山区农饮水输水管线优化设计探讨

山区农饮水输水管线优化设计探讨

罗辉

云浮市城市规划设计院527300

摘要：随着我国城镇化脚步的加快，村镇供水越来越受到重视，特别是山区村镇供水，具有输水管线长、高差大、管线高程起伏大、用水分散等特点，本文通过对山区农村饮水工程涉及的供水分区、减压水池和中途加压泵站布置、排气阀设置、管材选择等几方面问题的分析，对山区农饮水中输水管线优化设计进行了探讨，望能够为山区供水工程实施提供参考。

关键词：山区；农饮水；输水管；优化

前言

新型城镇化成为普惠民生、改善就业的战略主线。经济学家斯蒂格利茨曾预言：中国的城镇化与美国的高科技发展将是深刻影响21世纪人类发展的两大课题。在城镇化的发展道路上，基础设施的建设必不可少，虽然作为基础设施建设之一的供水工程在近年来得到大力的发展，但是在村镇供水尤其是在山区供水工程中任然存在不少问题，中国山区（包括丘陵和高原）面积663.6万平方公里，占全国陆地国土总面积的69.1%，包括中国（不含台湾、香港、澳门）除上海市以外的30个省（区）的1564个县，山区人口6.74亿，占全国总人口的55.7%，可见解决山区供水问题的重要性。且李芳，郭林通过调查证明农村饮水安全工程水质合格率很低，水质卫生存在着很大问题[1]。山区地势复杂，起伏较大，山路崎岖，供水工程在管线布置、管材选择、供水方案确定等方面存在很多具体的问题和困难。每个工程都有一定的特殊性，本文结合相关工程实例和笔者已有的工作经验，对山区输水管线优化问题进行了简单分析。

1.供水总体方案确定

供水方案决定了一个工程的走向，在工程方案确定之前要做大量的工作，不仅要结合当地情况以及业主要求，而且还要在工程技术和经济上对方案进行比选，既要在技术上可行，又要在经济上合理，就山区而言，地势复杂，起伏较大，往往给方案确定带来较大困难，在山区进行方案确定时，情况更加特殊，以下通过几个特殊案例，谈谈笔者的看法。

①供水区域确定：当供水区域大部分村庄地势平坦，少数几个偏远村落为山区时，如果为了达到全部供水，需增设多级加压设施和长距离输水管，从而大大提高工程造价，此时，可考虑将平原与山区区别对待，山区部分另设供水设施。

②串并联方式的选择：山区地形复杂，地面标高相差大，在供水区中同时存在地势相差很大的两个地方，造成低区管道压力过高，发生爆管和管件损坏；高区出现管道压力不足，甚至水不能供至最不利点。当城市狭长发展时，采用并联分区较适宜，因增加的输水管长度不多，可使高、低两区的泵站集中管理；而当城市垂直于等高线方向延伸时，串联分区更为适宜。

③重力供水：在山区供水，有它的地势特点，也正是这种地势特点就给重力供水创造了条件，在山区也往往采取重力供水的方式，当水源附近并没有合适的地势高点时，也可以在稍远的地方找个合适的位置，虽然会增大一部分管网长度和工程造价，但通常来讲，重力供水所带来的经济优势更大。

当然不管进行何种方案的确定，在技术上可行的情况下，必须进行经济比较这样才能选出合理的工程方案。

2.减压水池与中途加压泵的布置

由于山区地势变化较大，水源地与供水区高程相差较大，在这种情况下就可以采用重力供水的方式，可节省的大量的运行费，这也是山区供水常见的给水方式，可是在水源地与供水区高程相差上百米的时候，我们就必须考虑其所带的问题，静压差过大会给输水管道带来巨大的压力，往往会产生爆管和漏损的现象，使得管道寿命大大降低，同样也使得供水的安全性得不到保障，在有些工程案例中，简单的使用减压阀来控制水压，但这只能治标不能治本，并不能从根本上解决管道压力，管道同样承受着严峻的考验，这时适当位置建立减压水池和中途泵站就非常有必要。这不仅可以减缓管道的压力，同时也能在一定程度上防止水锤现象。

减压水池：减压水池是为了减小静压差，安装在压差过大管道中间，起降低静压差的作用，其原理是利用通过水垫的方式，消耗水流的大量能量，从而起到降压的作用。宋乃硕[2]等人在云南芒市的一个工程中对减压水池进行了相关的研究，并提出了减压水池合理的设计方案，为以后在相似工程中运用减压水池，提供了相关的帮助。

中途加压泵：由于二级泵站与最不利点的地面标高相差较大，一般采用分级供水，并设中途加压泵站。如果由二级泵站直接向用户供水，为保证最不利点所需水压，二级泵站扬程将很高，使得泵房附近管道压力过高，既不安全也不经济。采用分级供水，在中间增设加压泵站，中途加压，这样二级泵站的扬程只须满足加压泵站附近管网的服务水压。大大增加了管网的安全性和经济性。

3.排气阀的设置

在有压力管路中，由于某种外界原因（如阀门突然关闭、水泵机组突然停车）使水的流速突然发生变化，从而引起压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象称为水击或水锤。因开泵、停泵、开关闸阀过于快速，使水的速度发生急剧变化，特别是突然停泵引起水锤，可以破坏管道、水泵、阀门、并引起水泵反转，管网压力降低等，所以，预防水锤发生极为重要。山区地形高程相差较大导致输水管线的典型特征为多起伏，在起伏较多的输水管道中，利用空气阀进行安全防护措施极为重要，如果不进行合理的空气阀设置，导致水锤的现象就会十分明显，在输水管道的运行过程中，空气阀要经常面对一下几种状态，①启泵初次冲水时低压高速排气；②稳态运行时微量排气；③事故断电停泵时断流弥合水锤的防护[3]。

在管网中，正确合理安装排气阀尤为重要。

①水泵的出口处与止回阀之间，起泵排气，停泵吸气，可以延长泵的使用寿命；②局部管道的最高点；③管道经常维护的后端最高点（如排泥阀，过滤器）；④长距离管道输水时，坡度≤D/1000时每隔500～1000m的斜坡处，坡度≤D/100时每隔1000～1500m的斜坡处，坡度≤D/10时每隔1500～3000m的斜坡处，坡度≥D/10时管道的最高点；⑤管径变化处；⑥压力递减处[4]。

对于长距离或者起伏较大的山区输水管道，排气阀不能按照传统的方式按管道口径的1/8～1/6选取，必须要通过排补气量、管道流量、压力和排气阀参数等数据分析计算，合理选择不同功能的排气阀，因为不同的排气阀，它的排气量相差较大，具体计算详见文献[5]。

4.管材的选择

在供水工程中管材的选择尤为重要，管网建设在市政工程中占有了越来越重要的地位，一般来讲，给水管网占整个给水系统投资的６０％～８０％，他不仅关系到总工程造价，还与管道的使用寿命和工程施工的难易有关，所以我们在管材的选择上要进行综合比较，选出最优，最符合工程实际的管材。

村镇供水输水管材的发展在我国已经有了几十年的历史，各种管材（如钢管、铸铁管、钢筒砼管、球墨铸铁管、玻璃钢FRP管、聚乙烯PE管和聚氯乙稀UPVC管等。）均有其不同的应用领域及适用范围。根据《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》（CECS193：2005）规定，水锤防护设计应保证输水管最大水锤压力不超过1.3～1.5倍最大工作压力。水厂通过压力输配水至用户，输配水管工作压力为20～50m，管道承受能力为最大水锤压力加上0.2Mpa—0.4Mpa的安全余量；同时，考虑县城地形条件复杂，输配水管应选用能承压1.0Mpa的管道。小口径、长距离压力输水管的管材选用要求安全适用，有质量保证。根据国内管道的生产使用情况，下表列举四种管材进行比较[6]，选择提供一定的帮助

考虑输水安全性、管道安装方便及综合造价，外径≤400和外径≥32的管道主要采用PE管，外径＞400采用球墨铸铁管，而在地形变化较大或地质较差的地段（如过河、过桥、横穿道路等地段）可采用钢管。

5.结论

山区给水工程不同于一般给水工程，山区给水有其自身的特点，必须结合实际情况对它进行特殊化考虑，这样做出的给水工程才不会趋于形式。

参考文献：

[1]李芳.贫困干旱山区农村饮用水水质监测分析.中国公共卫生管理，2011，27（1）；83-84

[2]宋乃硕，施永生.大落差重力输水在供水工程中的应用.科学技术与工程，2012，20（1）；224-226

[3]陆天友.空气阀在多起伏输水管线中的应用.中国给水排水，2012，28（9）；52-54

[4]GB50013-2006室外给水设计规范，2011年版

[5]刘洋.排气阀在供水管网中的应用.阀门，2012，（5）；26-27

[6]董醇良.山区农村饮水安全工程管道设计施工技术.中国水利，2010，（7）；47-49