道破壞后必須進行管道修復，提升管道抗壓能力，增加了工程投入。因此，對于長距離輸水管道必須采取相應措施減少管道在輸水工作中的壓力。

長距離輸水工程的主要作用是合理分配水資源，調節(jié)并緩解部分地區(qū)水資源短缺問題，在我國水資源分配工作中得到充分重視和應用。長距離輸水管道主要利用地勢及重力形成高度差完成輸水工作，水壓是工程中的主要問題，管道閥門與管道內壓力息息相關，靜水壓與管道之間的距離存在聯(lián)系，水壓與地勢高度差之間相關，且呈正比關系[1]。管道在受到壓力的影響下會發(fā)生損壞，當關閉閥門出現(xiàn)異常時，管道內壓力升高，管道因承受不住壓力而破裂，導致輸水工作的正常運行。若長距離管道中地勢起伏較大，那么其管道路徑變化較大，容易出現(xiàn)水流不通暢問題，甚至可能出現(xiàn)斷流現(xiàn)象。

2.1 設置減壓池

在長距離輸水管道中可設置減壓池進行減壓，這種方式主要利用輸水工程起點和終點的落差達到減壓的目的，在管道不同高度位置修筑減壓池，方便向下一段管道供水，但在設置減壓池的過程中需要注意每個減壓池可控制一個小區(qū)的供水[2]。減壓池在一定程度上可以有效緩解管道壓力，因此成為長距離管道減壓的常見減壓方式之一。

2.2 減壓閥

減壓閥的工作原理與減壓池的工作原理有所不同，設置減壓閥時要了解并分析供水區(qū)域內對輸水壓力的要求、管道承受力及壓力等，將輸水管道以分段的形式進行埋設，其分段主要依據輸水工程中地形的高度差來區(qū)分。減壓閥需要設置在管道中的不同部位，注意減壓閥應設置在合理的壓力范圍之內，設置的壓力能夠承受管道水壓，避免因管道破裂而影響輸水工作[3]。如某輸水工程的減壓方式就是減壓閥及減壓池兩種方式，按照地勢的總落差與地形的高低設置減壓池及減壓閥，在輸水管道減壓方面十分有效。

2.3 分段減壓消能

長距離輸水管道的特點是地形落差較大，水流量豐富及運輸距離長，長距離管道運輸有必要進行分段管理，在管道材料選擇中應選擇耐用、使用時間長且價格合理的材料作為輸水管道。某長距離輸水管道在建設過程中，由于多種因素的影響，使工程難以實施，為克服這一困難，必須使用分段減壓消能，通過這種方式達到管道減壓的目的。分段減壓效能使將長距離的管道分成不連續(xù)且距離較短的管道，在這些短距離管道中，每個管道的管尾設置效能設施及閘閥，以達到分壓效果，減少水錘壓力，解決管道壓力問題。

分段減壓設置不僅能夠解決管道壓力問題，還可解決工程實施過程中材料方面的困難，同時在一定程度上能夠避免浪費，降低工程造價的預算。分段減壓設施可分為3 種類型，即消能設施、閘閥控制流量的大小和穩(wěn)壓池，其設計應根據具體工程規(guī)模，一般采用消力池。閘閥布置方便，但閘閥出口過大，穩(wěn)壓池的主要作用是穩(wěn)定下一層管路入口流態(tài)，一般布置在消力池下游，同時要求管道出口必須淹沒在水里來達到減壓目的。能量消減裝置和閘閥也可采用調速裝置安裝。對管段的劃分應根據實際管段布置情況、管道承壓能力、地形地質特征、消能設施投資及操作管理方便可靠等因素確定，要綜合考慮各方面的因素確定最佳方案[4]。

2.4 減少水錘影響

某農田水利構成中水流量變化是造成水錘擊的主要原因，當管路內流速改變時，管路內壓力也隨之改變。在管道系統(tǒng)中，水錘波起著非常重要的作用。水錘的尺寸與水錘波的波速成比例，也就是說，水錘的波速越大，水錘越大。經計算分析，本管道工程屬于長距離低流速管道，理論計算結果是正常閉合檢修，水錘升壓不高，但若因意外積氣、錯誤操作等原因也可產生較大的水錘升壓，應采取必要的措施，防止意外的水擊升壓對管道的破壞。通過減慢管道系統(tǒng)內水的流速，減小機械波的傳遞速度，從而控制水的沖擊效應。重力波水錘主要體現(xiàn)在關閉管路時的水錘，即由于管路閥門關閉速度快，導致閥門前產生涌壓。為防止本工程在輸水管道中因事故關閉、錯誤操作而造成水錘損壞，應合理控制調節(jié)閥的開關時間，以減少因流量變化而造成的水錘影響。

3.1 長距離輸水管道減壓注意事項

3.1.1 控制閘閥關閉時間 突然關閉閘閥會使管道內水流量迅速變化，造成壓力突然上升或下降，并周期性地來回作用于管路，最終產生水錘壓力，水錘壓力極容易導致管道破裂。水錘測量儀是管路設計中不可缺少的一部分，長距離的離管水錘計算，可以用特征線法通過計算機的方式計算。水錘現(xiàn)象主要是由水流量變化引發(fā)，在規(guī)定時間內管道內部動量的變化越明顯，水流產生的沖擊力越強，增加管端閘閥關閉時間可有效降低管路壓力，防止管道破裂。

3.1.2 注重設計輸水管道 長距離輸水管道供水量隨季節(jié)水流量而發(fā)生變化。由于管道長度長、地勢落差大、地形起伏較大、運行條件復雜等原因，給管道的安全運行造成了一定困難。考慮到經濟性和技術性，在長距離輸水管道設計中采用分段輸水方法，可最大限度地減少管道的工作壓力，保證輸水線路能夠穩(wěn)定輸水。將管道分成若干段，每段地面落差依據實際情況和地形特點，選擇合適的輸水方式。這里供選的輸水方式主要包含2 種，一種是全段有壓式，另一種是無壓重力與有壓重力相結合的輸水方式[5]。

全段有壓力輸水屬于一種利用有壓重力的輸水方法，管道沿地形起伏合理布置，在鋪設管道時應考慮地形起伏點的正常運行水頭。此外，還應考慮作業(yè)期間的管理和施工要求，管道盡量采用標準化管件，保證工程質量，選擇性價比及質量較高的材料作為管道運輸水資源的材料。

采用無壓重力輸水配合部分有壓重力輸水的管道設計方法，主要利用落差設計管道，要求可以最大程度地滿足累積水頭。以上2 種方案經過分析研究可知，全段有壓輸水方案工程造價較高，管路壓力較大，可使用減壓閥降低管路壓力，但管道內部壓力問題仍無明顯改善，供水安全需要得到重視；無壓重力輸水配合部分有壓重力輸水方案投資成本低，技術成熟，管理方便，維護方便，供水安全性較高。

3.2 農田水利長距離輸水管道減壓時的注意事項

3.2.1 跨越溝渠 根據一項農田水利工程的實例，該工程共需跨越河溝172 條，其中5 條河溝、大溝（20 m 寬）和167 條中溝和小溝。其余為排灌渠道，需要注意的是當地農田水利設施由農田水網和小排灌溝組成。依據其大小，采用不同的穿越方法，以減小對溝渠的影響。根據《室外給水設計規(guī)范》及《村鎮(zhèn)供水工程》的要求，在泄水閥的上部斜管兩端設置倒虹吸泄水閥。為維護方便，維修閥設在倒虹吸管的前后端，閥門井口的標高應高于防洪或排水水位0.5m，閥門井口無防洪要求時，也應高于附近地面0.5 m。倒虹吸管上部和下部設有10 m 長的擋墻。

彎管與水平管連接采用22.5°角的倒虹管，上下各設一個接頭處，依據管路布置的需要，應盡可能利用地形避免穿越，減少反虹吸次數，對不能避免的深、寬溝底段應采用反虹吸方式穿越。對底深淺、寬度窄的中小型溝槽，由于數量較多，若采用倒虹吸管穿越，則管道波動較大，水力狀況較差。所以，采用了反虹吸的方法，在這種情況下，管道對溝渠和農田的影響最小。在跨溝施工時，關鍵是結合本地灌渠長期規(guī)劃，使之更加科學化，對現(xiàn)有供水系統(tǒng)影響最小化。

3.2.2 基坑排水 該農田水利工程項目區(qū)域內淮源段河網密度大，綏西段塌陷區(qū)水溝池塘眾多。綏西段地下水一般為淺層地下水，施工過程中，根據具體情況，分別采取輕井點及管井等排水措施，造成大量溝渠基坑排水，影響地下水環(huán)境。通過對地下水位的科學合理控制，可以保證管道的施工，而且可以避免對農田和排灌系統(tǒng)的影響。前期，根據水位深度減少、影響半徑、滲透系數等因素，結合工程地質和各部位地形，估算各部位出水量，并結合各部位工程地質和地形，確定各部位的水位控制高度。附近的主排水溝（河）對當地的灌溉渠道影響較小，如果排水管道距離現(xiàn)有水網較遠，則需要根據現(xiàn)場情況挖一條排水溝或連接排水管道到現(xiàn)有的排水系統(tǒng)。此外，為避免對當地農田造成較大影響，施工期應選擇旱季和非灌水期。

遠距離輸水管道壓力問題是關系工程能否安全順利完成輸水工作的關鍵，通過相關研究發(fā)現(xiàn)，合理地將長管道進行分段，將管道最后部位的閘閥關閉時間適當延長，選擇最佳的輸水方式可有效減少管道壓力，還可以降低工程造價成本，確保輸水工程的安全運行。