生态理论在水利工程设计中的应用

董德宝

(昌吉州水利科学技术研究所，新疆昌吉831100)

1 项目概况

沙雅县地处天山以南、塔里木盆地北缘，行政隶属新疆维吾尔自治区阿克苏地区，位于阿克苏地区东南部，距阿克苏市约250 km。

沙雅县东邻巴州尉犁、且末两县，西靠阿克苏市，北接库车、新和县，南隔塔克拉玛干大沙漠与和田民丰、策勒两县相望，东西宽180 km，南北长220 km，海拔1 050～943 m。

2 管网工程施工方案

管网工程是饮水安全工程建设的重点，其中管道开挖241 700 m3，管道回填229 615 m3，管道安装251.87 km，闸阀井124个，水表井550个。

由于改水工程管网长、管沟挖填土方量大，尤其管沟在农宅施工复杂，根据近几年的管沟开挖施工经验，对管沟在农宅施工可采用付费的办法交当地农民开挖，管网工程主要施工方案如下:

2.1 管道土方开挖

管道沟槽采用机械开挖，沟槽结合管径大小开挖成梯形，底宽0.6～0.8 m，上口宽1.0～1.2 m，沟深1～1.5 m，开挖出的土堆放在沟槽外1 m，如果超挖用细土回填并夯实整平，沟槽底高程允许偏差为±20 mm，沟槽底不得有0.5 cm的颗粒。

2.2 管道土方回填

管道安装完试压前除接口外的沟槽先人工回填至管顶以上50 cm。回填土中砖、石、木块等杂物应清除干净，管道两侧至管顶以上50 cm范围内的回填土不得含有机物、冻土以及直径＞25 mm的石块和直径＞50 mm的土块，回填土应由沟槽两侧对称运入槽内不得直接扔在管道上，以免管道位移拉开接头和砸坏管道，回填其它部位时应均匀运入槽内，不得集中推入。

在管道平面转弯处外侧前后3 m内回填土方要夯实，干容重不小于自然土的干容重，夯实厚度等于管道直径。

2.3 管道安装

沟槽每500 m作为一个验收单元，验收合格后才能进行管道安装。将管节下入验收合格的沟槽，管节承口朝向上游，管节下入沟槽时不得与槽下的管道相互碰撞，管道安装的主要工具为紧绳器，将止水胶圈放入管节承口，量出承口的长度在插头上作出相同长度的标记，在插头上涂抹肥皂水，严禁涂抹溶剂、易挥发物、油脂。用紧绳捆住相邻管节的插头和承口，缓慢操作紧绳器手柄使承口外边与插头上作出的标记吻合即可。

3 管网工程生态化设计

管网工程设计需依据水源、加压站、各供水规划区的位置，考虑村村通公路工程建设，从便于施工管理、管线经济的原则确定管线位置。由于扩建区水厂位置及城乡水源水厂位置已确定，管道布置按经济、方便运行管理确定不存在方案比选，但存在输水管道运行方案的比选，这是管网工程生态化设计最为关键的内容。

3.1 输水干管道建设方案比选

依据管道布置从城乡水源加压站预留出口开始，由北往南铺设管道依次向海楼科克布运水厂、集镇水厂、达旺库木水厂、墩力曼水厂，主管道继续向南铺设到托依堡镇克其玛达水厂，主管道向东南继续铺设至托依堡集镇水厂500 m3的蓄水池，从水源加压站到托依堡集镇500 m3的蓄水池输水管道长38.6 km，如果在管道中不设加压站。

为满足各水厂的配水压力需配置高压管道才能满足整个规划区的供水要求，由于满足配水要求所有的输水主管道全部按配水要求设计，管道的设计流量增加一倍，管道工程投资高、高压泵运行费用高。

而采用分级加压供水需在主管道6号节点处设加压站及调蓄池，该段管道的长度为18.5 km，设计管径为PVC400—12.0 km、PVC315—6.5 km，管道投资为335万元。

如不设加压站从水源加压站到6号节点之间的管道同时增加3座水厂的配水流量，管道设计管径为RN500—18.5 km，由于管径大采用玻璃钢管，管道投资为775万元，这样相比在管道中设加压站投资经济，设加压站后管道的输水压力＜0.6 MPa，运行管理要求低，不设加压站后管道的输水压力0.8 MPa。可见采用分级加压供水压力小、运行管理方便、适合农村现状供水条件，这样本次管道扩建采用分级加压的供水运行方式［1］。

3.2 管材选用的方案比选

由于农村供水工程规模小、人均投资低，目前大都采用PVC—U管材、有价格低的优点，但随着农村饮水安全工程规模的提高，使用管道的管径也加大，对管道的运行安全要求更严，从管道的运行安全重要性考虑，需对大管径的管道进行性能和价格比较，提出适应农村输水安全、可靠的管材。

考虑项目区地下水和地基土对金属材料有腐蚀性作用，采用金属材料投资高，所以不采用金属材料，而球墨铸铁管适应大管径且重量大、施工难，这样可供选用的有玻璃钢管(FRP)和聚乙烯管(PE管)和硬聚氯乙烯(PVC—U)，考虑PVC—U相比、FRP、PE管在小管径方面有价格和施工优势，这样对400 mm以上的FRP、PE两种管材进行主要技术指标及优缺点比较见表1。

表1 管材优缺点比较

按照相同压力和流量下聚乙烯管和玻璃钢管所需的过水断面、相应的内径进行经济比较，见表2。

表2 管径经济比较

本次扩建虽采用最大管径为400 mm，考虑该管道主要是从水源调蓄池至海楼乡调蓄池，考虑工程的重要性及供水压力要求低，采用PVC—U有价格优点，施工维护方便，所以本次扩建的管道全部采用PVC—U，设计管道压力0.6 MPa。从工程占地、土石方开挖量、水土流失危害、水土保持投资等方面分析，选用不同的管材其变化不大，故对水土保持的影响一般，不存在孰优孰劣的问题，故从水土保持角度考虑，认为主体工程推荐方案合适。

4 结论

生态理论应用于水利工程设计，既合理利用现有水厂的资源，避免了水源工程的重复建设，又扩大了水厂的供水规模，解决了水厂供水效益差的问题。管网工程是生态化水利工程设计的重点内容，从管网布局、安装、选材、维护等方面构建生态化水利。经过本次研究发现，生态水利具有能耗小、污染少、效率高等特点，在水利工程中推广有助于实现资源的优化配置，充分发挥了水利工程的总体效益。

［1］董哲仁.试论生态水利工程的基本设计原则［J］.水利学报，2004(10):3-8.