引水工程设计的几个问题探究

曾中梅

广西南宁水利电力设计院

摘要：在进行引水工程设计时，不仅需要结合工程项目的地形地貌，合理布置可行的引水线路，还要选择合理、经济的输水方式，保证引水工程设计的合理性、经济性、可行性，进而推进引水工程的顺利实施。

关键词：引水工程；人饮；设计；问题

引言

我国是个水资源缺乏的国家，水资源的分布不均匀，水污染的日益严重，造成我国很多地区缺水问题日益严重，饮水不安全人口不断增加，广西纳入全国农村饮水安全工程“十二五”规划的农村饮水不安全人口有1779.64万人[1]。为保证我国水资源能得到合理的利用，开展引水工程就显得十分重要。在进行引水工程设计时，不仅需要结合工程项目的地形地貌，合理布置可行的引水线路，还要选择合理、经济的输水方式，配套相应的附属建筑物，以保证引水工程设计的合理性、经济性、可行性，进而推进引水工程的顺利实施。

1线路布置

在开展引水工程设计之前，设计人员应充分了解项目区的地形地貌，再开展线路布置工作，尽可能保证所布置的输水线路顺直性，减少输水过程中的水头损失。同时，在进行引水工程设计时，应充分了解当地农田、河道和道路的分布情况，输水线路尽可能避开其他建筑物，以避免土方开挖对现有建筑物的稳定安全造成影响，也利于输水线路的运行管理维护。此外，在进行人饮工程的引水设计时还需要考虑工程项目环境状态，这里所说的环境状态包括气温变化趋势和空气酸碱度等方面。人饮工程的引水线路应避开污染区域或有可能引起水安全的地区，实在无法避免时应采取有效的措施对输水线路进行保护，确保用水的安全。引水工程的线路一般都比较长，施工过程中的材料运输也是输水管线布置需要考虑的问题之一，如果线路布置远离现有的项目区路网，施工材料的运输费用将增加工程的投资，同时也不利于今后的运行管理。因此，在线路布置时应综合考虑各项因素，通过多方案的比选，不断优化，才能布置出合理的输水线路。

2输水建筑物的选择

引水工程的输水建筑物包括：引水隧洞、输水管道、渠道、渡槽及涵洞等，根据供水的用途不同以及项目区的地形特点选用。由于人饮工程需保证饮水的安全性，所以一般选择输水管道进行输水，以避免输水过程中的由于各种不可预测的因素造成水污染，影响供水安全。

输水管材的选择：

（1）球墨铸铁管

优点：运行安全、可靠，破损率低，施工维修方便、快捷，防腐性能优异等。新开发的”岩盾“系列管道可以适用于非开挖施工，广泛应用在过河、穿路、穿越建筑的管线施工中。”赛锌“系列管道则使用特殊锌铝合金外喷涂工艺，数倍提高管道的耐腐蚀性能，广泛用于腐蚀性较强的土壤施工中。

缺点：不使用在高压管网。由于管体相对笨重，安装时必须动用机械。

（2）螺旋焊缝钢管

优点：管材强度高，工作压力高，韧性好，耐冲击，对复杂地质有较强的适应性。铺设便利，适应性强，可以穿越各种障碍，单位管长重量较轻。

缺点：需要进行内外壁的防腐，管道的加工要求精度高，维护工作量大，而且单位管长价格较砼管、球墨铸铁管高。

（3）预应力钢筋混凝管

优点：目前预应力混凝土管在我国应用比较广泛，具有强度高，抗腐蚀强、寿命长，造价较低，特别是管径大于400以后，选择预应力钢筋混凝管可明显降低工程造价。

缺点：造率较大，水头损失较多，管材质量重，运输和施工不方便。

（4）塑料管

优点：塑料管中价格低、安装方便、适应性强，PVC、PE及HDPE管最为常用。其中PVC-U塑料管最为经济和施工方便。PE和HDPE塑料管属同类产品，其性能相近，均具有柔性好、伸缩性能佳，可适应各种地基，允许管道短期超负荷能力强，运输、安装方便，防渗性好，采用热接接头，接头可靠。

缺点：PVC-U塑料管其管材脆性大，易开裂，PE管材价格略高于PVC-U管，大管径塑料管工程造价高。

与其他工程项目相比，引水工程属于一项长期连贯的施工项目，因此，在引水工程设计时应从工程项目连贯施工的角度出发，选取质量优良、适合工程项目的管材，从本源上控制引水工程在实施过程出现问题的可能。保证输水管整体连贯性还能够控制水源输送时出现渗漏现象，有效落实管材连接质量提升的目的。由于引水工程中管材费用是占总投资的比重大，因此在选取引水管材时应还应考虑引水工程整体的经济效益，在满足工程需要的同时，降低工程投资。

3输水管水力计算及结构复核

确定输水管管材后，应根据管道的经济流速及设计供水流量来计算输水管的管径。设计常采用平均经济流速来确定管径，当D=100mm～400mm时，平均经济流速取0.6m/s～0.9m/s；当D≥400mm时，平均经济流速取0.9m/s～1.4m/s，大管取大值，小管取小值。根据管材的标准管径，初定管径。目前引水工程中的水力计算采用管道水力计算公式，可以选用达西公式、海曾-威廉公式。在管道水力计算时，除了考虑管道的沿程损失外，需将局部水头损失考虑在内。大管径、线路长，管线的弯管段多将增加水头损失，对远距离输水是十分不利的，因此在布置管线是尽量避免90°转角，以保证输水的保证率。

一般水水管道在进水口位置的水压力最大，出口处的压力最小，受输水管线地形起伏变化的影响，设计管线各段的工作压力也不尽相同。通过水力计算得到管道沿线的工作压力，考虑水锤的影响，各管段选择不同的管材，已保证工程的安全性和经济性。对于水锤的影响，可采用设置安全阀、泄压阀、缓闭止回阀等工程措施进行防护。

普通灰口铸铁管、球墨铸铁管等；混凝土管包括钢筋混凝土管、预应力混凝土管等。

②最大工作压力应根据工作时的最大动水压力和不输水时的最大静水压力确定。

4输水附属建筑物

大多数引水工程具有输水线路长、线路地形多样化的特点，增加了引水工程在运行时的管理维护。因此，在引水工程设计时，设计人员除了对输水管线进行设计外还要布置配套相应的附属建筑物，便于工程今后的运行管理。在进行输水管设计时需要在输水管线上设置检修装置和控制装置，以便于输水管线在运行过程中出现问题时能够对出现的管段进行维修而不影响其他管段运行。对于输水管线上检修装置来说，主要包括检修阀、排水阀和排气阀等装置，根据地形及工程的需要设置。对于控制装置来说，主要包括流量控制计量装置，这一装置能实时记录各个供水区域的用水情况，便于工程的运行管理。在输水管道局部高点和管线竖向布置平缓段及在规定的长度范围内设置进排气阀，避免输水过程中管道内部产生过大的压力，出现爆管或者真空状态，破坏管道，保障输水管道运行的安全性。而在输水管线低处，应按照引水工程设计的相关规范要求设置泄水阀装置，控制输水管道中水量，保证管道排水和检修工作顺利开展。

结语

综上所述，了解到当前在实施引水工程设计时会受到多方面外在因素的干扰，在这个过程中就需要对引水工程设计中需要注意的几个问题实施有效分析，加深相关人员对引水工程设计的了解，推进相应设计工作顺利开展。上文通过线路布置、管材选择、输水管水力计算、输水附属建筑物这几个方面阐述引水工程设计要点，在提升引水工程设计效果的同时，确保我国各地区水资源能够得到合理应用。

参考文献：

[1]全国农村饮水安全工程“十二五”规划，2012年3月21日

[2]村镇供水工程设计规范SL687-2014

[3]陈靖韬，谭建国.长距离引水工程中的水锤分析设计[J/OL].江西建材，2018（05）.

[4]孔晓阳，袁磊.乌鲁木齐市大西沟管道引水工程设计要点及解决方案[J].江西水利科技，2017，43（02）：108-111.

[5]郑建彬.长距离引水工程输水系统输水方式选择分析[J].福建水力发电，2016（01）：19-21.