王国栋
中国市政工程中南设计研究总院有限公司 湖北武汉 430010
摘要：长距离供水是市政给排水的重要组成部分，具有输水线路长、压力大、工程沿线情况复杂等特点。本论文介绍了某长距离供水项目的基本情况和设计内容，对项目设计重难点和解决思路进行了分析，重点说明了超滤系统布置地点的选择、管道施工方式、水锤防护及防水质二次污染等方面的设计思路。
关键词：长距离供水；重难点；解决思路
1.项目概况
某长距离供水项目建设地位点于山东省青岛市，工程主要内容为管线改造，改造起点为建设单位自建净水厂内加压泵站出水管，终点为片区内已建供水管网。净水厂水源为周边水库水，水厂采用常规“混凝+沉淀+过滤+消毒”工艺，规模5000m3/d，产水进入清水池，通过加压泵站输水至片区内管网，同时设置了网中高位水池调节用水。原输水管道主要为混凝土管和铸铁管，管径DN300，总长度约20Km，因为管道建设年代久远，管道腐蚀及漏损严重，中途停用，小区管网接入市政水。市政管道首先进入小区自建储蓄水池，通过泵加压输送给小区用户。
2.设计重难点分析
经过工程测绘、勘察及现场踏勘、水力计算等工作，发现此长距离供水改造项目有一些特殊性，主要表现在：
1．超滤系统位置的合理布局。
项目前期，考虑到远距离输水可能对末端水质产生影响，为保证供水水质，业主方建议超滤系统设置在片区内部，但经过分析，管网末端水压远大于膜系统承压能力，需要建设消能池。而且经过膜过滤，水压降低，需建设加压泵站提升用水使其可进入高位水池。
2．管线距离长。
重建管道总长度约20Km，沿线穿越高铁、国道、河流、建成区、田野等，需设计合理的施工、穿（跨）越方案；由于长距离输水工程输水管道长，在输水过程中容易产生二次污染，需设计适宜的水质污染防护措施。同时，在起停泵、开关阀门时也容易出现因水锤导致管道损坏现象，因此，必须进行合理的水锤安全防护设计。
3．管道沿线地形起伏大。
净水厂与管道沿线最高点高差约-50米，过高点后地势整体逐渐降低，但局部地势隆起，需保证水压可以达到最高点和小区高位水池。沿线大部分为风化砂和杂填土，局部有岩石，跨河段有淤泥，局部段距海岸线较近，需综合考虑管道基础、接口、防腐及结构防护等措施。
3.工程设计分析
3.1超滤位置选择
经过沟通及现场踏勘，超滤位置可建设在片区内部外或现状净水厂。因此，对在这两处建设超滤系统进行了对比分析，详见下表：
超滤系统建设位置优缺点对比
建设位置
比较项目 片区内部 现状净水厂
建设用地 有 有
进水来源 滤池出水 管道输水，需建消能池
出水去向 接至现状加压泵前池 接新建储水池
用水水质 水质有保障 输送过程可能产生二次污染
是否需新建泵房 是 否，利用现状加压泵。
工程造价 高 低
管理运营 需安排专人管理 可由水厂管理人员统一管理
综合考虑，虽然超滤系统设置在小区内部可有效保证水质，但需要新建消能池和泵房，占地大，势必要增大工程建设费用，且造成了能源浪费。而超滤系统建设在现状净水厂，可以利用清水池和二泵吸水前池，可和其它水处理构筑物一同管理运行，更为经济实用。因此，设计超滤系统建设在现状净水厂。由于水厂间歇运行，为保证超滤系统各硬件功能正常和膜组件抑制细菌滋生，本项目制定了相应的技术保障措施。
3.2长距离管道设计
3.2.1管道水力计算
根据计算，管道内水流速v=0.45m/s，略小于规范推荐的经济流速0.5~1m/s，但考虑水厂后期规模扩大，选用DN400管道。
本项目管道沿线地形起伏较大，因此对管道起点、最高点、最低点、与片区管网接入点等主要位置进行了水力计算。计算发现，在管道最低点，管道压力水头已超过1MPa，因此，管道局部管材压力等级需选用1.6MPa。另外，根据水头线绘制，发现接入高位水池的情况下，在最高点，管道水力坡降线在管道中心线以下，管道有产生真空的风险，为保证二级泵站将水打压至最高点，在最高点之前5米左右设置持压阀，持压阀前水压达到设定值后，自动开启阀门。
3.2.2管道施工方式
管道沿线现状情况复杂，穿越障碍较多，本项目根据实际情况设计不同的穿（跨）越方式。采用开挖施工，工程投资最低，开挖施工技术成熟，质量有保证。对于一般管段，本项目优先选用开挖方式。对于仅在汛期有水的小的河流，可选择在枯水期施工，如施工期有水流，则采用围堰方式施工，按照规范要求设计管道埋设在河床内，保证其不受河流冲刷的影响。但对于重要交通道路、较宽的河流等，开挖施工对生产生活影响较大或不容易实施，因此需选择非开挖施工方式。本项目设计管道沿线穿越5处国道、省道时选用顶管工艺，穿越1处铁路时利用其预留涵洞穿管施工，穿越1处主河道时选择定向钻施工工艺。为避免海水侵蚀，在3处入海口设计管道通过支墩架空跨越。
3.2.3管道水锤防护
压力管道由于急剧的开泵、停泵、开阀、关阀和流量调节等，会造成管内水流速的急剧变化，从而产生水锤，危及管道安全，因此压力输水管道应采取措施消减开关泵（阀）产生的水锤。目前水锤防护措施大致可以分为以下四种类型：1）注水（补水）或注空气（缓冲）稳压；2）合理选择阀门类别，延长其启闭历时；3）泄水降压；4）其他类型。例如在较长的输水管路中增设止回阀等。
常用的水锤消除设施有水锤消除器、缓闭止回阀、注排气阀、超压泄压阀等。注排气阀在常规给水管道设计中应用较多，一般安装在输配水管线相对高点。其具有自动开启或关闭的功能，当输水管道内水锤发生而负压出现时，注排气阀开启，从而令空气进入管道内，避免较低的负压产生，发挥其作用保护管道系统。
本工程设计在管道沿线高点及每隔一定距离设置复合式排气阀。因为管道沿线最高点之后有长距离的连续下坡，设计在最高点后5-10m范围内设置水锤消除器，防止水流在该段发生水柱拉断，产生水柱弥合水锤。
3.2.4管道水质防二次污染
对于长距离输水管道，水管道的渗漏、管壁的腐蚀和管壁金属的分解细菌的再生和病原体的寄生、消毒剂副产物以及在系统中停留时间过长等都会引发水质二次污染。通过合理的设计、优化管道布置和加强监测等可保护和改善管网水质。
1．合理内防腐选择：本工程管材选用水泥砂浆内衬的球墨铸铁管，具有较高的强度和较好的防腐蚀性，可有效降低管道的渗漏、管壁的腐蚀和管壁金属的分解，并在一定程度上减缓微生物的滋生。
2．管路输送防倒流
长距离输水管道应防止因管道产生虹吸和背压回流而受污染。从管道上直接接出下列用水管道时，需在这些用水管道上设置管道倒流防止器或其他有效防止倒流污染的装置：1）单独接出消防用水管道的起端；2）从管道上直接吸水的水泵吸水管起端；3）由管道直接向有压容器或密闭容器注水的注水管上；4）喷头为地下式或自动升降式的自动喷灌系统管道起端。
3．管道铺设
给水管应布置在污水管道的上面，且竖向净距满足《城市工程管线综合规划规范》（GB50289-2016）的要求，如给水管需要敷设在下面时，应采用钢管或钢套管，套管伸出交叉管的长度每边不得小于3m，套管两端应采用防水材料封闭。
4．水质监测
管道监测是水质安全保障的必要措施。由于水质随距离增加逐渐下降，因此在下游节点设置监测点，可以反映管道内部水质的变化。当管网中某处有外来污染物质进入时，可通过监测仪表反映出来，一旦超值即可报警，为及时排除异常情况提供了保证。本项目管道在与片区管线连接前设置水质、水压、水量等监测仪表。
4.小结
长距离供水项目沿线的地形、地质、地下管线等大多是复杂多样的，在设计过程中需要考虑供水安全、施工方便、造价经济、环境保护等原则，分析工程重难点并提出针对性的解决方法，以保障供水的安全稳定。
参考文献
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