阿拉沟水库输水段经济管径选择分析

郭军辉

（吐鲁番市水利水电勘测设计研究院）

0 引言

在现代城市建设发展中，因为水库输水工程管线比较长，因此在投资中成本较高，针对这一问题为能够提升水库输水段投资合理性，实现对工程建设总投资以及运行费用的合理控制，那么则需要实现输水段经济管径的合理选择。长距离输水管道一般情况下会设置2条或2条以上，在其当前研究中重点集中在经济流速、经济管线等方面，对其管径选择研究相对比较少。文章结合某水库输水工程为例，分析输水段管径的合理选择及应用。

1 经济管径选择方法

在水库输水段管道经济管径选择过程中，采用的计算公式主要有两种方法，其中分别是经济流速法以及动态法，在动态法应用中经常采用的方法是年值法以及净现值法。其中各种选择为分别为：①经济流速法初选管径。这一方法通常是应用在管道工程初选阶段，在输水方式以及管材等因素考虑下确定经济流速范围，在水力计算过程中实现对经济管径的对比分析，对其应用效果结合标准管径对其实施修正，最终确定具体的经济管径。其中不同管径管道的平均经济流速见表1。

表1 不同管径管道的平均经济流速表

②经济管径评估方法。截止到目前针对管径选择的相对经济评价方法主要有净现值法、净年值法以及折算费用法等，其中在经济管径计算过程中，年值法以及净现值法的原理是一致的，均需要对资金的时间价值进行考虑，均是在通过拟定不同的管径方案，实现对其定量经济对比从而确定管径，但是在计算方式中存在一定差异。其中在净现值法计算过程中，年运行电费现值以及投资现值之和即为总投资，其中在投资现值中需要对管道建设费用以及泵站投资之和进行考虑。净现值法以及净年值法一般情况下是在多方案投入和产出综合评价中应用，在投入和产出均较为明确方案对比中较为适用。本次研究则采用的是净现值法，以对其实施经济评估。

2 结合实例分析经济管径选择方法

2.1 工程概况

本工程为阿拉沟水库（含乌斯通沟水库）向伊拉湖工业园区和核心工业园区水库输水工程，年引水规模为4 000 万m3，其中：阿拉沟水库年引水量3 000 万m3，乌斯通沟水库年引水量1 000万m3。根据园区用水规划情况，伊拉湖工业园区设计水平年年用水量为2 000万m3；核心工业园区年用水量为2 000万m3。工程新建DN900球墨铸铁引水管道6.00 km、DN500球墨铸铁引水管道3.50 km、DN900纯玻璃钢引水管道16.15 km、DN1000纯玻璃钢引水管道17.66 km、DN700纯玻璃钢引水管道25.94 km、DN500 纯玻璃钢引水管道16.50 km，总长79.75 km；新建过滤房2 座；新建调压井2 座，新建调节池2 处（包含管理房、围墙等）；新建监控中心1座，安装自动化监测设备1套。

2.2 经济管径选择及应用

在对以上工程综合分析后，确定采用DN900 球墨铸铁作为输水管材以及单管输水方案，这一工程在布置及输水工程中必须要加强输水控制，因此在输水段首段设置1座泵站。其中在管径初选中，不同的计算公式为：①静态法初选管径。在调查研究中发现，对于经济管径采用静态法初步确定过程中，因为管道流速需要满足不冲不淤需求，那么在流量流速中确定为0.80～1.20 m/s，在经过计算后初步确定管径为0.90 m，计算结果显示管道流速是在经济流速范围中，所以将其管径初选确定为1.20 m。其中在静态法管径计算中结果见表2。

②动态法初选管径。在初设阶段中，针对输水干线管径选择中可以采用动态法对其实施深入对比分析，在年值法和净现值法应用中均需要计算分析不同管径的管道工程投资，在工程投资过程中涉及到的因素包括有管材造价、土方回填、土方开挖、管线附属建筑物建设、工程运行等，在针对投资计算单价指标分析过程中，需要和工程所在区域特点结合，其中在本工程计算过程中分别采用净现值法以及年值法实现对管径的初步计算，其计算结果见表3。通过计算结果可以看出，不管是采用的哪种方法，年值和净现值全部都是最低，所得管径计算结果存在有投资优势，另外两种计算方法确定的经济管径存在有一致性，最终确定输水段经济管径为DN900。

表2 静态法初选管道直径计算结果表

3 水库输水工程管道经济管径选择注意事项

在水库输水工程泵站管道经济管径选择中，分析过程中管材粗糙系数的选定，可以结合《室外给水设计规范》中统计的不同管道沿程水头损失水力计算参数，同时也能够和南水北调等国内类似工程设计中的粗糙系数取值经验结合应用，和实际工程项目情况，预应力钢筒混凝土管（PCCP）粗糙系数的选择范围为1.10×10-2～1.25×10-2。在水头损失和水泵扬程计算过程中，因为在水泵选型以及运行后耗电费用中，有压输水管网系数以及水头损失大小对其具有直接影响。在此工程预测分析中发现，局部水头损失在沿程水头损失中占有的比例为3%～5%，因此在计算过程中局部水头损失可以忽视。在管径选择过程中，还存在其他影响因素，其中包括有：第一，管道沿线任一点工作压力必须要确保在管材公称压力范围中；第二，应该尽可能选择应用标准管径，以免提升成本；第三，在经济流速选择中一定要确保是在管道不淤流速以及最大允许流速范围中；第四，在日常运行过程中，最大化确保水泵是在高效运行曲线段范围中；第五，在选择中也需要对取水口位置以及地形高低等情况考虑其中。

表3 不同方法初选直径计算结果表

4 结语

综上所述，在进行经济管径选择过程中，如果是在已经确定输水管道工程设计流量和管材基础上，管径选择结果对于管道工程投资也具有较大影响，管径增加越大自然也会导致管道工程投资越大，管径越小工程运行费用则会越大。同时在实施经济管径确定过程中，不但要考虑到经济流速以及管道流速，另外还需要满足管道不冲不淤需求，尽可能选择标准规格管径，在管径选择中应该尽可能避免选择异形管径，以免对工程招标以及施工造成不良影响。在工程项目一开始可以采用静态法选择管径，后期在管径选择中也就可以采用年费用值或年净现值最小选择对其进行选择应用，基于实例分析，针对经济管径选择过程中，采用的年现值法以及净现值法确定结果存在有一致性，但是在实际应用中结合相关经验分析，在工程经济管径选择中最为常用广泛应用的方法是年现值法。在之后水库输水段管径选择过程中一方面要结合相应影响因素，另一方面也需要和实际情况相结合，最大化提升管径选择合理性。