高晶 雷露 黄思岚
陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西省西安市 710000
摘要：在社会经济迅猛发展的局势中， 国内生态环境恶化程度日 益严重化，居民居住范畴中可饮用水资源处于不断减缩的状态，但是在城市化脚步不断提速的情景中，水资源需求量不断增加，并且对水质也提出了高标准，这也是水厂发展进程中积极应用长距离输水管道的原因。做好输水管道路径与管材选择工作是基础。
关键词：长距离；输水管；设计要点
一、长距离输水管道的设计
1、长距离输水管道工程的方案设计
(1)长距离输水管道途经的地质地理环境比较复杂，有山川河流、公路丘陵等，也可能遇到沼泽、湿地等特殊的地质情况，所以在长距离输水管道工程方案的设计中，要坚持科学、安全、合理、性价比高的原则，结合地质地貌的实际情况做好输水方案的设计工作。(2)在加压输水时，要结合输水管线的长度、自然地势高差情况以及地形因素的影响，做好工程施工方案的前期设计工作。如果输水管道起、终点高差较大的情况下，可不仅仅采用单级输水的方式，这种方式会带来水泵扬程、功率过高，输水管道承压等级增大，从而提高工程建设投资，同时也会增加输水管道沿线管件压力等级，增大管线建设及维护成本。在这种情况下，建议考虑多级加压输水方式，为长距离输水管道进行分阶段增压，这样不仅可降低水泵扬程及功率，同时可降低管道承压等级，节省投资。
2、长距离输水管道工程的线路设计
(1)选择输水管道的输送线路，要尽量选择线路长度短，途中地质地理条件较好的路线。避免因为沿途的地势起伏过大，需要增加土石工程建设工作量，增加投资成本。要尽量选择避免穿越农田、林地等具有经济价值的地块，尽量避免征拆迁，以减少管线建设的土地赔偿费用。
(2))设计输水管道线路时，要避免穿越地质恶劣条件地区，比如经常发生山体缓坡、岩石塌方的路段，还要避免穿越河流、山川、沼泽地区，避免在铁路道路基础旁边、大型河流的泄洪地区进行管线建设。若需穿越铁路、公路，则需特殊处理，如采用顶管施工等方案，并按铁路、公路管理单位要求设置相应的阀门等设施，以达到快速关闭输水管道的要求。
3、长距离输水管道工程的供水设计
(1)供水断面的合理选择。由于供水管道的管径直接影响工程建设的投资，因此设计中要结合输水管道的功能，根据用户用水需求以及经济流速来计算确定供水管道的管径。管径太大，造成工程投资费用增加；但如果管径选得太小，虽然工程前期投入费用会降低，但可能影响输水量，达不到设计要求，尤其是在加压输水时更会增加泵站的电能损耗以及运行费用。所以，必须在设计中进行合理测算，在满足用户用水需求的时候，选择最合适的管径。
(2)管线材料的合理选用。在确定了输水管道的管径大小后，选用不同的管线材料直接影响工程的资金投入。现在常见的管道材料是钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管、聚乙烯(PE)管等。在具体施工设计中，要根据实际情况进行合理、科学的选择管材。
(3)加压泵站的合理建设。在泵房的数量上，要充分考虑长距离的特点，根据沿途地理条件，采取在首部建设泵站，在线路中部或者分岔口处建设泵站，实现分段加压输水，以减少管道的压力，降低工程成本。
在泵站的建设上，应选择工程地质良好的区域建设，若根据工程需要需选址在特殊地质区域时，泵站基础需特殊处理，防止出现沉降、渗水等情况，另外泵站选址也需注意周边交通、供电等情况，以便于泵站后期运行维护方便，若泵站有人值守，则选址应尽量靠近城市或镇区，以便工作人员的生产生活。在水泵的选用上，要设计合理的水泵扬程，在满足正常输水要求的同时保证水泵始终在高效率区间运行，同时需设置备用水泵，还需要其他管件设备，包括止回阀、排气阀、压力表、隔断阈等，以保证能关停水泵，对泵进行日常的维护和检修。泵站二中还需设有起吊装置以便后期维护检修。
二、长距离输水管道工程中防护方法
1、管材的选择和管道防腐
（1）管材选择。 管材的选择十分重要，对供水质量、工程造价和供水安全的影响很大。目前国内外常用的输配水管道主要有钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）、玻璃钢管（RPMP）、预应力钢砼管（PCP）、预应力钢筒混凝土管（PCCP）等。 各种管材均有其特点，通过对性能价格比较可以看出，离心球墨铸铁管尽管价格稍高，但耐腐、耐压性能好，强度高，安装方便，供水安全性好。 现在通州市输配水管材大都采用球墨铸铁管，经多年运行，业主反映较好，已有了成熟的管理经验。为确保供水安全，本次设计管道推荐采用离心球墨铸铁管。 穿越河道时，管道采用钢管。 （2）管道防腐。 目前我国给水管道内防腐主要采取水泥砂浆衬里或传统的液体环氧涂料（如 IPN8710）。水泥砂浆作为给水钢管衬里， 经过较长时间的运行之后，易滋生微生物，引起水质下降，同时，水泥砂浆表面较粗糙，加上衬里层较厚，因此输水能力不高，增加运行成本。传统的液体环氧涂料大都含有溶剂，一般涂料固体成分50%左右，高的可达 80%，其余为溶剂，在涂层固化过程中溶剂会挥发掉，不但污染环境，残留溶剂还会污染水质，而且涂层会形成气体，使涂层防护性能下降，水、氧气等腐蚀介质会通过涂层气孔渗透至基材，造成基材腐蚀，腐蚀形式基本为点蚀，可使管道穿孔，造成基础设施的破坏和水资源的浪费。通洋线输水管道设计根据业主要求，结合工程特点使用一种低水阻无溶剂液体环氧内涂层防腐新技术，与传统内防腐比较有以下不同：①涂层粗糙系数低（n 值只有 0.008，水 泥砂浆的粗糙系数为 0.012）；②不含溶剂（固体涂料 100%），符合环保要求；③抗渗透、抗热老化性能突出；④涂层附着力强、耐磨性突出；⑤涂层抗冲击、抗弯曲、抗压扁性能优良；⑥ 施工性能优异，可保障施工质量。 该种钢管内防腐做法已在通吕线中使用，对本工程有一定的借鉴。
2、管线的水锤防护。长距离输水管线由于地形变化，造成管线高低起伏。 当水泵发生事故停泵、 机组启动或管线中发生用户阀门关闭、流量调节等需要终止供水时， 水泵出口的缓闭止回阀关闭，引起管道振荡， 如果关闭时间不合适容易引起停泵水锤，或者管道中积存过量气体，易发生断流弥合水锤，巨大的水击压力很可能发生，可能导致输水管渠发生爆管事故。 对特殊的多起伏压力流管路而言，断流空腔频频出现在供水管道的高点以及转折点，当断流空腔大量出现并累积，最后断流弥合水锤可能发生，对管道配件、接头以及管道本身产生的后果及消极影响难以估计。原武汉水利电力学院的水锤专家指出， 生产实践中的长输水管路中所出现的管路破裂，70%～80%与水柱分离有关。 可见断流弥合水锤危害很大，故设计长距离输水管线中必须考虑水锤保护措施，重点是断流水锤保护。
长距离管道输水工程的建设与运行，在处理水资源排布均匀性缺乏问题上体现出巨大的应用价值，但是现阶段国内长距离管道输水工程设计环节上依然存在一些缺陷尚未弥补。在对其设计之时，对经济与技术因素进行综合分析，对线路、管材进行科学选择，同时做好安全防护措施，从而最大限度的优化长距离管道输水工程设计质量。
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