大管徑長距離輸水管線工程設(shè)計及造價要點

　　自20世紀(jì)90年代起，唐山市先后實施了南堡開發(fā)區(qū)唐山堿廠、京唐港開發(fā)區(qū)、曹妃甸工業(yè)區(qū)大管徑長輸水管道工程。

　　“大管徑”一般是指管道內(nèi)徑大于800-2000mm的圓形管，或者是洞高大于1600mm的壓力方涵或馬蹄涵。

　　“長輸水”是指引水距離相對較遠(yuǎn)，跨地區(qū)、跨流域達(dá)到數(shù)十公里乃至數(shù)百公里。這類工程造價受地形地質(zhì)條件、供水流量大小、管道材質(zhì)選擇等諸多因素影響，現(xiàn)就其設(shè)計造價要點分析如下。

　　1、供水規(guī)模的確定

　　長輸水管線設(shè)計計算，首先要在可行性研究階段分析需水方提供的年需水總量W和供水時間T，以確定供水流量Q。

　　2、管道斷面選擇，需技術(shù)、經(jīng)濟(jì)兩方面綜合考慮

　　技術(shù)方面，凡是滿足管道內(nèi)、外壓強(qiáng)要求，內(nèi)阻小，流量大，壽命長，無毒害，符合國標(biāo)要求，施工方便的任何材質(zhì)管道，均可被選用。

　　經(jīng)濟(jì)方面，由于管道敷設(shè)受到地形地質(zhì)條件等制約，抗沉陷，耐腐蝕，防鹽堿等方面要按特定條件選擇管材。管道經(jīng)濟(jì)直徑D的選擇，與經(jīng)濟(jì)流速V緊密相關(guān)，在計算中往往是先選定經(jīng)濟(jì)流速V的范圍，再確定管徑D。如果管徑選擇大，建設(shè)費(fèi)用偏高，但電能損失小，日后運(yùn)行費(fèi)用低；管徑選擇小，建設(shè)費(fèi)用低，電能損失大，日后運(yùn)行費(fèi)用高，因此必須經(jīng)過方案比選，確定經(jīng)濟(jì)合理的管徑。

　　3、管道的水力學(xué)計算

　　上述就有關(guān)設(shè)計要點進(jìn)行了定性分析，最終要進(jìn)行定量計算。就有關(guān)水力學(xué)計算要點概述如下：

　　流量公式：

　　Q=μω√￣2gz

　　式中：

　　Q-流量（m3/S）

　　ω-斷面面積（m2）

　　z-總水頭損失（m）

　　μ-流量系數(shù)，與管道沿程損失Jy及局部水頭損失Jj有關(guān)

　　g-重力加速度（m/S2）

　　水力坡降：

　　J=λ/d×（V2/2g）

　　即管道單位長度水頭損失（%）

　　式中：

　　J-管道水力坡度

　　λ-水力摩阻系數(shù)

　　d-管徑

　　V-管內(nèi)平均流速

　　g-重力加速度

　　沿程水頭損失：

　　Jy=V2/（C2R）;C=（1/n）R1/6

　　公式對鋼管、混凝土管而言，除與流量Q、管道直徑d、管內(nèi)流速V有關(guān)外，另外與謝才系數(shù)C、水利半徑R、管內(nèi)壁粗糙系數(shù)n也有關(guān)。

　　管道的局部水頭損失Jj，初估可按沿程損失的百分?jǐn)?shù)給出，一般取5%-10%。再依據(jù)實際管道布置分別計算，予以核定。對長輸水管道而言，局部水頭損失所占比重不大，甚至可忽略不計。

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　　總水頭損失J=Jy+Jj

　　全管道的水壓，要按逐段的靜水壓進(jìn)行選??；高壓管段要選擇耐壓管材。

　　水錘防護(hù)計算，提水泵站及壓力最高管段是水錘防護(hù)的重點，如果設(shè)計不當(dāng)，會使泵站以及局部管道遭到破壞。

　　4、提水泵站有效揚(yáng)程的確定

　　總揚(yáng)程=沿程水頭損失+局部水頭損失-地形差

　　在實際揚(yáng)程選擇中，一般選大于或接近于所需揚(yáng)程的水泵，再根據(jù)水泵的特性曲線與實際線路做出的水泵工作點，確定水泵的實際出水量和有效揚(yáng)程，確定泵型及電耗。

　　5、管材選用

　　在地質(zhì)條件較好、無沙漠鹽堿沼澤的平原地區(qū)，管道內(nèi)、外壓力不大的情況下，可以優(yōu)選預(yù)應(yīng)力混凝土管。遇重鹽堿或者海水浸泡地區(qū)，玻璃鋼管道則發(fā)揮了優(yōu)勢。而在山丘區(qū)壓力很大的高揚(yáng)程區(qū)，道路、河流穿越段及伸縮、變徑等部位，須采用鋼管。技術(shù)上有要求，就不能單從經(jīng)濟(jì)觀點考慮。因此，技術(shù)上合理的，不一定是最經(jīng)濟(jì)的；反之，最經(jīng)濟(jì)的，不一定是技術(shù)上可行的。在同管徑管材中綜合造價最低的是混凝土管，其次是玻璃鋼管，再就是PCCP管和鋼管。大管徑PE管在我國屬新興管材，盡管有施工便捷等諸多優(yōu)點，但目前國內(nèi)應(yīng)用還較少。

　　綜合以上因素，就輸水管道的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析不難看出：設(shè)計中必須經(jīng)過多方案比選，做到技術(shù)、經(jīng)濟(jì)綜合論證；長輸水管道其造價控制要點在管線上。如曹妃甸供水管線約占總造價7.82億元的52%，穿、跨越等附屬物未計其中。地上水和地下水供水的區(qū)別在于管道選擇可能相同，但取水、凈水工藝不同，凈水廠投資較高，二者不具可比性。供水工程必須作財務(wù)評價和國民經(jīng)濟(jì)評價，以論證工程的經(jīng)濟(jì)可行性。

　　作者簡介：劉亞帆，女（漢），唐山市水利規(guī)劃設(shè)計研究院，高級工程師。