山东省淮河流域水利管理局规划设计院 山东济南 250000
摘要：由于我国经济的飞速发展，人民生活水平日益提高，我国各个地区的用水量都在不断增加，许多地区水资源已不能满足正常的供水需求，更为严重是，个别地区的水资源已受到严重的污染，达不到饮用水标准。因此，为解决由此带来的供水紧张问题，我国长距离输水工程也随之不断的发展，然而长距离输水工程还存在诸多技术问题有待我们进行深入研究和探讨。
关键词：长距离输水工程；管材选择；经济流速
1长距离输水工程管材的选择
在长距离输水工程中，管材的选择一般要根据工程的规模，管道的工作压力，输水距离的长短，工程的进度与重要性，以及工程所在地的地形、地貌、地质情况，当地管材的生产状况，管材的适用性，特别是工程资金的落实情况，而后进行技术、经济、安全等方面论证综合比较后确定。
我国地域广阔，各地区的地形地质自然状况不一，经济形势与应用管材的历史状况也各有区别，而每项工程又都具有自己的特殊性，因此，长距离输水工程管材的应用也是多种多样的。某一种管材在一个地方、一个工程被选用，其经济技术方面具有合理性，而在另一个地方、另一个工程就不一定合理。根据长距离输水工程设计的经验，特别是近几年我国引进大量的新型管材和新的生产工艺，管材的优化尤为重要。目前，长距离输水工程大都在螺旋钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管与PCCP管、玻璃钢管等管材中选择。
2经济流速与经济管径的选择
长距离输水工程经济管径的确定，关系着输水工程的合理性和工程的总造价。在经过技术方案的论证，优化选择了最佳方案后，尚要进行管材的论证比较，然后再进行经济流速的计算，确定经济管径。
经济流速的计算方法种类很多，有很多不同的计算方法。一般有采用公式直接计算的，有采用基建投资+20年电费（有的也采用10年电费）进行计算比较的。目前，较为常用的是动态法，动态法种类也有不同的形式。当前，在一些项目的计算中应用年值法与净现法较多。
3水锤防护措施
3.1调压塔
调压塔主要有单向调压塔和简单调压塔两种类型，简单调压塔是一个接到管路上的开敞式竖井或塔，兼有注水和泄水两项功能的水锤防护措施，其主要目的是防止压力管道中产生负压。当压力管中的压力降低，调压塔就会自动向管道补水，以防止或减少管道中产生负压；当管道中压力升高时，它充许高压水流进入调压塔，将管道中的水锺压力转化为调压塔水体的势能，从而起到缓冲水锤升压的作用。简单调压塔一般适用于大流量、低扬程的长管道系统。也可结合地形应用于压水管垂直上升的取水泵房中，多数情况下因其断面面积大、高度大、造价高而较少采用。单向调压塔一般设于输水管线容易产生负压和水注分离的特异点，如膝部、驼峰和主要高峰点，是一种用于防止管道产生负压、水注分离的可靠经济的措施。相对于双向调压塔，单向调压塔的费用较为低廉。目前，该措施是长距离输水工程中最常用的水锤防护措施之一。单向调压塔的装设位置、数量、容积、水位标高、注水管的尺寸及其水锤防护效果等，都应经过计算机动态模拟计算，经过比较才能最终确定。
3.2空气阀
长距离输水管道在开始输水、停止输水和流量调节及事故停泵的不同工况下，需将管内空气排出，或将管外空气补进管内，使压力管道系统不受气体、水锤负压等危害。空气阀以其结构简单、费用低、安装方便等优点在泵供水系统中已被广泛应用，尤其是在长距离输水工程中。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆目前，我国市场上常见的空气阀种类很多，根据额定工作压力和进排气孔口尺寸大小，可分为高压、低压和复合式空气阀；根据其工作特性，可分为进气阀、排气阀和进排气阀；根据其结构形式，可分为浮球式、浮球杠杆式、组合式、气缸式排气阀。在对管道进排气的设计上，应该从计算方法和空气阀产品性能、质量等方面着手，科学合理地进行空气阀的选择与设置。
3.3可控阀
阀控制是水锤防护最普遍、最常用的措施，通常有液控蝶阀、缓闭逆止阀等。其中蝶阀是事故停泵中最主要的控制水力过渡过程的可控阀设备，其原因在于它是目前比较容易控制关闭速度的一类阀门，在水泵启动时能够先慢后快地自行开启；当事故停泵时，阀门可以按预定的程序和时间自动关闭。这样不论是在正常启闭水泵过程，还是在事故断电过程，既能减弱正压水锤，又可限制倒流流量和倒转转速，从而既具备泵出口控制阀门的作用，又具有止回阀和水锤防护的作用。
3.4泄水降压型
泄水降压型水锤防护措施，主要有止回阀加旁通管、水锤消除器、防爆膜等几种。旁通管防护措施主要是在水柱分离段的末端布置一逆止阀和旁通管，可减小水柱弥合的升压和减小下游其他部位的水力波动，主要是因为该阀和旁通管作为管路中的阻力部件，一方面阻止倒流流量，削弱水流对气穴的冲击，从而减小了弥合升压；另一方面则通过倒流释放能量，消减了关阀水锤压力的幅度。水锤消除器是具有一定泄水能力、并适合于泵站停泵水锤压力变化过程的安全阀。在水泵断电后，管路中出现低压的短促时段内，水锤消除器阀门迅速动作，呈开起状态，待倒泄水流到达，管道产生突然压力升高的瞬间，迅速按照要求，释放一部分管道中的压力水，以缓冲压力上升，从而达到防止水锤的目的。
4管道的稳定性问题分析
在长距离输水工程中，若为单管高压输水管道工程，此时受到长距离、地质地形条件等的影响，必须采取有效措施保证管道的稳定性，可以从管线、管材、水压、地形等方面合理处理该问题。一般来说，需要遵循以下几个原则：（1）在布置管线时尽量避开山体滑坡地段、淤泥地段、水流冲刷地段等，这些地段极容易在出现自然灾害时发生较大的地形变化，影响到输水管道的稳定性。另外，在条件允许时，尽量增加埋设管道，这样可以降低温度、滚石等对管道稳定性的影响。（2）对管径≥350mm、试验压力＞10kg/cm2的管线，在其弯头处设置混凝土支墩，起到固定作用，用被动土压力和支墩的摩擦力来抵抗管道内水压产生的一个向外推力，确保管道的稳定性。（3）对于明设管道，根据实际情况设置管道伸缩器，通过计算滑动支座和固定支座的受力，从而实现支座形式与伸缩器之间受力的均衡性。
5穿越复杂地形的管型选择
受地形地貌限制，长距离输水管道不可避免的面临穿越河流、铁路、公路、高速等复杂地形条件。对于小口径柔性管道穿越较为安全地形，可采用定向钻方式敷设管道；对于大口径管道穿越不利地形，顶管技术及盾构技术较为常见。目前，穿越河流、高速、铁路多采用顶进混凝土套管，套管内顶进主管道的方式。
6结语
近几年来，随着我国工业迅速发展、人民生活水平的提高和城镇化进程的加快，城市的需水量增加很快，就近取水已远远不能满足人民生活和生产的需要，加之我国水资源时空分布极不均匀，由此带来的水资源供需矛盾日益加剧，很大程度上制约了社会经济发展和人民生活水平的提高。为满足用水需求，确保供水，有时需要从很远的地方寻找水源，因此，长距离输水工程也逐渐增多。管道选型应从多方面综合考虑，统筹兼顾，才能满足人民生活的需要和社会经济的可持续发展。
参考文献：
［1］陈亮，李海，史书宇等．预制混凝土空气阀井在寒冷地区长距离输水工程中的应用［J］．给水排水，2011，37（10）：98－100．
［2］赵莉，杨玉思，卢玉东等．长距离输水工程中排气阀的性能探讨［J］．南水北调与水利科技，2014，12（6）：213－216．
论文作者:罗万鸿
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第21期
论文发表时间:2018/2/26
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