夹马口扩建灌区泵站出水管选择方法

2012-10-20张艳玲

山西水利 2012年12期

张艳玲

（运城市水利勘测设计研究院，山西运城 044000）

夹马口引黄灌区是山西省一座大型电力提水灌溉工程，主要灌溉临猗县峨嵋岭以南的阶地，设计灌溉面积3.4万hm2，涵盖临猗、永济2县10个乡镇，对当地工农业生产发展发挥了重要作用。虽然临猗县垣上9个乡镇的4万余hm2耕地，土壤肥沃，光照充足，但由于干旱少雨，粮棉产量较低，因此必须发展引黄灌溉工程。夹马口管理局根据当地实际条件，在一级站引水的基础上，在临猗泉杜扩建二级泵站，从一级干渠引水，经过加压泵站，控制临猗以北垣上2.73万hm2耕地的灌溉，从根本上扭转当地农民靠天吃饭的局面。

泵站是灌区的枢纽部分，泵站出水管在渠道和泵站之间起着连接和承上启下的作用，下面就泵站出水管的选择作一简单阐述。

1 管径确定

影响输水管道直径选择的因素较多，不仅与管道通过流量、流速有关，而且与管材费用、施工条件、运行费用及投资偿还年限等密切相关。

水泵的吸水管采用直径1 000 mm的钢管，管内流速为1.9 m/s，出水支管采用直径900 mm的钢管，管内流速为2.35 m/s。出水管路起坡后，管路长5 465 m，采用并联运行，并联后为3根管道，单根管道过水流量为4.5 m3/s。

水力计算公式为：

式中：h损——沿程损失，m；

L——管线长度，m；

n——管道糙率，取0.013 2；

Q——过水流量，m3/s；

d——管道直径，m。

经计算，直径为1 600 mm的钢管的沿程损失为16.1 m；直径为1 800 mm的钢管的沿程损失为8.63 m。

当水在管道中流速增大到一定程度时，会对输水管造成一定压力。在流量不变的前提下，流速愈小，管径愈大，工程造价愈高，但运行费用较低；反之，流速愈大，管径愈小，造价相应较低，但水头损失和运行费用随之增加。因此，在选取经济流速后，应进行技术经济比较。

当流量为4.5 m3/s时，若选择直径1 600 mm的管道，管道流速为2.24 m/s，根据预应力混凝土管的规格，最大工作压力为1.2 MPa，因此需采用735 m长预应力钢筒混凝土管（PCCP管）和4 730 m长预应力钢筋混凝土管。预应力钢筒混凝土管投资300.1万元/根（含安装费），预应力钢筋混凝土管投资840.94万元/根，两种管材共投资3423.12万元，年上水量按8000万m3计，年运行电费1 258万元（0.258元/kW·h）。若选择直径1 800 mm的管道，管道流速为1.77 m/s，预应力钢筒混凝土管（PCCP管）管长735 m，预应力钢筋混凝土管长4 730 m，预应力钢筒混凝土管投资344万元/根，预应力钢筋混凝土管投资978.8万元/根，两种管材共投资3 968.4万元，年运行电费1 160万元。直径1 600 mm的管道一次性投资减少545.28万元，但年运行电费多98万元，若采用直径1 800 mm的管道，电费在5.6年后可补偿回来。因此，采用直径1 800 mm的预应力钢筋混凝土管和预应力钢筒混凝土管（PCCP管）较为经济。

2 管材选择及性能对比分析

2.1 管材选择

输水工程的管材选择关系到工程运行安全及其寿命，为此应结合当地实际，根据建设工期、运输距离、敷设根数、管道规格、压力大小、外部荷载、地质地形、地震烈度及管材性能等综合分析后确定。

通过管材投资比较和已建输水工程运行实践经验，在选择管材时，必须选择具有一定输水能力，高密封性、高强度、造价相对低的管材，以保证输水管道安全可靠运行，并达到减少工程投资的目的。

由于输水管道为有压管道，且管线较长，管材的选择直接影响工程投资和效益。根据市场上管材的种类和规格，考虑预应力混凝土管和玻璃钢夹砂管两种管材。在满足设计流量的条件下，预应力混凝土管（n=0.013 2）需管径 1 800 mm，玻璃钢夹砂管（n=0.008 4）需管径1 600 mm。

2.2 管材性能对比

采用直径1 800 mm的预应力钢筋混凝土管和预应力钢筒混凝土管，管材共需投资3 968.4万元（含安装费）；采用直径1 600 mm的玻璃钢夹砂管，管材共需投资4 105万元。玻璃钢夹砂管比预应力混凝土管多投资136.6万元，但年节省电费6万元，需22.8年补偿回来。且玻璃钢管承外压低，对敷设要求较高，施工难度大，综合性能相对较差。加之泵站每年约有230 d不上水（空管），对管道安全不利。经综合分析，选用3根直径1 800 mm的预应力钢筋混凝土管和钢筒混凝土管（PCCP管）较为合理。