赵静
新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司云南分院 昆明 650000
摘要：节水灌溉工程中管道安全最重要，且其投资占比较大。通过云南高原山地典型工程管材管径选择，从水力学条件、造价等六方面分析，结果表明：当管径小于400mm时，采用PE管，大于400mm时，采用钢管结合PE管，其安全性最优，经济性居中；在满足过流能力前提下，选择规范允许流速中值偏上时的管径较合理。
关键词：节水灌溉；管材管径；材料
1引言
云南以高原山地为主，山地约84％。按国家“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”新时期水利工作方针，云南多地区都在实施灌区高效节水项目建设。在高效节水灌溉中，输水工程和田间工程投资最大。其中，输水工程投资中管材投资占40%左右[1]，田间工程投资中管材投资占比多在60%以上。因此，在设计比选阶段，为降低工程投资，一是提高管道整体安全性，合理选线，避开不良地质地段，二是选用合适管材管径。云南高原山地节水灌溉工程起步较晚，且因过流、承压能力、地形地质条件等不同，管材管径选择有其特殊性。本文拟结合工程实践，对云南高原山地节水灌溉工程投资及管材管径进行选择。
2节水灌溉工程设计简述
云南高原山地节水灌溉工程包括4部分：①水源工程：一般利用已建水库；②输水工程：将水库的水引至高位蓄水池，再自流引至田间地头；③田间工程：含配水干管、支管、毛管、喷头等设施，据水源与供水条件、地形、土壤特点、种植模式等，相应采用滴灌、喷灌、管灌等微灌型式，实现高效节水灌溉；④自动化系统：在投资允许时，自动化有利于运行管理。工程布置见图1。
其中，输水工程主要涉及管道选线、管材管径选择、镇、支墩、蓄水池布设。田间工程由首部、配水干管、地埋支管、地表支管、毛管组成，参见图2。在工程设计中多以现状田间道路及沟渠（冲沟）为划分边界。整个节水灌溉工程布置流程为：水库→输水干管→高位蓄水池→配水干管→地埋支管→地表支管、毛管、喷头。
图1 节水灌溉工程布置简图
图2 典型田间工程设计图
3 典型工程投资分析
选用虎跳峡、张家林场、小河底、泸西3.5万亩花卉产业园等4个典型工程进行分析，各部分投资如表1。由表可知，输水工程和田间工程投资占工程部分84.86%～96.89%，管材投资43.06%～54.37%。可见，合理优化管材管径，经济意义明显。
4 管材管径选择
目前节水灌溉工程多采用钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管、高密度聚乙烯管（PE管）、硬聚氯乙烯管（PVC-U管）等五种。结合云南高原山地节水灌溉工程具有高水头、长距离、地形起伏波动大等特点，分别从以下六方面比选。
①水力学条件
主要分析过流能力。玻璃钢管糙率为0.009，PE管、PVC-U管和采用内涂层防腐时的钢管糙率为0.011，球墨铸铁管糙率为0.0125。因此，同管径条件下，玻璃钢管过流能力最强，PE管、PVC-U管和钢管次之，球墨铸铁管最低。另外，过流量一定时，管径越小，流速和水头损失越大，但投资越小。根据规范，允许流速在1～2m/s，上述管道均能满足要求。从工程实践来看，选用中值偏上时的管径较合理。
②承压能力
在承受内压方面，一般设计最大管道压力多为1.0～1.6MPa，上述5种管材均能满足。在承受外压方面，钢管及球墨铸铁管最强，玻璃钢管次之，PE管、PVC-U管最弱。另一方面，云南高原山地地形起伏较大，管道压力变化亦较大，而玻璃钢管一般采用同种材质缠绕接口，接口质量难控制；PVC-U管主要连接方式有承插式和粘结剂粘结，连接部位较弱。
③地形地质条件适应性
钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管容许转角较小，PVC-U管稍大、PE管最大，上述材料对管道基础的要求相对较高。主管区回填材料的最大粒径：钢管及球墨铸铁管为25mm以下，玻璃钢管、PE管、PVC-U管为20mm以下。可见，PE管适应能力最强。另外，管径越小对地形地质要求越低。
④抗腐蚀性
钢管、球墨铸铁管均需采取防腐措施，钢管内壁可采用环氧涂料、外壁采用3PE防腐层[2]；球墨铸铁管内壁可采用水泥砂浆内衬防腐，外壁采用喷锌+环氧煤沥青防腐[2、3]。若严格执行防腐工艺，可较好解决抗腐蚀性问题，但造价相应提高。玻璃钢管、PE管、PVC-U管材质本身抗腐蚀能力强，无须防腐。但是，PVC-U管的抗老化能力较PE管和玻璃钢管稍差，且一般会添加含重金属的助剂，可能造成水源污染。
（下转第319页）
⑤施工难度钢管较重，单节管长可达12m，接头数量少，采用现场焊接接头，施工进度慢。球墨铸铁管亦较重，装卸和搬运困难，有标准配件，机械连接接头具有可挠性与伸缩性[4]，接头施工方便。玻璃钢管最轻，采用承插接头，单节管长12m，接头数量少，施工速度快。PE管、PVC-U管重量也较轻，采用热熔接头，单节管长12m，最大可到18m，接头数量少，施工速度快。
⑥造价
根据市场询价，当管径小于400mm时，钢管直径每增加100mm，单价增加20%～50%，当管径大于400mm后，随管径增加，单价增幅有所减小。球墨铸铁管单价略低于钢管，但需连接件，其随管径增加造价较高。玻璃钢管随管径及压力等级增加，单价增幅与钢管差异不大，但同管径同压力等级情况下，单价比钢管约低30%。而小管径塑料管价格有优势，其中，同管径及压力等级下，PE管单价比PVC-U管约高30%，但当管径大于400mm时，单价几乎与钢管相同。
根据管材优缺点，本文所述4个典型工程管材选定方案为当管径小于400mm时，采用PE管，大于400mm时，采用钢管结合PE管，此方案的安全性最优，经济性居中。若以选定方案工程投资为基数，则 PVC-U管＜玻璃钢管＜选定方案＜PE管＜钢管＜球墨铸铁管。而管径则主要是在确保满足水力过流要求的条件下，选定允许流速中值偏上时为合理管径。
5 结 语
云南高原山地节水灌溉工程中，输水工程和田间工程投资达80%以上，而管材投资在40～60%左右。因此，优化管道线路和合理选择管材管径均尤为重要。
笔者根据工程实践，认为PE管或钢管和PE管组合的管材方案，安全性最优，经济性居中；对于管径，因云南高原山地地形变化大，弯头较多，水头损失亦较大。因此，在满足过流能力的前提下，选择规范允许流速中值偏上时的管径比较合理。从实施效果来看，有一定借鉴意义。
参考文献：
[1]马驰.管道设计完整性研究[J].当代化工,2015,44（1）：190-192.
[2]杨一.给水管道的防腐蚀[J].石油化工腐蚀与防护,2010,27（5）：46-47.
[3]郭建传,魏存祥,杜晓春.管道涂层发展与新技术[J].管道技术与设备,2009,5：49-51.
[4]叶慧. 蒙山县屯巴山灌片高效节水灌溉工程设计[J]. 广西水利水电,2016,02：60-63.
论文作者:赵静
论文发表刊物:《防护工程》2018年第14期
论文发表时间:2018/10/19
标签：钢管论文; 工程论文; 管径论文; 管材论文; 云南论文; 山地论文; 节水灌溉论文; 《防护工程》2018年第14期论文;