饒明明

廣州市自來(lái)水有限公司 廣東 廣州 510600

我國(guó)地大物博，自然資源豐富，但由于疆域遼闊，南北跨度大，地形復(fù)雜多樣，存在自然資源分布不均的情況。水是人類生產(chǎn)、生活活動(dòng)中不可缺少的重要資源，但水資源在我國(guó)的分布明顯存在南多北少的問(wèn)題，即使在雨量充沛的珠三角，東江流域水資源開(kāi)發(fā)利用率已達(dá)極限，而西江流域水資源是東江的15倍，水資源相對(duì)豐富，水資源利用較低。水資源不足不足會(huì)影響當(dāng)?shù)毓I(yè)發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和居民生活。為了改善這一問(wèn)題，除了自身節(jié)約用水、合理開(kāi)發(fā)水資源之外，通常還要建立遠(yuǎn)距離調(diào)水工程，利用長(zhǎng)距離管道將其他流域的豐富水資源運(yùn)輸?shù)饺彼畢^(qū)域，從而實(shí)現(xiàn)水資源的充分利用、合理分配和科學(xué)調(diào)度，改善水資源分布不均的問(wèn)題[1]。長(zhǎng)距離輸水管道工程最為顯著的特征是“長(zhǎng)”，跨越的區(qū)域范圍廣，管線經(jīng)過(guò)的地形環(huán)境復(fù)雜，加上氣候變化、運(yùn)行管理等各種方面的原因，容易出現(xiàn)故障和損壞，增加了長(zhǎng)距離輸水的難度。為了保障水資源安全輸送，應(yīng)加強(qiáng)管道的管理維護(hù)，明確長(zhǎng)距離輸水風(fēng)險(xiǎn)，并做好防范措施。

1 長(zhǎng)距離管道輸水的常見(jiàn)風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題

1.1 管道材質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

輸水管道的材質(zhì)種類較多，目前我國(guó)長(zhǎng)距離輸水工程中常用的管道材質(zhì)主要有：鋼管、球墨鑄鐵管、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管、預(yù)應(yīng)力混凝土管等[2]。不同的管道材質(zhì)的性質(zhì)、特征不同，通常各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如，鋼管具有安裝維護(hù)方便、一定的抗御不均勻沉降能力等優(yōu)點(diǎn)，也有施工速度慢、耐酸堿腐蝕差、造價(jià)高等不足；球墨鑄鐵管具有施工方便、承壓力強(qiáng)、抗震性好、密封性好、重量輕等優(yōu)勢(shì)，也有抗沉降性能差、耐酸堿腐蝕一般等不足。在實(shí)際工程中需要依據(jù)管材特點(diǎn)、地形環(huán)境特點(diǎn)以及工程需求進(jìn)行合理選擇。若管道材質(zhì)選擇不當(dāng)，后續(xù)使用過(guò)程中更容易出現(xiàn)管道腐蝕、漏水、移位、下沉等問(wèn)題，需要頻繁進(jìn)行維修更換，增加了管理維護(hù)的難度和成本，影響管道使用壽命。在實(shí)際設(shè)計(jì)建設(shè)過(guò)程中，不僅需要考慮工程質(zhì)量，還要綜合考慮工程造價(jià)、經(jīng)濟(jì)效益等問(wèn)題，部分單位為了節(jié)約成本，盲目降低了對(duì)管道材質(zhì)的要求，導(dǎo)致故障風(fēng)險(xiǎn)增加，影響長(zhǎng)距離輸水工程的穩(wěn)定運(yùn)行。

1.2 水錘風(fēng)險(xiǎn)

水錘是指管道內(nèi)水流的流速突然發(fā)生變化，導(dǎo)致管道內(nèi)水壓強(qiáng)出現(xiàn)大幅度波動(dòng)，壓力交替變化，在長(zhǎng)距離管道中不斷疊加，產(chǎn)生的強(qiáng)大作用力如同錘子一樣擊打在管壁上，給管壁帶來(lái)?yè)p傷。這種現(xiàn)象的產(chǎn)生通常是由于管道閥門突然開(kāi)閉、水泵突然打開(kāi)或突然停止所致，常見(jiàn)于停電、設(shè)備故障等事故中，可導(dǎo)致壓力管道內(nèi)壓強(qiáng)驟然變化，引起爆管、管道起皺、閥門損壞、水泵破裂等事故，導(dǎo)致輸水中斷，對(duì)整個(gè)輸水系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的影響，造成經(jīng)濟(jì)損失[3]。

1.3 氣候與地形風(fēng)險(xiǎn)

氣候也是影響長(zhǎng)距離管道工程建設(shè)和運(yùn)行的重要因素。長(zhǎng)距離管道跨越的區(qū)域范圍廣，施工線拉得很長(zhǎng)，通常情況下需要較長(zhǎng)的施工周期，甚至需要經(jīng)過(guò)數(shù)年的時(shí)間才能完成，期間季節(jié)、氣候的變化都可能對(duì)施工造成影響。例如，高溫、冰凍等極端天氣可影響施工材料的性質(zhì)和質(zhì)量，影響水泥混凝土的凝結(jié)，導(dǎo)致工程質(zhì)量達(dá)不到預(yù)期效果；春季潮濕、夏季暴雨以及洪水、滑坡等災(zāi)害也會(huì)對(duì)長(zhǎng)距離管道施工帶來(lái)影響和阻礙。若不采取有效的防范措施，將嚴(yán)重阻礙施工進(jìn)度，甚至影響工程質(zhì)量，增加后期使用時(shí)的各種故障風(fēng)險(xiǎn)。除了復(fù)雜的天氣變化之外，管道經(jīng)過(guò)的地形和環(huán)境復(fù)雜也可能帶來(lái)一定風(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)距離管道跨度長(zhǎng)，經(jīng)常需要穿越山區(qū)、農(nóng)田、公路、河流、橋梁等區(qū)域，對(duì)建設(shè)施工過(guò)程有著更高的要求，若設(shè)計(jì)不合理或施工管理不當(dāng)，將影響施工質(zhì)量和后續(xù)運(yùn)行穩(wěn)定性。而管道埋設(shè)區(qū)域的土壤成分與性質(zhì)也會(huì)對(duì)管道造成影響。例如管道埋設(shè)的區(qū)域土壤酸堿度較高或含水量大，則可能增加管道腐蝕漏水的風(fēng)險(xiǎn)。

1.4 水質(zhì)風(fēng)險(xiǎn)

長(zhǎng)距離管道輸水多為原水運(yùn)輸，水源地的氣候、污染等因素都可能對(duì)水質(zhì)造成影響。例如上游降雨導(dǎo)致水質(zhì)渾濁；污染導(dǎo)致水體富營(yíng)養(yǎng)化，微生物和藻類增多。而管道自身在長(zhǎng)時(shí)間的持續(xù)輸水過(guò)程中，管道內(nèi)部容易產(chǎn)生各種藻類、細(xì)菌、貝類、微生物。此外，隨著運(yùn)行時(shí)間延長(zhǎng)，管道及相關(guān)輔助設(shè)備逐漸老化，容易出現(xiàn)腐蝕、表皮脫落情況，污染水質(zhì)，導(dǎo)致管道輸水過(guò)程中水質(zhì)發(fā)生變化，影響供水區(qū)域的用水安全。

1.5 安全管理風(fēng)險(xiǎn)

長(zhǎng)距離管道建設(shè)施工是一個(gè)大工程，工期長(zhǎng)，跨度大，施工環(huán)境復(fù)雜，對(duì)于安全管理工作的要求較高。在管道工程后期運(yùn)行過(guò)程中，也需要科學(xué)的維護(hù)管理機(jī)制，對(duì)長(zhǎng)距離管道沿線進(jìn)行巡查，確保輸水安全和穩(wěn)定。若缺乏有效的安全管理，則可能導(dǎo)致施工事故風(fēng)險(xiǎn)和運(yùn)行安全風(fēng)險(xiǎn)增加。管道工程施工的門檻較低，并且工作環(huán)境艱苦，具有一定危險(xiǎn)性，工資待遇一般，導(dǎo)致人員流動(dòng)性較強(qiáng)，管理難度高。工人的施工技術(shù)水平、操作經(jīng)驗(yàn)、操作熟練度、安全意識(shí)、質(zhì)量控制意識(shí)也存在較大的差異，給管道施工帶來(lái)較多不確定性，在一定程度上增加了安全風(fēng)險(xiǎn)和質(zhì)量風(fēng)險(xiǎn)。而后期運(yùn)行維護(hù)時(shí)，許多巡檢人員自身重視度不足，工作不夠嚴(yán)謹(jǐn)，無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)輸水管道的風(fēng)險(xiǎn)問(wèn)題，最終導(dǎo)致管線破壞、設(shè)備受損等各種事故的發(fā)生。

2 長(zhǎng)距離管道輸水風(fēng)險(xiǎn)的防范措施

2.1 管道布置

2.1.1 管線布置

設(shè)計(jì)管線是長(zhǎng)距離輸水工程建設(shè)中的首要任務(wù)，需要綜合考慮地形地貌地質(zhì)、周圍環(huán)境等各種因素，合理選定管道鋪設(shè)路線。出于經(jīng)濟(jì)性和實(shí)用性考慮，應(yīng)盡可能地縮短管線長(zhǎng)度，同時(shí)也需要盡可能地避開(kāi)居民區(qū)，減少拆遷，并注意保護(hù)環(huán)境，減少對(duì)地形與植被的破壞，少占良田[4]。復(fù)雜的地形和環(huán)境下管道施工難度高，并且故障風(fēng)險(xiǎn)高，維修難度大，因此設(shè)計(jì)管線時(shí)需盡量避開(kāi)復(fù)雜地形環(huán)境，避免與河流、道路發(fā)生交叉，選擇地形平緩開(kāi)闊、地質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、土壤成分良好的區(qū)域敷設(shè)管道，可沿著原有道路進(jìn)行修建，方便后期維護(hù)檢修。設(shè)計(jì)管線時(shí)需注意避免不同節(jié)段管道之間的高度差過(guò)大，當(dāng)?shù)匦胃叨茸兓髸r(shí)，應(yīng)劃分多個(gè)壓力段，仔細(xì)計(jì)算各節(jié)段管道的工作壓力，以免管道承壓大，長(zhǎng)期高負(fù)荷運(yùn)行導(dǎo)致?lián)p壞風(fēng)險(xiǎn)增加。此外，還需注意調(diào)查周圍區(qū)域的地質(zhì)災(zāi)害情況，避開(kāi)洪水沖刷區(qū)、滑坡泥石流多發(fā)區(qū)。

2.1.2 管材選擇

管道材質(zhì)的選擇應(yīng)當(dāng)以科學(xué)合理為原則，不單考慮某一方面的需求，而是綜合各方面影響因素進(jìn)行全面考慮、深入分析，包括:管線周圍地形地質(zhì)環(huán)境因素、輸水距離、輸水需求、投資成本、施工安裝難度、現(xiàn)場(chǎng)施工條件、管徑大小、管道內(nèi)外壓力等。通過(guò)全方位、多角度的分析研究，選擇質(zhì)量合格、性能良好、性價(jià)比高、經(jīng)濟(jì)實(shí)用的管道材質(zhì)，在滿足輸水需求，保障工程質(zhì)量的同時(shí)節(jié)約成本，實(shí)現(xiàn)利益最大化。例如，易沉降地質(zhì)的區(qū)域、轉(zhuǎn)彎較多的情況，宜采用柔性較好的焊接鋼管；地形地質(zhì)環(huán)境比較簡(jiǎn)單穩(wěn)定的區(qū)域，可采取造價(jià)相對(duì)較低的預(yù)應(yīng)力鋼筒鋼筋混凝土管。應(yīng)注意避免為了控制造價(jià)而盲目選擇即將淘汰的管道材質(zhì)，舍本逐末造成更大的損失。在施工安裝過(guò)程中，工作人員也需注意對(duì)管道材料和質(zhì)量進(jìn)行檢查，嚴(yán)把質(zhì)量關(guān)口，確保管道質(zhì)量符合要求，能夠達(dá)到預(yù)期使用壽命。

2.1.3 管徑確定

在長(zhǎng)距離管道輸水過(guò)程中，管徑的大小對(duì)輸水質(zhì)量、效率、安全性有著較大的影響。大管徑的水頭損失較小，可利用水頭高。小管徑水頭損失大，可利用水頭低，輸水效率相對(duì)較慢。而大管徑管道的施工成本、材料成本大于小管徑管道，隨著管徑越大，長(zhǎng)距離管道輸水工程的整體造價(jià)就越高，而且輸水管的管徑也并非越大越好。例如，鋼管的焊接點(diǎn)是薄弱環(huán)節(jié)，隨著管徑增大，這一薄弱環(huán)節(jié)也會(huì)被不斷放大，增加損壞風(fēng)險(xiǎn)。在實(shí)際項(xiàng)目中，需要考慮投資大小、供水需求、施工條件等因素，選定適宜的管徑大小。在管道施工時(shí)，尤其是大管徑的管道施工過(guò)程中，需加強(qiáng)施工質(zhì)量控制，在溝槽回填時(shí)采用分層分區(qū)控制方法，嚴(yán)格把控每一個(gè)回填區(qū)域的施工質(zhì)量，確保管道外部壓力穩(wěn)定，對(duì)管道形成良好保護(hù)作用，具體分層分區(qū)如圖1所示。

2.2 安全工程措施

2.2.1 預(yù)防氣候、地形、水質(zhì)帶來(lái)的不利影響

長(zhǎng)距離管道工程施工前，需要全面分析氣候因素、地形環(huán)境因素帶來(lái)的影響，制定科學(xué)合理的應(yīng)急預(yù)案，明確各種氣候條件下該采取怎樣的預(yù)防措施，是否需要暫停施工，從而避免各種天氣下隨意施工帶來(lái)的質(zhì)量問(wèn)題。施工過(guò)程中也需密切關(guān)注氣候變化，建立合理的預(yù)警反應(yīng)機(jī)制，做到早發(fā)現(xiàn)，早預(yù)防，早處理，避開(kāi)不利天氣進(jìn)行施工對(duì)于地形復(fù)雜的區(qū)域，需要進(jìn)行全方位的勘探和分析，合理規(guī)劃管道路線和施工方法，采取多點(diǎn)交叉施工，降低復(fù)雜地形環(huán)境對(duì)于管道施工的影響。此外還需注意檢測(cè)土壤含水量、酸堿度等指標(biāo)，針對(duì)性調(diào)整施工方案、施工材料，在土壤腐蝕性較強(qiáng)的區(qū)域應(yīng)對(duì)管道采取適當(dāng)保護(hù)措施，降低管道腐蝕損壞的風(fēng)險(xiǎn)。在長(zhǎng)距離管道輸水過(guò)程中，也需加強(qiáng)對(duì)水質(zhì)的控制，關(guān)注水源地氣候變化，日常進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)水質(zhì)渾濁、水源污染以及藻類、微生物過(guò)多的情況。若下游檢測(cè)水質(zhì)不合格，則需在輸水管道適當(dāng)位置進(jìn)行加藥處理，凈化管道，減少管道中泥沙沉積、藻類生長(zhǎng)、微生物附著等問(wèn)題，提高輸水質(zhì)量，確保水質(zhì)安全合格，為供水區(qū)域居民生產(chǎn)生活用水的安全提供保障。

2.2.2 降低水錘破壞

水錘現(xiàn)象對(duì)長(zhǎng)距離管道有著極大的破壞力，產(chǎn)生較大的爆裂事故風(fēng)險(xiǎn)，威脅著整個(gè)輸水工程的正常運(yùn)行。在長(zhǎng)距離管道的安全工程中，預(yù)防水錘風(fēng)險(xiǎn)是重中之重，行業(yè)內(nèi)已探索出多種有效的安全防范措施，主要可歸類為泵閥優(yōu)化或增加輔助設(shè)備，具體包括:（1）通過(guò)擴(kuò)大管徑控制管道內(nèi)水流流速，防止閥門或水泵開(kāi)閉時(shí)水流流速突然產(chǎn)生巨大變化，引起內(nèi)部壓強(qiáng)波動(dòng)。但該方法的弊端在于擴(kuò)大管徑的成本太高，目前在實(shí)際工程中應(yīng)用較少。（2）選用大轉(zhuǎn)動(dòng)慣量的水泵、水泵軟啟動(dòng)裝置、變頻設(shè)備等方式，都可以有效降低水錘壓力，降低水錘危害。（3）在長(zhǎng)距離管道的關(guān)鍵區(qū)域，如泵站等位置設(shè)置調(diào)壓塔、調(diào)壓箱等調(diào)壓裝置，從而有效消除水錘，還有利于處理死水、冰凍等問(wèn)題。（4）利用快閉式止回閥阻止液柱回流，增大回流阻力，降低回流量和回流位移，或安裝各種類型的水錘消除器、泄壓保護(hù)閥等設(shè)備，可有效防止水錘風(fēng)險(xiǎn)[5]。（5）安裝空氣閥之類的設(shè)備對(duì)管道內(nèi)水壓強(qiáng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，減少大幅度波動(dòng)，維持水壓強(qiáng)的平衡穩(wěn)定，從而預(yù)防水錘現(xiàn)象。如今技術(shù)越來(lái)越發(fā)達(dá)，在實(shí)際工程中，應(yīng)積極利用相關(guān)專業(yè)軟件建立水錘模型，進(jìn)行水錘現(xiàn)象場(chǎng)景模擬，評(píng)估管道水壓、水錘風(fēng)險(xiǎn)程度等，從而制定適宜的水錘預(yù)防方案，有效消除水錘并控制成本。

2.2.3 強(qiáng)化安全管理

為了保障長(zhǎng)距離管道的安裝施工質(zhì)量和安全性，相關(guān)建設(shè)單位必須重視安全管理工作，在施工前，需對(duì)工程項(xiàng)目進(jìn)行整體規(guī)劃，制定施工進(jìn)度計(jì)劃，細(xì)分各個(gè)施工環(huán)節(jié)，明確各環(huán)節(jié)技術(shù)要求、質(zhì)量要求、安全管理要求，在現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)采取對(duì)應(yīng)的管理模式，提高安全管理的針對(duì)性。在人員方面需提前開(kāi)展技術(shù)培訓(xùn)與安全教育，將責(zé)任細(xì)分至個(gè)人，對(duì)各崗位提出具體的要求，從而使工人的施工操作更加科學(xué)規(guī)范，確保施工質(zhì)量穩(wěn)定，降低施工安全風(fēng)險(xiǎn)和后續(xù)運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)。長(zhǎng)距離管道輸水工程運(yùn)行過(guò)程中也需加強(qiáng)安全管理，安排專業(yè)的巡線人員負(fù)責(zé)管理工作，確保每一段管線和設(shè)備都有專人負(fù)責(zé)維護(hù)管理，維護(hù)管線系統(tǒng)的安全穩(wěn)定。巡線人員需在管線周圍進(jìn)行周密巡查，觀察是否存在滲水、冒水、沉陷等情況，若發(fā)現(xiàn)異常需立即上報(bào)，安排專人進(jìn)行全面檢查和維修處理，以免問(wèn)題進(jìn)一步擴(kuò)大，帶來(lái)更嚴(yán)重的不利影響。巡線人員需注意監(jiān)督檢查管理范圍內(nèi)的建筑施工行為，確保均為合法施工，尤其在管線周圍進(jìn)行管道跨穿工程施工時(shí)，必須經(jīng)過(guò)嚴(yán)格審批，施工期間巡檢人員也需在旁進(jìn)行監(jiān)督，避免施工機(jī)器誤觸管道，導(dǎo)致輸水管線受損，進(jìn)而影響整個(gè)長(zhǎng)距離輸水工程的運(yùn)行。對(duì)于未經(jīng)審批的違法施工行為，巡檢人員需及時(shí)予以阻止，防止管道遭到人為破壞。

3 結(jié)語(yǔ)

總而言之，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展越來(lái)越快，長(zhǎng)距離輸水工程施工技術(shù)越來(lái)越成熟先進(jìn)，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，工程數(shù)量逐漸增多，極大地改善了缺水區(qū)域和城市的困境，同時(shí)也使長(zhǎng)距離管道輸水風(fēng)險(xiǎn)及相關(guān)防范措施受到越來(lái)越多的關(guān)注。相關(guān)建設(shè)單位首先應(yīng)明確各種輸水風(fēng)險(xiǎn)及其影響因素，針對(duì)性采取有效防范措施，需合理選擇管道材質(zhì)和管徑，合理設(shè)計(jì)管道路線，并針對(duì)氣候影響、地形影響、水錘風(fēng)險(xiǎn)設(shè)置安全工程，提高輸水工程的整體質(zhì)量，同時(shí)加強(qiáng)日常維護(hù)管理，維持長(zhǎng)距離管道輸水工程的安全穩(wěn)定運(yùn)行。