供水工程设计中输水管线及管道比选应用

供水工程设计中输水管线及管道比选应用

赵旭亮

（宁夏水利水电勘测设计研究院有限公司，宁夏 银川 750011）

摘要：本文结合宁夏中卫某供水工程设计案例，根据该工程的地质特点和供水要求，从管线勘察、管线选线和选址、管道规格（口径和工作压力）、管道材质、及管线布置五个方面对供水工程管道设计进行了分析比选，选择了经济合理的输水管线和管道，并设计推荐了管线布置方案。

关键词：供水工程；管道设计；管道比选；管线布置

引言：

供水工程中管线设计、管道材料选择、管道规格设计尤为重要，决定着供水工程配水量、安全性、经济型。本文将依据实际供水工程设计案例从管线勘察、管线选线和选址、管道规格（口径和工作压力）、管道材质、及管线布置五个方面进行分析比较。

一、项目基本情况

项目位于宁夏中卫市，属于生态修复及灌区供水项目，工程等别为Ⅲ等中型灌区工程。本工程项目的任务是设计灌溉25万亩农业灌溉，包括新建水库、灌区输水管线、灌区配水管线。项目区现状可供水量4000万m³，规划年通过改造首级水源取水泵站可供水量6250万m³。依据设计，输水管线总长26.77km，设计流量3.2～1.0m³/s，采用DN1600、DN1400、DN1200、DN1000混凝土压力管，管道工作压力1.6～1.2MPa。

二、管线勘察

输水管线勘探采用坑探进行，如果基岩埋深很浅钻机可以到位，也可部分采用钻孔勘探，勘探点间距300m左右，注意勘探点的布置。地形低洼的山沟及地形凸起的山梁必须布置勘探点，勘探深度地面以下4.0m，如果勘探过程中发现地下水，勘探深度应适当加深至下部硬塑以上土层或中密以上砂土等地层。如果场地为湿陷土，应在具有代表性位置布置勘探点，揭穿湿陷性土层。勘探点沿供水管道设计管线布置，重点要将基岩的分布范围查清，管道勘察的取样位置为设计管底高程，每个勘探探坑取样一组，进行常规项目的物理力学性质试验，粗粒土仅进行颗粒分析试验。勘探要求初步查明管道沿线的地形地貌、地层岩性，各岩土层分布深度、厚度、垂直水平方向的变化规律及其物理力学性质。注意湿陷性黄土、第三系基岩及地下水的的分布情况及其性状，提供岩土的开挖边坡比。如果线路上存在傍山段落，边坡较陡，应结合线路走向及横断面，适当布置地质横剖面测绘，以便于正确表述边坡段管线边坡的稳定性。对于管线穿越道路或其它建筑的地段，应根据管线勘探点的布置，适当调整勘探点的位置，使穿越地段有勘探点控制，查明勘察穿越位置填土的岩性和下部地基土的性质，为穿越工程提供资料。沿线采取土样的勘探点，应在具有代表性的位置采取，每一主要土层的数量不得少于6组。在勘探过程中，选择代表性地段，在管底位置采取代表性岩土进行土的腐蚀性试验，评价岩土层对钢结构及混凝土的腐蚀性。

该项目输水管线起点位于山丘上，地势北高南低，为丘陵地貌单元。主管线沿线总体地势北高南低，前段场地地势起伏大，后段相对较平整，沿线地层主要为基岩山地，少数段落位于山间冲沟，未发现滑坡、崩塌、泥石流、地面塌陷等不良地质现象，场地稳定性好。

三、管线选线

（1）管线选线、选址原则

充分考虑“高水高用、低水低用、就近配置”的原则，应当避免出现先扬水再人为降压或管道压力过大的状况。工程布置应尽可能使控制的灌区有利于实现“自流”，若局部灌区“自流”难度较大，宜采用局部加压供水。输水线路根据输水形式、地形地质条件、地面建筑物分布情况，结合已建各引水工程以及用水户的分布条件，通过综合比较工程占地、环境影响、输水安全、施工条件等进行多方案技术经济比选确定，尽量避开自然保护区、文物、基本农田、民房等；输水线路宜布置在沿线地质构造简单，地层结构稳定、水文地质条件有利的地区，宜避免通过不良地质地段。输水线路尽量减少与现有的天然河道、沟渠、等级公路、高速公路、铁路、地下管道交叉，当不可避免时，力求垂直交叉。与等级公路、高速公路以及铁路交叉，应利用已有桥洞穿越。与河道、沟道交叉需处理好与交叉河道、沟道的防洪等关系。输水管线尽量减小管道压力，降低工程造价、同时减少运行管理费用。每段供水管道末端最低水压根据调蓄水池的死水位和供水管道经济流速综合确定，应尽量高，以降低受水区二次加压费用[1]。

（2）输水线路比选

方案一：高线方案。输水线路短，管线管中心高程高、管压低，远离村庄、沿线穿越耕地较少、工程障碍少、征占地矛盾少，位于山脚下、沿线主要为角砾碎石、地质条件好，可利用管护路少、新修管护路，沿线穿越沟道多、沟道建筑物多。

方案二：低线方案。输水线路长，管线管中心高程低、管压高，穿越村庄、沿线穿越耕地多、工程障碍多、征占地矛盾多，位于灌区、沿线主要为湿陷性黄土、地质条件差，红油路兼做管护路，不新修管护路，沿线穿越沟道少、沟道建筑物少。

表1                      输水线路比选表

（3）管道管径比选

从水力损失、水压标高、田面高程、富裕水头、管材投资等方面考虑[2]。

初选管径时主要按照管道的设计流量和经济流速来确定，计算公式如下：

式中：d—经济管径（mm）；

Q—管道设计流量（m³/s）；

υe—管道经济流速（m/s）。

经设计计算，确定选用管道管径：0+000～5+760段输水管线的管径为DN1600mm，5+760～17+156段输水管线的管径为DN1400mm，17+156～21+378段输水管线的管径为DN1200mm，21+378～26+770段输水管线的管径为DN1000mm。方案比选详见表2。

表2                     输水管道管径比选表

（4）管道管材比选

管材的选择一般要根据工程的规模及重要性、管道工作压力、输水距离的长短、工程的进度以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，当地管材的生产状况，应用管材的习惯，能源价格，进行技术、经济、安全等方面的综合比较后确定。

表3各类管材综合性能对比表

根据管材价格比较、管道综合性能的比较，并结合管道流量、压力、地形条件等因素，确定本工程管材的选用混凝土压力管道。

四、输水管线布置

本工程输水系统全部采用管道输水，有效减少了输水损失[3]；输水工程一次建设完成，输水管道自水库输水工程末端流量控制室接入，沿线设分水井9座，通过配水管线控制沿线灌溉面积14.6万亩。另外联通高效节水补灌工程，由已建泵站控制生态移民区3.6万亩。输水混凝土压力管线总长26.77km，设计流量3.2～1.0m³/s，其中0+000～5+760段设计流量3.2m³/s，采用DN1600混凝土压力管，管压0.6～0.8MPa；5+760～17+156段设计流量2.4m³/s，采用DN1400混凝土压力管，管压0.8～1.4MPa；17+156～21+378段设计流量1.8m³/s，采用DN1200混凝土压力管，管压1.4～1.6MPa；21+378～26+770段设计流量1.0m³/s，采用DN1000混凝土压力管，管压1.6～1.2MPa。

五、结论

（1）供水工程输水管线选择应首先做好管线勘察工作，查明管道沿线的地形地貌、地层岩性，各岩土层分布深度、厚度、垂直水平方向的变化规律及其物理力学性质。

（2）供水工程设计管线选线选址时应充分考虑“高水高用、低水低用、就近配置”的原则，输水管线尽量减小管道压力，降低工程造价、同时减少运行管理费用，设计应经济适用。

（3）输水管道材料选择应结合管道流量、压力、地形条件等因素，根据工程的规模及重要性、输水距离的长短、工程的进度以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，当地管材的生产状况，应用管材的习惯，能源价格，进行技术、经济、安全等方面的综合比较后确定。

参考文献：

[1]张杰."供水输配水管道工程设计重点难点探讨."湖南水利水电 No.014.02 (2023): 14-16.

[2]董亚锋."供水工程设计中流速的合理应用及管径调整对工程投资影响分析." 地下水 No.109.05(2023):322-323.

[3]温杰. "给水管道工程设计." 山西建筑 No.068.13(2017):123-124.