黄思岚 高晶 雷露
陕西省水利电力勘测设计研究院 陕西省西安市 710000
摘要：近年来，我国出现越来越多的长距离输水工 程。长距离输水模式打破了传统模式下不同区域条件分割的供水局面，将水资源重新分配。长距离输水不仅有效解决了饮用水源的水质水量问题，同时还带动了供水产业的发展，促使大型供水企业的形成。长距离输水对保障城市供水安全、促进各产业经济发展都起到了积极作用。长距离输水管道的设计是否合理，对整个输水工程的投资、建设、运营管理等方面的影响都极大。合理的管道设计不仅可以减少工程投资，还对整个输水系统的安全运行有重要作用。
关键词：长距离；输水管道；设计
一、长距离输水管道管线的选择
在城市用水和农田灌溉的输水系统中， 输水管道承担着输送水的任务，由于管线长，需要的投资大，这就需要在选择管线时，实地勘测要细，主要有以下：总体来说，在选择管线时，应尽量选择线路短、造价经济、起伏小、工程量小的线路；在管线的选择时，难免会因为管线而对有些建筑进行拆迁，因此，应尽量减少拆迁；对于管线的选择，不仅要考虑到眼前利益，还应考虑到长远利益；对于管线的走向，其位置应尽量与城市的规划要求相一致， 尽可能按照现有的道路或规划道路敷设；充分利用水位高差，如果 条件允许，可以考虑重力流输水；线路经历的地形越复杂，就会增加施工的难度和成本，因此，应尽量避免穿越山脊、河谷、沼泽泄洪、铁路等地区。在在输水管道的选取上，应先在地形图上布线，然后再进行实地踏勘。 严格遵循选线的原则，在设计的过程中，可以设计两条线路，也可以将这两条线路细分为若干个线路，但是都应考虑穿越村庄、引桥、机井等地区，在选择路线后，还应对其进行反复的测量、比较、踏勘，然后确定出最经济、最简便的方案。
二、长距离输水管道管材的选择
随着我国城市化的进程不断加快，城市中的生活用水和工业用水需求量都有很大的提高，这就给城市的用水带来了很大的压力，长距离输水工程能够有效的解决这一问题。 目前，我国在输水管道的新材料和新技术上有了很大的进步。 在整个输水工程中，管道的投资占有很大的比重。因此，在管材的选择上，应进行综合分析，其内容包括许多方面，例如管径、重要性、工程规模。 工作压力、管道运输、资金等，使工程的性价比能达到最优。 常用的输水管道有许多，主要有：钢管、超高分子量聚乙烯管、预应力混凝土管、玻璃钢管、预应力钢筒混凝土管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管，其中常用的是钢管和塑料管。
三、长距离输水管道在设计
在对长距离输水管道设计时，设计结果的优劣与设计的合理性相关，同时输水管道设计还影响着工程的投资额的大小，因此如何在使用最小的工程投资，而又能保证输水管道设计的可靠性，是当前工程师需要考虑的重要问题。下面就我国西北某县的供水工程分析。在工程施工前，经过对工程的实地勘察，发现在线路方面，需要跨过一道山谷，而且同时还需要翻越一道山脊，某工程日供水大约为36000m3，H1高程：1940m，H2为低谷点，高程：1720m，H3为山脊，高程：1820m，H5为水厂出水点，高程：1260m，H4为计算选择点，高程：1610m，其中L1段（H1~H3）长12500m，L2段（H2~H5）长13600m，L2-1段长6620m，L2-2段长6980m，其管线总长26.1km，总落差680m。
1、管材的设计选择。该输水工程高差大，管线长的特点，H1-H3的高差是120m，必须要注意不能形成倒虹管。
基于此，是不能选择塑料管的，因为塑料管是不能承受这么大的压力的，如果强行采用塑料管，那么就必须减压，但经过减压后就不能满足这部分的过水要求了。所以经过分析，该工程决定采用钢管，所以说在输水管道选择上，并不是价格越低就越好，必须结合技术和经济两个方面进行综合分析。
2、管径计算选择。在选择管径时，一般利用彭德舒公式( )进行计算并选择，通过公式计算此工程需要的管径为D=0.44m，初步将钢管规格定位D=0.44m，但是通过压力管道计算，L1段，当D=0.44m时，会形成倒虹管，所以必须扩大管径，经计算，将管径设置为0.5m，此时虽然会损失一定的水头，但是可以满足过水要求。在L2段，落差为560m，管长为13600m，经过计算，当管径选择为0.45m时，就可以满足过水要求。通过以上计算表明，在选择管径时，要结合管线的分布以及地形的实际情况进行分段计算，而且不能只以经济性作为参考标准，而是要根据水力校核来进行选择。
四、长距离输水管道的防护技术和安全措施
1、空气阀的设置。管道在进行首次输水时，管道内不可避免的会存在一些空气，所以管道在运行过程中，是两相流。因此在设计长距离输水管道时，必须要重视设置空气阀，而空气阀设置的数量和位置要根据实际的地形以及地质进行设置，在布置管道的时候，一般是采用纵向布置。规范《室外给水设计》规定：输水管道隆起点上应设通气设施，管线竖向布置平缓时，宜间隔1000m左右设一处通气设施，配水管道根据工程需要设置空气阀。通常情况下，在管道布置过程中，为了使管道输水更加安全，一般每隔0.5-1.0km安装一个兼有进气和排气功能的空气阀。另外为了防止管道出现水锤和气蚀现象，可以通过在驼峰处布置空气阀来解决此问题。空气阀口径可根据公式 计算。其中：D为输水管直径（mm）；φ为系数，可取0.9；v2为输水管线泄水或充水的最大流速（m/s）；v1为阀孔处气流流速，一般40-50m/s，可取50m/s。该输水管路管径为500mm，最大流速2.14m/s，确定空气阀孔径约为100mm。
2、水锤的防护。在对压力管道进行防护时，必须要重视水锤的产生。由于输水管道的输水距离比较长，所以管道内水流的流速会经常发生变化。一旦管道中的水流流速发生变化，管道内的水压也会随之变化，如果管道内的水压低于水的气化压力，那么就会拉断水柱，进而导致管道内出现断流空腔的现象，如果空腔内出现水流弥合的现象，就会对管道产生很大的冲击力，形成水锤。一般情况下，有三种类型的水锤：停泵水锤、启动水锤以及关闭水锤。对于启动水锤和关闭水锤来说，其并不会对管道产生很大的压力，但是如果发生停泵现象时，产生的水锤压力就非常大，很容易造成管道危害[3]。所以必须采取相应的防护措施降低水锤压力。通常会在水泵的出口出处设置水锤安全阀或者消除器等，另外，采用合适的泵出口阀的关闭速率，可以进一步减小管线的最大水锤压力。
许水利工程，对缓解我国各地区普遍出现的水源匮乏的问题，都起到了很好的促进作用。跨流域水资源的重新配置，对北方水资源的匮乏起到了极好的缓解作用。长距离输水管道是调水工程重要的组成部分，对其进行经济合理性的设计非常重要。工程建设人员应该对输水管道工程的施工条件、社会因素以及管材的选择与设计以及维护等诸多情况，进行认真研究实施，才能使长距离输水管道真正的服务于民。
参考文献：
[1]于德强.区域供水的成效及长距离输水管道设计中的若干问题探讨[J].给水排水,2004.
[2]袁恒太，刘凤英,马玉江.长距离管道输水工程设计应注意的问题[J].南水北调与水利科技,2007.
[3] 于景洋 . 长距离输水管线安全运行的水力过渡过程研究 [D]. 哈尔滨工业大学，2019.
[4] 杨晓强.张长昆.山区长距离输水管道设计施工技术探讨[J].黑龙江水利科技，2018，46（07）：22.