前言

以赣东地区东乡供水工程长距离输水管道为研究背景，对原水管线的线路布置、管材比选、输水方式论证、经济管径确定及管线水锤防护等设计要点进行方案比较、技术论证，为长距离输水工程设计提供参考。

项目背景

东乡区供水工程为赣东地区抚州市近期已启动实施的四大供水工程之一，工程总投资近3.7亿元。该工程以东乡区横山水库、何坊水库为供水水源，经长距离输水管道引水至城区新建水厂，为东乡城区及周边7个乡镇提供生产及生活用水，受益人口近45万人。工程建成后有效缓解东乡区居民生产及生活用水供需矛盾，保障区域供水安全并促进当地经济社会可持续发展。

东乡区供水工程为双水源供水工程，共有两条原水输水管线且互为备用，其中横山水库输水管线长13.7km，管径为DN600,正常及应急工况下的输水规模分别为1.24万m3/d和3.1万m3/d；何坊水库输水管线长3.7km，管径为DN800,正常及应急工况下的输水规模均为3.1万m3/d。两条原水管线不仅输水距离较长，输水流量变化幅度较大，而且均位于赣东地区丘陵地带，地形复杂，管道沿线地势起伏明显。为确保其运行安全可靠及经济合理，工程设计中需将原水管线的线路布置、管材比选、输水方式及经济管径确定、水锤防护等作为设计要点进行重点分析。

设计要点

1、管线布置

根据实际地形及现场查勘，结合东乡道路规划，为使原水管线尽量少占农田，增加管道敷设安全性，横山水库原水管线考虑单一输水线路方案，即沿208省道敷设，线路全长13.7km。何坊水库原水管线提出东线方案（方案一）和西线方案（方案二）。东线方案中，原水管线沿水库检修道路直线敷设至新建水厂，线路全长约3.7 km；西线方案中，原水管线沿城区外沿公路敷设至新建水厂，线路全长约6.1 km。原水管线走向示意图见下图。

对何坊水库原水管线两种方案比较可知，采用西线方案，虽然管线可沿现状公路敷设，施工较方便。但管道线路较长，管材直接费用投资大，且管道沿程及局部水头损失均较高，末端可利用水头较低，水力条件较差。从工程长期运行及节省工程投资考虑，何坊水库输水线路采用东线方案。

2、管材比选

原水输水管道材质一般分为金属管材、非金属管材及复合管材三类。在城镇供水长距离输水管道工程运用中，当输水管道的口径较小时（≤DN1 200 mm），常用的管材有预应力钢筒混凝土管（PCCP）、玻璃钢夹砂管（RPMP）、球墨铸铁管（DIP）及钢管（SP）。几种管材的性能比较见下表。

项目	预应力钢筒混凝土管（PCCP）	玻璃钢夹砂管（RPMP）	球墨铸铁管（DIP）	钢管（SP）
综合 造价	低	较低	中	较高
使用 寿命	较长	较长	较长	一般
耐腐 蚀性	较好	较好	内防腐	内外 防腐
单管 重量	重	较轻	较重	较轻

1）PCCP管是一种钢筒与混凝土混合制作的复合管，具有较高密闭性及承受内外压能力，耐腐蚀性能良好，使用寿命也较长。但由于自重较大，施工时需做管道基础，承插接口精度难以保证，安装较为不便，施工周期相对较长，对施工机械要求也较高。本工程原水管线敷设空间等条件较差，需增加管道基础费用，总体上不经济。

2）RPMP管为薄壁弹性管，重量较轻，安装及运输方便，耐腐蚀性强，接口为承插橡胶圈柔性接口，抗震性能较好。但RPMP管的管道配件制作困难，受管材材质所限，刚度及抗外压能力较低，对管道基础及回填要求较高，发生爆管事故率也较高，供水可靠性较低。本工程中管线敷设地形较复杂，起伏较大，供水可靠性要求较高。因此不推荐采用RPMP管。

3）DIP管具有高强度、高延展性，硬度高，承压能力强，方便机械加工等优点。此外，还具有良好耐腐蚀性、密闭性及抗震性，不易爆管，对地基处理要求相对较低，施工及管理均较为方便，管道综合费用也较低。结合东乡区周边县市类似输水工程成功实践经验，经比选，本工程原水管线主管材采用DIP管。

4）SP管具有材质轻、强度高、管道接口精度高、供水安全性好，对各种地形及地质条件的适应性强等优点，采用适当的内、外防腐及电化学保护措施后，管道使用寿命可达40 a以上。此外，采用焊接或法兰方式连接，接口牢固，承受内压能力强。综合费用高于DIP管，但由于施工方便，性能可靠，适合作连接件。因此，本工程原水管线在穿越公路、河道等障碍物及地质复杂区域时，仍采用SP管。

3、输水模式

以何坊水库为例，正常蓄水位为64.23 m，最低水位为54.44 m，新建水厂场地标高44.00 m，原水处理工艺流程首端配水井进水水位标高初定为49.00 m，按最不利工况（水库最低水位）考虑，原水管线首末两端利用地形高差水头为5.44 m。输水规模为3.1万m3/d，线路全长3.7 km，当何坊水库原水管线管道直径≥DN800 mm时，原水管线总水头损失小于两端可利用地形高差水头，具备重力自流输水的条件。结合何坊水库原水管沿线地形，仅在水厂前稍有抬高，且沿线极点高程均未超过管线首端高程。因此，何坊水库原水管线具备重力自流输水条件，按重力流管道设计。

4、管径确定

结合横山水库原水管线沿线地形，在原水管线桩号7+500处，存在地形极点K1，该点地面高程为67.58 m；在桩号10+600处，存在地形极点K2,该点地面高程为65.15 m。本工程中，横山水库采用取水浮船取水，浮船泵站吸水管按深入水库最低水位（最不利工况）3 m计，则地形极点K1和K2两处的可利用水头分别为-8.28 m和-5.85 m。

自地形极点K2后，沿线地形逐渐降低至管线末端（13+700）49.0 m，横山水库原水管线纵断面示意图见下图。

当管径为DN400 mm时，应急输水规模下原水管线在极点K1、K2处所需压力明显过大；当管径为DN800 mm时，正常输水或应急输水时的管道流速明显过小。因此，考虑对DN500、DN600和DN700三种管径进行比选。

原水管线工程设计使用年限取50 a，基础收益率取6%，电费按0.6元/(kw·h)计，分别计算不同管径下的最小年值。经比较，当横山水库原水管线的管道直径为DN600 mm时，管道计算年值最小，经济更优。因此，横山水库原水管线管径采用DN600 mm。

5、水锤防护

横山水库原水管线为加压输水管线，何坊水库原水管线为有压重力输水管线，在实际运行过程中，工况复杂，在停泵、启泵、关阀、开阀及流量调节时均将产生水锤现象，导致管线压力及流量瞬时发生大幅度变化，严重威胁原水管线运行安全，因此，必须对原水管线在不同工况下的水锤现象进行模拟分析并采取防护措施，以保证管线输水安全。

经过多次模拟分析，确保两条原水管线在各种工况下的最大水锤压力均低于管道正常工作允许压力，管线沿线负压均不超过-0.5Bar。

结合各工况下水锤计算成果，当横山水库原水管线设置复合进排气阀16处，且末端阀门关闭时间大于55s及何坊水库原水管线设置复合进排气阀5处，末端阀门关闭时间大于40s时，两条原水管线在各种工况下均可正常运行。

总结

随着我国城市建设不断发展，长距离输水规划与建设等项目数量日益增多，输水规模也不断增大，在进行该类项目设计时，应以输水管线安全运行为主线，兼顾经济合理。本文对主要设计要点进行系统分析，希望能此类本工程施工提供参考、优化。

本文发表于中国市政工程2018年第2期