秦杰
沧州水利勘测设计院 河北 沧州 061000
摘要：近年来随着沧州各县市农村生活用水置换项目的实施，铺设了大量的中小管径埋地压力给水管道。给水管道的设计包括确定管道设计规模、管材选择、管径计算、水力计算、敷设方式选择、管道布置、结构计算、防腐设计、附属设施设计及水质水压要求等内容。本文以《河间市农村江水村村通工程第一标段初步设计报告》为例重点探讨管材选择、水力计算内容，为工程设计提供参考。
关键词：给水管道设计；管材选择；探讨
引言：《河间市农村江水村村通工程第一标段初步设计报告》铺设乡镇水厂以上输水管道87.6km，管径范围为DN250~DN700, 铺设乡镇水厂以下输水管道105.4km，管径范围为DN100~DN250,工程总投资1.57亿元。管道正常工作压力0.4MPa，dn110~dn315主管材选用HDPE管（PE100级SDR26/17），DN350~DN700主管材选用K8级球墨铸铁管。本文以《河间市农村江水村村通工程第一标段初步设计报告》为例重点探讨给水管道设计过程中的管材选择、水力计算内容。
一、管材选择：目前这种中小管径常用的输水管材主要有球墨铸铁管（DIP）、高密度聚乙烯管（HDPE）及涂塑复合钢管（SP-TEP）等。
(1)球墨铸铁管（DIP）
球墨铸铁是一种铁、碳、硅的合金，其中碳以球状游离石墨存在。近年来国内生产发展极快，规格品种都很齐全，应用日益广泛，管径范围为DN40~DN2600。球墨铸铁管与其它管材相比具有如下优势：
1)抗拉强度高，是一般灰铸铁管的3倍；韧性好，延伸率高。
2)承受内外压能强、有较高的抗震性能和密封性能。球墨铸铁耐压强度为4～5Mpa。其接口为柔性接口，拆装方便、承受局部沉陷的能力好。
3)厂内制造精确度高，安装简单快捷。
主要缺点:大口径球墨铸铁管管件管壁薄，承、插口端易变形；大口径球墨铸铁管（DIP）虽然管材价格较低，但受地形等因素限制，拐点较多，需设置较多管件，而球墨铸铁管件相对价格较高，加之转角处需设置支墩，所需支墩混凝土方量较大，综合造价较高。
(2)高密度聚乙烯管（HDPE）
高密度聚乙烯管（HDPE）不但具有塑料管的重量轻、强度高、耐腐蚀、摩阻小、不结垢、使用寿命长等优异性能，它还具有特殊的柔韧性，极高的延伸率和独特的热熔焊连接方法，保证了管道的整体性，几乎没有渗漏，是有很多其它管材都不具备的优势。HDPE管属柔性管，伸长率、耐冲击性能好，耐化学稳定性和抗高频绝缘性能良好，具有较高的强度及刚度，运输、敷设方便，连接时采用热熔对接，可将管道连接长达数百米进行弹性敷设，可最大限度减少弯头等管件的数量，降低这部分投资，管径范围为dn16～dn2500。另外HDPE管本身优良的耐腐蚀性，不必单独考虑防腐问题，管材寿命可达到50年。在开挖比较困难的河道、公路等地段可以利用HDPE管的非开挖技术进行施工。
主要缺点：大口径管道造价较高。
(3)复合钢管
复合钢管是以钢管为基管，以塑料粉末为涂层材料，在其内表面熔融涂敷上一层塑料层，外壁采用环氧树脂玻璃钢防腐的复合产品。
复合钢管既有钢管的强度又有塑料管耐腐蚀、耐磨损、流体阻力小的优点，是一种新型的给水、抗腐管道。
主要缺点：价格较高，一次性投资大。
(4)管材价格比较
中小管径给水管道的管材选择以DN700-DN100mm为例，对比HDPE管、复合钢管和球墨铸铁管价格如下表：
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(5)管材选择
本工程涉及到的管道公称直径介于DN700~DN100之间，对HDPE、复合钢管和DIP从技术性能、造价、施工等方面进行全面分析比较。
a技术性能：DIP和复合钢管均属于金属管道，耐腐蚀性较差，需做内外防腐处理，涂层质量较难保证，影响使用寿命，而HDPE管自身耐腐蚀性优良，不需做防腐处理。因此HDPE管技术性能更优异。
b造价： 1.0MPa的 HDPE管自DN300管径及以下相对较便宜；管径DN350及以上HDPE管单延米造价比DIP及复合钢管要高。由此看来，DN300管径及以下选HDPE管最经济，DN350管径级以上选 DIP管最经济。
c施工：复合钢管现场焊接难度大，焊口的内外防腐不好处理，由此看来，DIP管和HDPE管更便于施工。
综合分析比较确定，管径为DN700~DN350的管道主管材采用K8级球墨铸铁管（DIP），管径为dn315~dn110的管道主管材采用PE100级SDR17高密度聚乙烯管（HDPE）。
二、水力计算：
水力计算成果的准确性至关重要，水力计算成果直接影响到管径和管道上游加压泵站扬程的大小，进而影响到工程建设期和运行期的投资费用。
长距离有压输水管道局部水头损失一般为沿程水头损失5%~10%，本文主要探讨沿程水头损失公式中海曾威廉系数C的取值。输配水管道沿程水头损失按下式计算：
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式中：h—管道沿程水头损失，m；C—海曾威廉系数，m3/s；Q—管段流量，m3/s；L—计算管段长度，m；d—管道计算内径，m。
以设计流量0.343m3/s，20Km长DN700K8级水泥砂浆内衬球墨铸铁管为例进行计算对比，根据《室外给水设计标准》GB50013-2018，C取120~130；根据《水利水电工程球墨铸铁管道技术导则》T/CWHIDA0002-2018，C取120~140。当C=120时，沿程水损h=22.48m；当C=130时，沿程水损h=19.38m；当C=140时，沿程水损h=16.9m。仅此一段管道沿程水损差值达5.58m，管道上游加压泵站年平均装置效率按70%计算，每年泵站电费差值达19.16万元。因此合理的确定海曾威廉系数的取值很重要。在实际工程设计过程中应重视海曾威廉系数取值的合理性，在规范规定的范围内取值的基础上，应通过收集已正常运行的输水管道工程各节点的流量、压力数据实测值与理论计算值进行对比，以达到合理确定海曾威廉系数，进而合理确定管道水力计算成果。
结语：
在实际工程中，管材类型、海曾威廉系数的合理确定直接影响到工程的安全和造价，给水管道的设计过程中应通过管材技术性能、造价、施工难易程度等方面综合确定管材类型。通过将已正常运行的输水管道工程各节点的流量、压力数据实测值与理论计算值进行对比，合理确定海曾威廉系数取值。
参考文献：
[1]室外给水设计标准（附条文说明）:GB 50013-2018[S],2018.
[2]水利水电工程球墨铸铁管道技术导则:T/CWHIDA 002-2018[S],2018.