引青工程供水调度中东线工程管线调节

杜迎欣

(秦皇岛市引青管理局 066001)

引青工程是为解决秦皇岛市城市用水而修建的大型跨流域引水工程。工程始建于1989年，后经过多次扩建、改建和续建，目前已经形成了一个较完善的供水工程体系，在秦皇岛市占有很重要的地位。该工程担负着全市四个水厂的原水及四个企业的生产供水任务，是北戴河水厂唯一水源。全年供水量占全市用水量的60%以上。运行21年已累计向城市供水12.08亿m3，为秦皇岛市的经济建设发挥了不可替代的作用。平稳控制管线压力，避免压力过高发生爆管漏水事故，减少不必要的损失是调度工作力争要做好的。随着工程的不断完善与供水量的变化不同，根据工程特点和水力计算制定管线压力控制方法，在实际运用中最大限度地保证工程安全运行。本文着重介绍引青工程城市供水调度中东线工程管线的调节问题。

1 工程现状与供水能力

图1 引青工程示意图

由图1 可看到，引青工程由西线工程、东西线对接工程、东线工程、洋河水库四部分组成。西线工程:从西线渠首沿线经无压隧洞、暗涵、盖板涵、河道至洋河水库入口。输水规模为8m3/s。

东线工程:从洋河水库引青进水口至市区各水厂。沿线主要建筑物有:1～5号隧洞，隧洞之间为2DN1600 管线，4号洞以下是一条DN1400 与DN1600混合连接，两条DN1200 管线，中间有若干闸阀门及联通可控制压力、流量。

引青东线供水能力3.96m3/s。东西线对接是为了改善供水水质而实施的续建工程。起点为西线燕窝庄电站，终点为东线2号隧洞，避开了西洋河河道和洋河水库，实现了工程全线封闭输水。东西线对接工程供水能力为5.36m3/s。

综上现有两条供水线路:ⓐ从西线渠首取水头部，通过西线工程，经洋河水库引青进水口调节，通过东线工程分别进入四个水厂及沿线四个企业直供水;ⓑ从西线渠首取水头部在西线工程末端燕窝庄，经过东西线对接工程至东线工程的2号隧洞，以下汇入一线东线工程。整个工程沿线有暗渠、明渠、隧洞、输水管道、加压泵站、水库等多种工程型式，总长100km。两个水源地:桃林口水库和洋河水库。

2 东线工程管线调节

2.1 东线管道压力控制

引青工程供水量由各水厂在出口控制，由于供水量季节性变化很大，在每年冬季供水是低谷时期，管道压力普遍偏高，管道漏水事故时有发生。尤其是引青东线扩建工程完工后，4号洞以下管线压力大幅上升，根据水力计算，在冬季低水量运行情况下，局部管线压力将超过设计压力(4MPa)。为了使管线平稳运行曾经利用以下两种方式进行控制。

2.1.1 洋河水库引青进水闸控制

引青工程建成初期，采用控制引青进水口闸门开度的方式来调节管道压力。2000年以前一期工程设计日供水量17万t 左右，17万t 以上闸门全开，以下闸门不同程度地控制。随着东线工程的扩建，设计供水量增加，实际供水量也变化多样，单一的利用引青进水闸控制压力已不适用管理的要求。同时我们发现利用进水闸门控制管线压力有一定的弊端:ⓐ容易造成隧洞明满流交替，对隧洞安全构成威胁;ⓑ闸门开度较小时，由于闸板的约束人为地造成闸后高速水流，闸门槽等部位容易发生气蚀现象，使隧洞工程表面遭到剥蚀而破坏;ⓒ在某一闸门开度时，水流脉动压力加大，当脉动频率与建筑物自振频率相近时，会引起建筑物特别是闸门等轻型结构发生强烈振动。这种压力控制方式，对闸门和隧洞结构十分不利，而且很难收到明显的压力控制效果，一旦造成隧洞结构破坏将导致引青工程全线断水。为此采用了以下方法控制。

引青东线工程兴福庄以上，管道高程较高，压力较低(低于3MPa，或在3MPa 左右)，无须控制，管线压力局部偏高的情况出现在兴福庄以下到市区水厂段。管道压力的大小直接取决于水流通过上游管道的水头损失多少，因此，根据供水量的变化规律，对4号洞以下至郭高马坊的三排管道进行合理调度，通过增加水流沿该段管线的水头损失，就能有效地控制下游管线压力。根据水力计算，用兴福庄阀群控制，从管线调度运用上可大致分成以下几种工况(见图2):

图2 引青东线四号洞至郭高马坊管网及阀群示意图

a.日供水量低于15万t，关闭9号、10号、12号阀门，其他阀门全开，修理庄至兴福庄段单管运行，其他地段双管运行。

b.日供水量低于19万t，关闭9号和12号阀门，其他阀门全开，4号洞至郭高马坊双管运行。

c.日供水量低于22万t，关闭9号阀门，其他阀门全开，4号洞至兴福庄双管运行，兴福庄至郭高马坊三排管同时运行。

d.日供水量大于22 方t，所有阀门全开，全部管道投入运行。这种运用方式，有利于操作控制，有效地降低下游管线压力，并保证1～4号隧洞安全稳定运行。

按照上述方案，几年来我们进行了实际运用，方案中提出15、19、22万t 以及22万t 以上四种情况，对接近的供水量适用，但实际中用水量在25～12万t/日之间有更多的情况。调节中我们根据不同用水情况，在修理庄或兴福庄以上三根管搭配使用的基础上，对两个阀群组的某个阀门有更多的细微调节。利用联通阀和其他阀门所处的不同状态，即全开至1/3 开度不等来控制下游管线的压力和水量，兴福庄下游阀门仍保持基本不动。几年的运行经验与方案结合，形成了“单双管联合运行”、“双管运行”、“三管运行”“单管运行”四种基本运行方式，以及更多的组合方式。使管线调节从无序到有序，使调节方法更实际可靠。但在调节中也发现了限制阀门调控的其他问题，尤其是2008年东西线对接工程建成通水以后，上游水头抬高导致东线工程水压增大，因此对东线工程安全运行要求更高、调度更复杂。

2.2 存在问题

2.2.1 阀门安全问题

引青工程的供水量受限于秦皇岛市区另一个水源地石河水库蓄水的多少以及季节的变换，年供水量、日供水量、昼夜供水量都有很大变差，石河水库蓄水多时引青供水较少，常使日供水能力25万t的引青工程最低只供10万t 左右。夏季最多供水25万t，冬季只供10～12万t，管线压力变化很大。四个水厂的进水口阀门均掌握在用户手里，阀门开启随意性大，使压力变化处在不稳定状态。为了使整个引青系统的管线压力既平稳又满足供水需求，频繁调节管线阀门(蝶阀)是常有的事，调节范围从全开到1/3、1/4 不等或更小开度，对工程安全产生不利影响。在实践观察中发现:蝶阀门开到小于1/3 时产生振动和响声，说明阀门受到的冲击力很大，压力控制平稳是以阀门受到危害为代价，尤其是供水量小于12万t 低水量供水时管线阀门控制得更低。

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2.2.2 工程老化问题

东线工程运行21年的旧管线阀门年久失修，排气、排沙、管体等漏水处较多，调节管线时很担心薄弱环节会出问题。阀门调节刻度盘丢失，不能快速准确地观察到阀门开度的大小，野外人员只是凭感觉操作，每次调节阀门都需要很长时间反复调整，既耽误时间又对阀门的使用寿命有很大影响，同时也给调度人员决策带来含糊的概念，给下一次调节带来很大的麻烦。

2.2.3 自动化传输偏差

对于管线的调节，自动化站点数据的传输完好率越高，管线运行调度安全性越大，所以说引青自动化是引青工程安全运行的技术支持和保证。但由于自动化设备老化更新不及时，使自动化监测不能及时到位，如:数据传输有误、压力流量数据反应缓慢、主要部位流量和压力站点空缺，调节阀门时关键站点不能作为参考，这样不利于调度人员定量掌握每种运行方法，造成对阀门的调节控制产生偏差。

3 改进建议

a.尽快实施东线老旧工程的更新改造与必要的维修。加强阀门的维修和保养，查清各种阀门的完好状态，及时更换破损的部件，经常使用的碟阀更换为抗水流冲击强的其他阀门。安装阀门调节刻度盘，正确使用阀门，要严格按照阀门说明操作，遵守操作规程，操作完毕应准确地报告和记录阀门的开度，尽可能使每种运行方式与相应的供水量匹配。

b.自动化设备及时更新换代，保证自动化数据及时准确传输，对各测点的压力和流量值特别是对有疑问的站点进行校核，使其能真实地反映各站点实际情况。为了精确调整水量，建议在修理庄和兴福庄附近适当的地方安装流量计。

c.主要供水闸门要统一管理，如四个水厂的闸门要由供水单位统一管理，避免用水闸门随意开启产生压力冲击威胁管线安全。建议水厂修建蓄水池或利用事故水池调峰供水，减少调节阀门的次数以利于原水管线平稳供水。

4 结 语

引青工程供水管线随着工程的不断完善，东西线对接工程投入使用，以及用水户的不断增加，调度运行管理也将越来越复杂，尤其是东线工程的管线结构比较复杂，分期建造衔接性不好，薄弱地方比较多，水量变换也较频繁，所以在今后的工作中还要不断地总结经验，不断完善和改进运行管理方法，使引青工程更好地为秦皇岛市供水服务。