新疆喀什一市四县输水工程压力控制设计

蔺胜江

（新疆兵团勘测设计院（集团）有限责任公司，新疆 乌鲁木齐 830000）

0 引言

我国国土分布面积广阔，各地地理环境和气候条件存在着很大差异，导致水资源分布严重不均，多数情况下需要建设长距离的输水工程来解决不同地区水资源差异的问题[1]。在长距离输水工程中，多采用管道输水的形式，这种输水形式具有对环境的要求较低、施工成本低，施工作业快捷方便等多方面优点。在输水工程设计中，管内压力的控制是常见且较复杂的问题。分析长距离输水工程沿程压力控制将有效提高输水工程的建设质量与效益。

1 新疆喀什一市四县城乡饮水工程概述

1.1 城乡饮水工程

新疆维吾尔自治区喀什一市四县城乡饮水安全工程修建的目的是为了解决该工程项目区域内现有的供水不足、水质超标等问题，提高当地居民的生活水平及质量，进一步改善工程项目内的饮水条件，以此促进喀什地区经济社会的发展进步。为建设一个可靠性与安全性具备的水源工程，在项目施工之前选择相应的配套供水管网以及经济合理的供水方案，来满足该项工程项目内城乡居民的用水需求。

饮水工程规划供水人口为138.48万人，预计到2020年时供水人口总数将到达180.58万人到2020年日最高供水量为34.43 万 m3/d（3.98 m3/s），日最高取水量为 38.42万m3/d，规划内的取水流量定为4.45 m3/s，预计年总取水量为10460.71万m3，满足了在伽师县内供水到户，其他一市三县则供水到所属市（县）的水厂，通过铺设输水管网来为沿线的农村人口预留出供水分水口。城乡饮水项目分为近期与远期两期工程，近期工程施工铺设输水干支管共计504.82 km，具体为总干管25.65 km、干管202.03 km、干管至农村水厂的管道工程为27713 km，其输水管管径为DN1600-160；远期工程待日后在总水厂与县城水厂之间的管道旁边再添加一条新的管道，与近期管道互为备用、伴行设置，远期工程预计铺设输水干管的总长度为227.69 km，其中有总干管25.65 km、有干管202.03 k，输水管管径为DN1600-600。

1.2 输水工程沿程压力问题

在长距离输水过程中，存在用水地地势高于水源地的情况。对于这种情况应该依据管线的长度、地形的高度差、设备的动力以及管材的承压能力等具体条件，沿管线设置相应数量的中途加压泵站，依靠压力将水输送到用水地。目前，加压泵站之间的内部系统采取的形式多为在戏水池中断压力，然后依靠水泵提升的方式。部分长距离输水沿程设计中，不设置加压泵站的吸水池，用管道将相邻的两级泵站的进出水管直接连接，通过对各级泵站之间启动时间的控制来实现输水工程的正常运转。需要注意的是，在一些矿区、山区以及一些新建的城市等，由于生活用品的供应不充分、交通不便利、供电供暖跟不上，给加压泵站的运行以及后期管理维护造成困难，故长距离输水工程沿程应当少设置甚至不设置加压泵站[2]。

2 供水方案的选择及确定

经过对工程的系统安全、工程总投资、后期运行管理维护以及对现有设施的利用程度等多方面进行综合考量后，城乡饮水工程的供水方案采用：在综合业主意见的基础上，基于目前当地已有的八座（其中一座拟建中）城市供水厂早已形成的加压供水格局，由于本次输水工程施工计划中不包括对于内部管网的改造，因此不宜改变目前的供水方式，对疏勒县、疏附县以及喀什市等的一市两县依旧按照重力输水到加压站清水池，此后再二次加压进入到用户管网的供水方式。工程东部的两个县主要是以详见图1。

图1 伽师县和岳普湖县供水区高程示意图

结合伽师县与岳普湖县两地供水高程最终采取的方案为取消岳普湖县以及伽师县的11座加压站，采取重力配水的方式至今进入用户管网，同时保留6座偏远地区的加压站，通过重力输水方式进入加压站，经过二次加压供水最终进入用户管网，具体供水方式方案见图2。该方案减压调节池位置位于伽师岳普湖干管23+437，与下游供水区的高差最小为53 m，最大为142 m。选定此位置作为减压调节池的出发点主要在于下游片区的安全运行，刚好可以满足下游供水区的水头，又将下游供水区的运行压力控制到最低，运行合理。

3 输水工程沿程压力控制设计

通过对城乡输水项目的分析，对沿程压力控制设计提出建议。

（1）分段设计，减压消能

在长距离输水工程中，由于是长距离的供水输送，所以铺设的管道相应的会很长，且增加管道长度将影响管内压力故需要通过分段减压的方式消除每一段管道内的压力隐患[3]。依据工程施工所需要铺设的管道总长度，将其分为若干个不连续的部分，在每一部分的末端都安装消能设备以及闸阀，依靠减压设施的调节来确保每一段管道内承受的压力差减小，借助这种方式减轻管道内压力差过大给管道带来的破坏[4]。

（2）纵向沿线管道的水锤防护

通过加压输水的方式，在输水管道内形成水锤，尤其是在长距离的输水工程中，由于管道内水体的流速时常会发生变化，管道内产生的压力也会随着水流速的改变而发生变化，这也决定了水锤是不可能完全消除的，只能减轻水锤对于输水管道的破坏[5]。与输水管道的铺设情况相结合，在每一个纵向比较缓的驼峰处设置好排气阀，理想状态下是在水利工程施工设计的初期阶段就对不同工况的水流状态进行计算，以便在后期安装好排气阀门。特别是在布置输水管道的时候需要关注水平方向上的排气问题，据多年的研究结果，在水平方向上应当每隔600 m～1000 m就设置一个排气阀[6]。选择合适的排气阀、排气阀的性能以及恰当的安装方式至关重要，排气阀的安装结果将对水管内的排气情况产生直接的影响。

（3）全面做好停泵水锤防护

停泵水锤防护措施包括：①设置恒压阀以及减压阀的措施。恒压阀始终保持水管内水流是满管的状态，待需要运行的时打开阀门即可，操作方便，为了避免产生水锤常采用在下游关闭出水阀的形式；减压阀能够有效地消除水锤的破坏，其缺点就是停泵时输水管道是空管状态，再次启动困难，而且用时过长，且具有一定的危险性。②采取延缓阀门的关闭时间的方式。这是最简单却有效的方式，通过延长阀门的关闭时间，减缓输水管内水流速度的突然性转变，便于保持管道内压力平稳。延缓阀门关闭时间的具体措施可以采用在阀门处设置旁通管、双速阀门以及对阀门的末尾的15%～20%提供缓冲保护，特殊情况可以考虑安装液压气室以及进气阀的方式。总体来说，这种方式简单易行，具有很强的实践性。

图2 供水方式方案流程示意图

4 结语

随着我国总人口的增加和工农业生产的迅速发展，水资源短缺现象日益明显，许多城市和地区都采取长距离跨流域调水的措施来满足对水资源的需求。在长距离输水工程中沿程压力的控制与设计将会直接影响到工程的工期、投资以及运行。在新疆维吾尔自治区城乡饮水安全工程中，长距离输水工程主要是通过分段设计，减压消能、纵向沿线管道的水锤防护和全面做好停泵水锤防护等措施控制设计，有效地保障工期的合理进行，减少工程投资。结合新疆喀什一市四县长距离输水工程沿程压力控制设计实例，为我国饮水工程中长距离输水工程的建设提供借鉴。