汕尾市区供水节水改造工程输水管的选定

颜晓梅

(广东省水利电力勘测设计研究院有限公司， 广东 广州 510635)

1 工程概况

汕尾市区供水节水改造工程供水对象主要为汕尾市区、红海湾开发区的生活和工业用水，供水设计水平年：基准年为2018年，近期设计水平年为2025年，远期设计水平年为2035年。供水设计保证率城乡生活供水设计保证率为97%，工业供水设计保证率为97%，农田灌溉供水设计保证率为90%，年平均取水量为1.08亿m3，设计供水流量为4.8 m3/s[1]。

工程等别为Ⅱ等大(2)型[2]，相应主要建筑物级别为2级，次要建筑物级别为3级。主要建筑物包括引水渠道、进水闸、加压泵站、渠道挡水闸、输水管道、输水隧洞、高位水池、过河倒虹吸等。次要永久建筑物包括管道检修道路、厂区附属建筑物等[3]。

本工程采用单线供水，输水线路总长为26.83 km(管道埋设长度约为23.91 km，顶管长为1.61 km，隧洞长为0.31 km，利用现状隧洞长为1.0 km)。其中管线埋管段长为23.91 km，其中普通埋管为23.16 km，跨一般渠道/河道埋管为0.43 km，穿一般公路埋管为0.32 km。其中高位水池前段埋管管材采用球墨铸铁管，高位水池后段埋管管材采用预应力钢筒砼管。

2 输水管道管材比选

在引调水工程中，输水管道关乎着工程的成败，且管线一般较长，其涉及的工程投资很大，故应对输水管道各种材质和管径指标进行比选[4]。

汕尾市近年来经济社会不断发展，人口集聚迅速，经济规模不断扩大，现状供水能力不足，未能满足汕尾城区发展用水需求。该项目的实施有利于解决现状供水能力不足的问题；有利于提高水资源利用效率，改善水生态、水环境的作用；同时提高了汕尾市区供水应急保障能力，因此,输水系统的安全运行十分重要[5]。

2.1 选择原则[6]

1) 管道配件齐全且货源充足；

2) 封闭性好，运行安全可靠；

3) 满足内外压设计荷载要求；

4) 工程投资相对较低；

5) 管理维护方便；

6) 工程运用广泛。

2.2 方案的初步拟定

输水管的选择应从工程的规模、设计压力、地形地质条件、投资及工期等方面进行综合比选[7]。对于引调水工程，多种材质的管应用均很广泛，可以比选的有钢管[8]、预应力钢筋混凝土管[9]、预应力钢筒混凝土管[10]、玻璃夹砂管[11]、球墨铸铁管[12]和现浇混凝土管[13]等。

本工程工期要求较紧，考虑工程投资因素，输水管只有1直径约为2 000 mm的管，承受最大内水压力约为0.6 MPa，整体埋深较浅，受外压荷载不大。从以往类似工程经验，玻璃夹砂管质量市场差异较大，运行中容易受内外压而引起爆管；预应力钢筋混凝土管接头采用单胶圈密封设计，受地形的不均匀沉降因素，管口容易脱落漏水；现浇混凝土管受雨季等天气影响很大，现场的施工质量难以保证，且工序相对较多，工期较长。根据本工程布置及地形地质等条件，考虑各种管的生产应用情况、优缺点，结合国内已建类似工程经验，初步选择钢管、预应力钢筒混凝土管及球墨铸铁管3种管作为本工程的比选方案。

2.3 优缺点比较

3种管的优缺点对比见表1。

表1 管材优缺点比较

2.4 经济比较

经对3种管材询价及相关计算，3种管材各种管径的综合管材费用见表2。

表2 管材投资对比 元/m

2.5 管材的选定

从表2中可以看出，同等管径下，预应力钢筒混凝土管费用最低；管径不大于2.0 m时，球墨铸铁管比钢管便宜；管径大于2.0 m时，由于球墨铸铁管价格增加较大，钢管比球墨铸铁管便宜。根据3种管材的优缺点及国内类似工程经验(见表1)，本着节约投资的目的，本工程管材选择分段确定。经初步计算，该工程输水管的管径在2.0 m，故管材选定如下，高位水池—管线末端管段约为21.35 km(有压重力流输水，内压较小)管材初拟采用性价比较高的预应力钢筒混凝土管；在取水口—高位水池管段约4.48 km(单管加压输水，内压较大)则采用受内压高、安全耐久、施工方便的球墨铸铁管；在过路、过沟、顶管等部位，考虑运行维护相对困难，接头采用焊接可靠的钢管。

3 输水管道管径的比选

3.1 输水管径的选择原则

本供水工程为长距离的输水工程，设计供水规模为4.8 m3/s。输水管径的选择以供水工程的总投资现值最省，以及满足各交水点的水头要求为原则。

3.2 输水管径比选

针对选定的2种管材，选用范围为1 400～2 600 mm进行管径比选。

根据输水管道的设计成果及相关厂家的最新报价，计算不同管径的输水管道总造价(包括土建开挖、回填费用，管材运输及安装费用)，总投资按等额年金折现因子折算为等额年金；计算输水管道的水头损失[14]，根据电价计算年抽水电费；总投资等额年金加上年抽水电费为总的等额年费用，通过年费用合理值确定管径。

管材在Q=4.8 m3/s、年抽水量W=1.08亿m3相同的条件下，抽水电费按电价0.62元/kWh；取内部收益率为8%、计算期为50 a，计算得等额年金折算因子为0.081 74。

1) 取水口—高位水池管径比选

取水口—高位水池管线总长为4.48 km，管段设计流量为4.8 m3/s，管的糙率均取0.012，其各管径年抽水电费结果见表3，年费用结果见表4。

从表3可以看出，管径从1 400～2 600 mm，年抽水电费用呈现随着管径的增加先减小的趋势，且级差在逐渐减小。总之，管径越大，年抽水电费越少。

表3 年电费比较

从表4可以看出，管径从1 400～2 600 mm，年费用呈现随着管径的增加先减小后增加的趋势，在管径为2 000 mm时的年费用最小，其值为388.53万元，故该段输水管道管径选择2 000 mm最为经济合理。

表4 年费用比较

2) 高位水池—管线末端管径比选

高位水池—管线末端管线总长约为21.35 km，管段设计流量为4.8 m3/s，采管的糙率均取0.013，其各管径年抽水电费结果见表5，年费用结果见表6。

表5 年电费比较

表6 年费用比较

从表5可以看出，管径从1 400～2 600 mm，年抽水电费用呈现随着管径的增加先减小的趋势，且级差在逐渐减小。总之，管径越大，年抽水电费越少。

从表6可以看出，管径从1 400～2 600 mm，年费用呈现随着管径的增加而减小的趋势，且年费用级差在逐渐缩小，当管径大于2 000 mm以后，年费用减少不多。考虑管径大于2 000 mm以后，管壁厚度增加较多，重量增加较大，会增加现场的施工、安装难度及费用，也会对工期有不利影响。综合以上因素，该段选择D2000是相对合理的。

4 结语

汕尾市区供水节水改造工程是广东省内的大型供水项目，是汕尾市的重点项目。目前，该工程正在进行施工建设。为保障饮水安全，目前我国有很多的流域内或跨流域引调水项目正在开展工作，考虑供水工程输水管道有多种可选择的管材，相同管材下有不同的管径。为实现既保证工程安全稳定运行，又节约工程投资的目的，方案设计时，需根据工程的特点，进行多种方案的比较工作，综合选定适合的布置方案。