鄱湖四干渠输水管道方案比选及设计综述

杜 燕

(江西省鄱阳县水利局，江西 鄱阳 333100)

1 工程概况

鄱湖灌区位于江西省鄱阳县中北部，是鄱阳县粮食等农产品供给，提高灌区农民生活水平的保障，灌区主要由军民、滨田、梅岭、大源河四大灌片组成，范围涉及鄱阳县的16个乡镇，314个村，灌区总面积为13.49×104hm2，其中耕地面积4.85×104hm2，设计灌溉面积2.34×104hm2[1]。灌区内土壤类型主要为洪积灰棕荒漠土和灰钙土，土层深厚，适宜耕种，但灌区内极度干旱缺水，目前灌区内提高峰期供水紧张，已无力承担新发展的农业灌溉供水任务，迫切需要实施水源工程来解决灌溉问题。本次修四干渠引水线路总长29.53km，其中管道埋设长26.585km。文章主要针对引水管道的线路优化、管径、管材以及管道设计等各个方面展开分析，最终选择出最佳的引水方案。

2 总体布局

灌区内除四干渠外，1-3干渠、一分干渠、二分干渠大部分已实施完成或正在实施，四干渠穿越山丘陵区，以隧洞、倒虹吸、暗渠等形式多次跨越沟道。修改后的四干渠引水线路总长29.53km，其中管道埋设长326.585km，道采用钢管和球墨铸铁管两种管材，内径均为1.2m，单管引水，为沟埋式布置，管顶覆土厚1-3m。为解决检修排水、运行控制及管内进排气的要求，管道沿线布置了1座引水阀井、17座检修阀井、17座通气阀井、6座排水阀井、1座泄水阀井、1座流量计井和1座调流减压阀井。并在调流减压阀井上游不远处青云山程家村后山坡设置调压井，以减小流量调节对引水管道产生的波动，提高引水系统的安全性。为避免弯道水流对管道冲击破坏，稳定管道，在水平及纵向转弯处，设置混凝土镇墩。

根据现场查勘对下段管线局部段做进一步优化，考虑经济性、安全性等因素选择了高线、中线、低线三个方案进行比较。优化线路比选见图1。

图1 下段局部线路优化方案布置图

方案一(高线方案)：高线方案全长26.92km，主要经过低、中山丘陵区、山间盆地及沟谷区、寿鹿山余脉、山前洪积倾斜平原区。线路最大高差187m。线路主要穿越建筑物为石油管线和天然气管线。

方案二(中线方案)：中线方案全长26.585km，主要经过低、中山丘陵区、山间盆地及沟谷区、山前洪积倾斜平原区。线路最大高差287m。线路主要穿越建筑物为石油管线和天然气管线。

方案三(低线方案)：低线方案全长26.84km，主要经过低、中山丘陵区、山间盆地及沟谷区、山前洪积倾斜平原区。线路最大高差300m。线路主要穿越建筑物为石油管线、天然气管线和景泰城区供水工程管线。

上述三个方案，高线方案线路长度最短，地形高差最小，但管线要穿越寿鹿山余脉长度达2km；低线方案线路长度最长，地形高差最大，管线途径线路均为平原区，地势较缓。中线方案的线路长度、地形高差位于其他两方案之间，线路整体趋势较平缓，且不存在穿管隧洞。从平面布置比较，方案二最优。

2.1 地形地质条件

3条方案地形地质条件比较见表1。

表1 比选线路地形地质条件比较表

根据地形和地质条件比较，方案2和方案3工程地质条件基本相同，对管线布 置无影响，方案1对管线布置存在一定的影响，方案2和方案3优于方案1。

2.2 运行安全等其它因素

从工程运行安全角度，3个方案最大静水头分别为185m、287m和300m，方案1最安全，方案3最危险。从线路布置上比较，方案3在沙沟中布置线路最长，方案2次之，方案一最短，从管道受洪水冲刷而言，方案1优于方案2和方案3。

2.3 经济比较

对3个方案的主要工程技术经济进行比较，见表2。

表2 主要工程技术经济比较表

由表2可知，方案2投资最小，比方案1节省投资965.9万元，比方案3节省投 资1571.79万元。故从经济性比较，方案2最优。

综合比较，方案二投资较方案一和方案三小，管道最大净水头287m，比方案三 小，相对比较安全，因此从经济、安全性、施工条件、对环境影响等方面进行综合 论证分析，该阶段推荐方案二(中线)。

3 压力管道设计

3.1 管径选择

考虑该工程的实际情况，输水方式采用重力流，在满足输水要求的情况下，尽量选用断面较小管道，以降低运行成本。输水管线确定经济管径的计算公式如下：

(1)

式中：Q为设计流量，2.8m3/s；μc为管道流量系数，取值1.2；A为管道断面面 积，m2；H为不包括行近流速水头的作用水头，H=287m。

通过计算，初步选定灌溉输水管道管径1200mm，满足过流要求。

3.2 管材选择

工程区地形起伏变化较大，工程的输水方式为有压输水。本工程新建干管输水 管线路长26.585m，结合国内外供水工程管道的施工经验与运行情况[2]，对适用于本工程的预应力钢筒混凝土管(PCCP管)、涂塑复合钢管和球墨铸铁管3种管材进行分析比较，三种管材具体比较结果见表3。

表3 3种管材综合比较表

因此经综合考虑，本阶段管材选择使用球墨铸铁管和涂塑钢管，具体根据沿线压力等级，1.0-2.0MPa公称压力等级范围内采用球墨铸铁管，0.6-1.0MPa、2.0-4.0MPa公称压力等级范围内采用涂塑复合钢管，管径DN1200mm。

3.3 水力计算

本次水力计算中采用海曾威廉公式计算水头损失的计算，计算公式如下：

hj=iL

(2)

i=10.67C-1.825Q1.825d-4.87

(3)

式中：各种管材的海曾威廉系数C的取值，主要依据《水力计算手册(第二版)》， 和厂家建议值选取。球墨铸铁管，C=125，涂塑钢管：C=135。单公里管道水头损失计算见表4。

表4 单公里水头损失计算表

管道某一点的工作水头按下式计算：

(4)

h1-2=hj+hf

(5)

式中：Hi为计算点的压力水头，m；H0为计算段起点总水头，m；v为管内流速，m/s；α为水流动能校正系数，取 1.0-1.05；h1-2为计算段起点至末点的总水头损失，m。管道压迫线计算见表 5。 输水管水力计算成果见图2。

表5 输水管道水力计算(部分)

图2 输水管水力计算成果图

3.5 管道敷设

新建干管顺地形采用地埋方式敷设，施工中避免大的深挖方和填方，管线整体 埋深应在冻土层1.5m以下，管道穿越沟道处考虑洪水冲刷影响，管道埋置深度均按 2.5m设计[3]。在管线起伏段的高处和向下弯处，设置排气阀，在管轴线转折点处、局部段管道纵坡较陡时，考虑管道稳定，在上、下侧弯管处设置镇墩，以保障管道的稳定设置镇墩。

结合近几年江西省内已建工程经验，本工程外防腐拟选定3PE防腐方法，将环氧粉 末、胶黏剂和层聚乙烯三种材料融为一体，并与钢管牢固结合形成优良的防腐层。本工程钢管内防腐选用熔结环氧粉末涂层，施涂于经预热的钢管表面，熔化、流平、固化形成一道均匀的涂层防腐是在高温下形成的重防腐涂层。

4 结论及建议

鄱湖灌区四干渠工程引水线路总长29.53km，其中管道埋设长26.585km，，占输水线路总长的90%，对工程影响甚大，因此进行管线输水线路、管材以及管径等方面的比较以及 管道水力计算与管道设计，对工程设计、施工以及工程进度、投资等具有重要意义。