大伙房引水工程供水管线不满管原因分析及解决方案

魏闻天

(辽宁省水资源管理集团有限责任公司，辽宁 沈阳 110000)

1 概 述

由于重力流输水有节约能源、操作便捷、成本低、投入少等优点，许多大型水库供水工程设计时只要满足地势、地貌条件，都会采用重力承压流方式进行管线供水。采用承压流输水方式供水时，水需要流经暗管，进入管道后就形成了压力，压力的大小与管道的长短相关。由于供水管线内存在水压，通常管线内处于水量充盈的满管运行状态。

目前，许多大型水库供水管线长年运行，供水管线不满管运行状态经常发生，且发现问题慢、处理办法少，随着用于贸易结算的液体流量计现场校准的方式广泛应用，输水管线不满管运行的情况会越来越多地被发现。本文针对大伙房水库引水工程两条重力承压流输水管线不满管运行情况，采用有效方法进行处理，取得了满意效果。

2 工程概况

为保障沈阳市社会经济持续稳定发展，国家计划委员会于1986年12月26日以《沈阳市大伙房水源供水工程设计任务书》(计资〔1986〕2639号)批准沈阳市引用大伙房水库水。1988年10月沈阳市政府投资开工修建沈阳市引水工程，1993年9月全部竣工。大伙房引水工程运行以来，沈阳水务李巴彦水厂平均日引水量35万m3，用水量比较稳定，年引水量1.3亿m3。

大伙房取水头部工程主要建筑物包括多层次取水竖井与明开前庭，压力输水隧洞，压力配水厂及沈、抚互为备用取水等工程。

压力输水隧洞总长311.751m，圆形断面直径3.0m，进口中心线高程102.5m，出口中心线高程101.49m，输水洞进口用平面滚轮钢闸门控制。

压力配水厂布置在隧洞末端，包括进水压力箱，主、副厂房，尾水池，互为备用阀室等主要建筑物，为钢筋混凝土箱形结构。后在压力输水洞前增设水电站，机组两侧布置直径1.6m配水钢管。

尾水池内，左侧设1.5m×2.0m溢流口一孔，阀门井设2台直径1.6m电动蝶阀。互为备用阀室设直径2.2m电动蝶阀一台。

压力输水管(供水管线)从压力配水厂出口压力箱及机组尾水池共同供水至沈阳水务李巴彦水厂，全长53.093km，铺设两根直径1.6m预应力钢筋混凝土管，全程重力流输水。用于贸易结算的流量计安装在尾水池下游压力输水管线50m处，设计日供水量40万m3(见图1)。

图1 大伙房引水工程供水概况

3 问题产生背景

大伙房水库管理局与沈阳水务集团签订供水合同，并在两条压力输水管线上安装流量计，贸易结算方式为按表计量、按量收费、定期溯源。一直以来，大伙房引水工程用于贸易结算的流量计采用拆卸后送开封水大流量站检定的方式进行周期溯源，由于国家出台强检政策，液体流量计管径300mm以上已不在强检范围内，且开封水大流量站目前送检困难。2019年4月，双方约定以现场校准的方式开展周期溯源工作，在第三方监测机构校准过程中，标准表在1号压力输水管线顶部无法显示数据，初步判定为管线处于不满管状态，随即停止了本次溯源工作，给双方贸易结算造成了较大困扰。

超声波流量计以测量声波在介质中的传播时间与流量关系为原理，利用数学函数关系，测得流体的流速vm,乘以过流面积A，即可得到体积流量，即Qv=vmA(见图2)。所以为了保证计量数据准确，流量计运行的必要条件是输水管线一定要处于满管状态，并且管道参数要设置准确。液体超声波流量计测量需要声波在介质中传输以便测得信号，遇到空气声波信号会产生反射，信号中断，这就是第三方监测结构的标准表在管壁顶部监测不到信号的原因。由此初步得出大伙房引水工程供水管线处于不满管运行状态。

图2 流量计工作原理

4 输水管线不满管原因分析

目前，大伙房引水工程阀门全部处于开启状态，根据沈阳水务李巴彦水厂引水情况和引水工程建设基本情况，初步分析供水管线不满管可能原因如下：

a.两条压力输水管线流量计安装位置存在气泡。水流经过压力输水隧洞及水电机组进入尾水池，再由尾水池进入压力输水管和旁路配水管混合后进入两条输水管线。尾水池为明渠，由于多年长期运行，水流从尾水池进入压力输水管后可能带有气泡，或机组检修、停运等原因导致某个时间段尾水池水位过低，气体进入压力输水管线内，长期附着在流量计安装位置管壁顶部，无法排出。

b.压力输水管线进口两个阀门未完全开启。考虑旁路管线为主要供水支路，尾水池与压力输水管线之间，2台直径1.6m电动蝶阀目前开度为70%，处于未完全开启状态。

c.供水流量小于设计流量。目前，大伙房引水工程日供水量35万m3，而设计日供水量为40万m3，低于设计供水流量。

5 解决方案

5.1 增设排气阀

在两条压力输水管线调流阀前增设了自动排气阀，当尾水水流进入供水主管线后，自动排气阀可将带入管线的气体自动排出，保证供水管线在满管运行状态下水压能将管内的气体自动排出。

5.2 调整输水管线供水流量

2019年5月，大伙房再次申请第三方现场校准，本次现场校准用阀门控制加大1号输水管线流量，减小2号输水管线流量，随着1号管线供水流量的加大，自动排气阀内有气体排出，最终实现满管运行状态，标准表在管壁顶端可以正常读数。但此时对2号管检测，顶部却仍然无法读取数据，调整标准表位置，在管线上端4/5的位置标准表开始有读数(对比结果见表1)。

表1 大伙房引水工程第二次现场校准结果 单位：m3/h

5.3 利用阀门开度调整管道流速差

在保证1号输水管线满管的前提下通过调整阀门来减小两条输水管线的流速差，进而增加2号输水管供水流量。在2号输水管阀门开度逐渐增大的同时，标准表在管壁上读取到数据的位置也不断上移，当1号输水管线瞬时流量降低到2.47m3/s、2号输水管线瞬时流量增加到1.97m3/s时，标准表在两条管线顶部均可读到数据，已满足现场校准条件，现场溯源结果，两条输水管线上的流量计运行均在准确度等级范围内(校准结果见表2)。

表2 大伙房引水工程第三次现场校准结果 单位：m3/h

5.4 增设压力传感器及手动排气阀

大伙房引水工程受沈阳水务供水量周期变化影响，两条输水管线供水量会不定期微调。为了保证两条输水管线始终处于满管运行状态，且在不满管状态下可察、可调，在两条输水管线流量计换能器附近安装了压力传感器和手动排气阀，每日对压力传感器数据进行巡查并记录，一旦发现传感器数据异常，可手动调节排气阀，排除流量计安装位置附近的气体，确保流量计稳定运行。

6 结 论

输水管线在不满管运行情况下，用于贸易结算的流量计误差较大。贸易结算问题在供受水双方没有科学依据的条件下基本采用协商解决方式，但无法保证双方贸易结算的公平性。经分析输水管线不满管运行原因并提出解决方案后，提高了供水计量的准确性，为双方公平贸易结算提供了强有力的依据。