李先锐
（上海浦东建筑设计研究院有限公司，上海，201204）
【摘 要】本文首先通过分析长距离高落差输水管道的工作特点和技术难点，再就此现状研究其对安全防护工作的影响，进一步深入探讨输水管道安全防护的有效措施，最后再进行总结。
【关键词】长距离；高落差；输水管道；安全防护
一、论述长距离高落差输水管道的工作特点及技术难点
高落差输水管道除了利用地形的自然落差输水，一般优先并且更多是供水系统的重力流输水中的承压流输水，承压重力流输水系统的设计原理就是利用地形高度差产生压力完成输水过程，减弱水流对输水管道的压力，增加输水系统的安全性，不仅节约能源、操作便捷，而且成本低、投入少。另外，若管道的阀门关闭，管中的静水压只与管道的距离有关，地形高度差与水压成正比关系，管道受到的压力也因此而改变。在高落差的地区，输水管道的路径发生变化，拐角处就容易出现流水不畅造成断流的情况。同时，输水管道的输送路程越长，不仅导致投资成本更高，并且水击问题就会越容易发生。另外，长距离输水管线需要把位于较远的水源输送到城市来缓解城市水源短缺的问题,但是长距离输水管线有单管或双管,需要根据实际情况来施工和确定方案，工程量复杂，而且，由于承压流输水方式进行供水的时候，水需要流经暗管，进入管道后就形成了压力，而压力的大小与输送管道的长短呈长相关。因此，长距离高落差的输水工程的运行安全问题也成为输水工程中的重点和难点。综合而言，其实长距离高落差输水管道施工特点就导致了其施工过程的技术难度了，这是必须克服的难题。
二、分析对长距离高落差输水管道安全防护的影响因素及相关工况分析
（一）长距离高落差输水管道安全防护的影响因素
长距离高落差输水管道安全防护受到的影响因素受泵的运行、安全停水工程问题、管道承压和造价的关系、水锤的影响和以及对输水管道爆管的水力检测等等的影响因素。其中最主要影响长距离高落差输水的管道安全因素，一个是水锤造成的超压和地形本身高落差造成的管道静压：水锤是压力管道系统防护的重要内容，在长距离输水管道中，因为流速是经常出现变化的，然而当管道中流速变化时，致使管道中水的压力的升高或降低，在压力低于水的汽化压力时，水柱就被拉断，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，管道中的水就会升压。一般启动水锤只是在真空情况下，管中空气不能排出而被压缩时才会加剧水位压力的变化，但由于突然停电或事故停泵所产生的水锤往往较大，水锤压力值可达到工作压力的2到3倍，所以它的影响非常大。
还有就是高落差造成的管道静压，因为水管末端的静水压不受人为控制，管线承受的最大静水压力有限，并受管线起点和终点的有效作用限制，再因研究的是长距离高落差的有压重力自流输水，每公里的允许压降很低，倘若管道静压过大的话很容易引起水管破裂，所以因高度差产生的压力不能超出了管道的承受能力，否则再加上动水压力后，管道承受的总压力会更大的，而且由于城市供水管网的用户过多的影响，需要的压力增加，需要坡度更大落差更高的地势才能产生更大的压力，控制好其管道静压也是输水管道安全运行的关键影响因素之一。长距离输水管道各段工作压力不同，管道进口（泵站出口）压力最大，管道出口压力最小，并受地形起伏的影响。设计过程中应根据工程具体情况计算出管道沿线的工作压力，以选择管材压力值。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆另一个是负压：由于高落差的输水管道的最高点与最低点可能相差几十米甚至上百米，而输水管道产生负压的只有在停供水泵的时候才能出现，密闭的管道在停水后，管内的压力为静水压，在静水压作用下，随着管内静水位的降低，高点的管内就逐步处于负压状态了，这样就只有较低处位置才能排水。此外，还需考虑到输水管道水量，防洪工程与群众安居的关系、洪水出路与水资源配置的关系、工程建设与运行管理的关系等对高落差长距离输水管道安全维护过程中的影响。
（二）长距离高落差输水管道相关工况分析
1、线路过长输水负压变化
需要具体情况具体分析来控制安全的输水量，不宜过大的输水量否则会造成水力坡度线迅速下降，若不及时补给就会破坏管线负压 ;
2、输水管线检修问题
由于探究的是长距离的输水管道，其输水管线线路长，要进行检修只能针对损坏的有问题的某一段管线来检修，不能全线检修 ;
3、上游关闭阀门破坏水锤升降压
考虑清楚水阀的排水和消除水击的能力如何，若管线的承压较低的话，就容易造成管道的升降压被破坏，就不能及时泄出压力了 ;
4、管线低处的排泥、排沙情况
管线在施工过程中，或遇到某段输送的水质不好，就会造成水输送进来的泥沙淤积，堵塞管道，若不及时排出更加会影响输水能力 ;
三、探讨长距离高落差输水管道安全防护的有效措施
对于长距离高落差输水管道的安全防护设置需要根据实际的地形等限制条件和施工原则来针对性地选择管线和确定方案，尽量准备几个可行性高的备选方案。同时，应尽量选择土石方工程量少的、造价经济，避免穿越较多的山脊、沼泽、重要铁路和泄洪地区。毕竟管道安置在地下，所以尽量要对山区岩石、土质地段的稳定性进行反复勘探、测量和比较。但是管线设置的位置还是尽可能沿现有道路或规划道路来利用好，并充分利用地形的水位高差，优先使用承压重力流输水。在成本的考虑上，尽量减少不必要的投入和资源的浪费，但是要保证管道的质量和安全性，避免豆腐渣工程，在其后的安全防护工作上必需加大财力、物力和人力的投入。其次，因为是长距离且高落差地区的输水管道，所以管道设计的计算上必须考虑到闸阀关闭、开启及正常工作情况下产生的水锤压力及静、动水压力。由于管线地形条件，可能出现几百米的高差，所以气阀设置设计较复杂。根据输水管道的走行分布和施工的地段，在输水管道上的隆起点以及倒虹吸管道的上下游侧，要安置气阀和排气阀。在输水管道的低凹处应设置泄水管及泄水阀，做好管道排气排压的安全防护工作，降低压力，防止导致压力过大出现管道爆破的安全事故。另外，因为要经过高落差地区，输水管线又长，所以可能设数个加压泵站，分级分层进行，并避开容易出现意外事故的地区，以保证落实安全防护工作。除此之外，还有水锤的防护措施，要考虑到管道的水压较大，启停泵会引发水锤，所以管线上必须设水锤防护措施，在泵出口位置设微阻缓闭止回阀和水锤消除阀。在完成施工后，还要继续后期的基础维修和加固，不断完善改进，保障长距离和高落差的地段，输水管道是安全的。在调水工程中，长距离输水管道，长度可达十几公里，乃至几十公里，高落差可高达几百米，这样的输水难度，安全防护工作成为整个工程施工中的重中之重。
四、总结
本文首先论述长距离高落差输水管道的工作特点和技术难点，再就此分析其对输水管道的安全防护的影响，最后重点探讨了长距离高落差输水管道的安全防护措施，完善管线维护问题。实际上，因为我国水资源匮乏，并且水资源在时间和空间上分布不均匀，水供需矛盾突出，特别在城市化加快和人民生活水平的提高的情况下，长距离调水工程是势在必行的关键问题。随之而来，在建造的工程存在着许多难题和安全问题，因此，为克服困难和提高输水过程的安全性，如何做好输水管道的安全防护工作就更具有重要的理论意义和现实意义了。
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论文作者:李先锐
论文发表刊物:《工程建设标准化》2015年9月供稿
论文发表时间:2016/1/15
标签：管道论文; 落差论文; 压力论文; 管线论文; 安全防护论文; 水压论文; 地形论文; 《工程建设标准化》2015年9月供稿论文;