提升胶东调水工程管道运行能力的对策措施

周雪杨，崔春梅

（1.山东省调水工程运行维护中心福山管理站，山东 烟台265500；2.山东省水利科学研究院，山东 济南250014）

胶东调水工程是南水北调东线工程中“T”字型调水大动脉的组成部分，是缓解烟台、威海两市供水危机，防止莱州湾地区海水入侵，改善生态环境，保证社会经济可持续发展的特大型水利工程。2014 年以来，胶东地区发生连年严重干旱和城乡供水危机，胶东调水工程自2015 年开始连续6 年实施向烟台、威海应急调水，极大缓解了供水危机，保障沿线城乡生产生活用水需求，极大改善了沿线生态环境，补充地下水，发挥了巨大的经济效益、社会效益和生态效益。

胶东调水工程福山段包括高疃泵站、管道工程及暗渠工程三部分。暗渠管道段上接栖霞，下至莱山区外夹河，跨越5 个镇街，先后穿越白杨河、大沽夹河、S802 省道、烟青威绕城高铁、蓝烟铁路等基础设施。管道工程全长25 km，其中包括高位水池1 座，控制性阀门井12 座，排气井34座，排水井10 座，穿越河道3 处，分别为穿越清洋河2 处，穿越内夹河1 处。暗渠管道工程是胶东调水工程的重要组成部分，但在运行中却暴露出不少问题，严重影响调水工程的安全运行，因此，亟需探索科学有效的措施解决管道工程存在的隐患问题，进一步提升管道工程运行能力。

1 存在的问题

1.1 管道运行时有发生水锤风险

管道工程位于山区地带，高疃泵站设计高程28.66 m，走向4 km 后，挑至高位水池，高程85.6 m；沿线走向7 km，至内夹河穿河处最低点高程3.37 m，福山管道段沿线设有12 个阀门井，内设电动蝶阀来调节流量，主要作用是解决管道中不利工况下的负压问题，但管道走向地势起伏较大，在如此近距离且大落差的工况下，运行中若下游阀门井发生紧急事件，导致下游阀门紧急关闭，将造成水锤现象。水锤引起管道中的压力升高，可以超过管道中正常工作压力的几十倍至几百倍冲击管道，以致管壁产生很大的应力，而压力的反复变化将引起管道和设备的振动，造成管道、管件和设备的损坏，甚至造成管道爆裂等事故。

1.2 管道调水运行能力空间不足

胶东调水工程管道目前处于单管道高负荷运行状态，设计流量为5.5～4.8 m3/s，运行能力有限。高位水池平面净尺寸为20 m×10 m，出水管顶高程86.7 m，运行设计水工况水位87.53 m，主要功能是调节高疃泵站和桂山调流阀各工况下流量不匹配和控制的时间差容积偏小，要求遇到最不利工况时，保障管顶处于淹没状态，但经计算需要调节下游管道最大水量约有4 000 多立方米，但现有的高位水池容积仅200 m3，水池容积量严重偏小，遇到不利工况时，容易造成管道进气，下游局部高点管道拉空，影响工程运行安全。

1.3 管道管护环境复杂

管道工程属于隐蔽工程，材料大多数是玻璃钢管，在管道接缝处用橡胶带、焊接等措施止水，经过长时间运行，接缝处易出现老化渗漏，有些只是初期产生暗漏，但管道走向跨越农田、山地和穿越河道，均处于偏僻山区，地下管道是否运行正常、是否出现渗漏，均无法从表面发现，只有形成了小流量渗漏，方能通过肉眼识别发现。近年来，烟威地区连年干旱，管道出现漏水流量较小的情况，为了不影响城乡居民正常用水，只能采取观察、引渠道排水的保守方式处理，若出现严重漏水或爆管事件，只能停水进行检修，严重影响烟威地区用水需求。

1.4 应急处置机制有待提升

胶东调水工程福山管道段自2015 年开始正式运行，管道已连续运行了近6 年，期间暴露出暗渠管道运行中不免会出现各种意外事件，但由于工程设立较晚，人员配备、基础设施不够完善，遇到紧急事件有效应对方式有待改善。

2 对策及建议

2.1 依靠技术手段减小水锤发生风险

一是考虑在管道最高点、低凹处、上坡坡角处等重要节点设置安全阀及抗水锤的专用阀门，当管道中压力升高值超过允许数值时，安全阀自动开启泄压，释放出管道中部分水量，使管道内部压力升高变缓，从而消除水锤压力；二是充分利用现有的排气阀，可排除管道中的空气，保证系统内是单相流，不致出现水锤升级的情况，同时还可在管道内出现负压时补气，防止产生负压水锤；三是设置逆止阀，紧急事件导致的水锤较复杂，可在阀门井中出口安装逆止阀或缓闭止回阀加以保护；四是通过采集近6 年运行以来的管道参数，研究管道运行特性，结合现有的自动化设备来调整各类电动阀门启闭时间，适当延长阀门的启闭顺序及速度，避免发生水锤现象。

2.2 依靠工程手段扩大管道输水能力

一是建议增加一条新的有压输水管道，按照能够满足其中一条管道出现事故停水检修，另一条管道仍然可以正常运行的原则来建设，两条管道互为配用，在输水压力大的条件下，双管道也可以同时运行。新管道的选材和管径，要在现有管道材料的基础上，在可预计的最大流量需求的前提下，选择安全可靠的材料，管线要尽可能沿现有管道走向铺设，两条管道之间要保持安全距离，尽量避开村镇密集区，选择地质条件较好的地带，减少管道拐点，便于施工和日后的管理维护。二是对现有高位水池进行扩容施工，根据高疃泵站蝶阀和桂山调流阀设计流时阀门关闭时间，计算出新增高位水池需要的调蓄容积，在现有的20 m×10 m 高位水池占地面积上，尽量选择周边不涉及林地、农田、生态红线的土地进行施工，高位水池扩容工程池顶高程可适当降低，出口管道管顶与水池池底持平，从而加大水池可利用容积。

2.3 依靠科技手段监测管道运行状态

结合近几年管道多次出现大小流量不等的渗水情况，为实时监测到管道内部具体方位的渗水点，可考虑利用自由行进式管道监漏技术。该技术是以智能球为主体，智能球是一个安装有声音传感器的专门用来检测泄漏点的球体，该球体通过现有的阀门井和排水排气井可进入管道内部，随水流向前移动。管道发生漏水时，流出管道的水与漏口摩擦、以及与四周介质等撞击，会产生不同频率的振动，球体在行进过程中利用声学检测技术，通过传感器识别和定位到渗漏点，辨别渗水流量的大小。

2.4 依靠制度提升应急响应处置能力

根据胶东调水工程管道段的地质条件和运行实际，成立应急响应小组，统一组织、统一指挥，对内协调调水管理系统内部力量，对外协调相关地方政府和部门，确保应急调水环境安全；制定调水管道工程应急处置机制，配备备用电源、抽水设备等必要物资，定期对人员进行应急响应演练；依靠现有的水质检测系统，对水质变化进行实时监测和分析，及时制止恶化水质流入水源地。