长距离管道输水风险及防范研究

饶明明

广州市自来水有限公司 广东 广州 510600

我国地大物博，自然资源丰富，但由于疆域辽阔，南北跨度大，地形复杂多样，存在自然资源分布不均的情况。水是人类生产、生活活动中不可缺少的重要资源，但水资源在我国的分布明显存在南多北少的问题，即使在雨量充沛的珠三角，东江流域水资源开发利用率已达极限，而西江流域水资源是东江的15倍，水资源相对丰富，水资源利用较低。水资源不足不足会影响当地工业发展、农业生产和居民生活。为了改善这一问题，除了自身节约用水、合理开发水资源之外，通常还要建立远距离调水工程，利用长距离管道将其他流域的丰富水资源运输到缺水区域，从而实现水资源的充分利用、合理分配和科学调度，改善水资源分布不均的问题[1]。长距离输水管道工程最为显著的特征是“长”，跨越的区域范围广，管线经过的地形环境复杂，加上气候变化、运行管理等各种方面的原因，容易出现故障和损坏，增加了长距离输水的难度。为了保障水资源安全输送，应加强管道的管理维护，明确长距离输水风险，并做好防范措施。

1 长距离管道输水的常见风险问题

1.1 管道材质风险

输水管道的材质种类较多，目前我国长距离输水工程中常用的管道材质主要有：钢管、球墨铸铁管、预应力钢筒混凝土管、预应力混凝土管等[2]。不同的管道材质的性质、特征不同，通常各有优缺点。例如，钢管具有安装维护方便、一定的抗御不均匀沉降能力等优点，也有施工速度慢、耐酸碱腐蚀差、造价高等不足；球墨铸铁管具有施工方便、承压力强、抗震性好、密封性好、重量轻等优势，也有抗沉降性能差、耐酸碱腐蚀一般等不足。在实际工程中需要依据管材特点、地形环境特点以及工程需求进行合理选择。若管道材质选择不当，后续使用过程中更容易出现管道腐蚀、漏水、移位、下沉等问题，需要频繁进行维修更换，增加了管理维护的难度和成本，影响管道使用寿命。在实际设计建设过程中，不仅需要考虑工程质量，还要综合考虑工程造价、经济效益等问题，部分单位为了节约成本，盲目降低了对管道材质的要求，导致故障风险增加，影响长距离输水工程的稳定运行。

1.2 水锤风险

水锤是指管道内水流的流速突然发生变化，导致管道内水压强出现大幅度波动，压力交替变化，在长距离管道中不断叠加，产生的强大作用力如同锤子一样击打在管壁上，给管壁带来损伤。这种现象的产生通常是由于管道阀门突然开闭、水泵突然打开或突然停止所致，常见于停电、设备故障等事故中，可导致压力管道内压强骤然变化，引起爆管、管道起皱、阀门损坏、水泵破裂等事故，导致输水中断，对整个输水系统产生巨大的影响，造成经济损失[3]。

1.3 气候与地形风险

气候也是影响长距离管道工程建设和运行的重要因素。长距离管道跨越的区域范围广，施工线拉得很长，通常情况下需要较长的施工周期，甚至需要经过数年的时间才能完成，期间季节、气候的变化都可能对施工造成影响。例如，高温、冰冻等极端天气可影响施工材料的性质和质量，影响水泥混凝土的凝结，导致工程质量达不到预期效果；春季潮湿、夏季暴雨以及洪水、滑坡等灾害也会对长距离管道施工带来影响和阻碍。若不采取有效的防范措施，将严重阻碍施工进度，甚至影响工程质量，增加后期使用时的各种故障风险。除了复杂的天气变化之外，管道经过的地形和环境复杂也可能带来一定风险。长距离管道跨度长，经常需要穿越山区、农田、公路、河流、桥梁等区域，对建设施工过程有着更高的要求，若设计不合理或施工管理不当，将影响施工质量和后续运行稳定性。而管道埋设区域的土壤成分与性质也会对管道造成影响。例如管道埋设的区域土壤酸碱度较高或含水量大，则可能增加管道腐蚀漏水的风险。

1.4 水质风险

长距离管道输水多为原水运输，水源地的气候、污染等因素都可能对水质造成影响。例如上游降雨导致水质浑浊；污染导致水体富营养化，微生物和藻类增多。而管道自身在长时间的持续输水过程中，管道内部容易产生各种藻类、细菌、贝类、微生物。此外，随着运行时间延长，管道及相关辅助设备逐渐老化，容易出现腐蚀、表皮脱落情况，污染水质，导致管道输水过程中水质发生变化，影响供水区域的用水安全。

1.5 安全管理风险

长距离管道建设施工是一个大工程，工期长，跨度大，施工环境复杂，对于安全管理工作的要求较高。在管道工程后期运行过程中，也需要科学的维护管理机制，对长距离管道沿线进行巡查，确保输水安全和稳定。若缺乏有效的安全管理，则可能导致施工事故风险和运行安全风险增加。管道工程施工的门槛较低，并且工作环境艰苦，具有一定危险性，工资待遇一般，导致人员流动性较强，管理难度高。工人的施工技术水平、操作经验、操作熟练度、安全意识、质量控制意识也存在较大的差异，给管道施工带来较多不确定性，在一定程度上增加了安全风险和质量风险。而后期运行维护时，许多巡检人员自身重视度不足，工作不够严谨，无法及时发现输水管道的风险问题，最终导致管线破坏、设备受损等各种事故的发生。

2 长距离管道输水风险的防范措施

2.1 管道布置

2.1.1 管线布置

设计管线是长距离输水工程建设中的首要任务，需要综合考虑地形地貌地质、周围环境等各种因素，合理选定管道铺设路线。出于经济性和实用性考虑，应尽可能地缩短管线长度，同时也需要尽可能地避开居民区，减少拆迁，并注意保护环境，减少对地形与植被的破坏，少占良田[4]。复杂的地形和环境下管道施工难度高，并且故障风险高，维修难度大，因此设计管线时需尽量避开复杂地形环境，避免与河流、道路发生交叉，选择地形平缓开阔、地质结构稳定、土壤成分良好的区域敷设管道，可沿着原有道路进行修建，方便后期维护检修。设计管线时需注意避免不同节段管道之间的高度差过大，当地形高度变化大时，应划分多个压力段，仔细计算各节段管道的工作压力，以免管道承压大，长期高负荷运行导致损坏风险增加。此外，还需注意调查周围区域的地质灾害情况，避开洪水冲刷区、滑坡泥石流多发区。

2.1.2 管材选择

管道材质的选择应当以科学合理为原则，不单考虑某一方面的需求，而是综合各方面影响因素进行全面考虑、深入分析，包括:管线周围地形地质环境因素、输水距离、输水需求、投资成本、施工安装难度、现场施工条件、管径大小、管道内外压力等。通过全方位、多角度的分析研究，选择质量合格、性能良好、性价比高、经济实用的管道材质，在满足输水需求，保障工程质量的同时节约成本，实现利益最大化。例如，易沉降地质的区域、转弯较多的情况，宜采用柔性较好的焊接钢管；地形地质环境比较简单稳定的区域，可采取造价相对较低的预应力钢筒钢筋混凝土管。应注意避免为了控制造价而盲目选择即将淘汰的管道材质，舍本逐末造成更大的损失。在施工安装过程中，工作人员也需注意对管道材料和质量进行检查，严把质量关口，确保管道质量符合要求，能够达到预期使用寿命。

2.1.3 管径确定

在长距离管道输水过程中，管径的大小对输水质量、效率、安全性有着较大的影响。大管径的水头损失较小，可利用水头高。小管径水头损失大，可利用水头低，输水效率相对较慢。而大管径管道的施工成本、材料成本大于小管径管道，随着管径越大，长距离管道输水工程的整体造价就越高，而且输水管的管径也并非越大越好。例如，钢管的焊接点是薄弱环节，随着管径增大，这一薄弱环节也会被不断放大，增加损坏风险。在实际项目中，需要考虑投资大小、供水需求、施工条件等因素，选定适宜的管径大小。在管道施工时，尤其是大管径的管道施工过程中，需加强施工质量控制，在沟槽回填时采用分层分区控制方法，严格把控每一个回填区域的施工质量，确保管道外部压力稳定，对管道形成良好保护作用，具体分层分区如图1所示。

2.2 安全工程措施

2.2.1 预防气候、地形、水质带来的不利影响

长距离管道工程施工前，需要全面分析气候因素、地形环境因素带来的影响，制定科学合理的应急预案，明确各种气候条件下该采取怎样的预防措施，是否需要暂停施工，从而避免各种天气下随意施工带来的质量问题。施工过程中也需密切关注气候变化，建立合理的预警反应机制，做到早发现，早预防，早处理，避开不利天气进行施工对于地形复杂的区域，需要进行全方位的勘探和分析，合理规划管道路线和施工方法，采取多点交叉施工，降低复杂地形环境对于管道施工的影响。此外还需注意检测土壤含水量、酸碱度等指标，针对性调整施工方案、施工材料，在土壤腐蚀性较强的区域应对管道采取适当保护措施，降低管道腐蚀损坏的风险。在长距离管道输水过程中，也需加强对水质的控制，关注水源地气候变化，日常进行水质监测，及时发现水质浑浊、水源污染以及藻类、微生物过多的情况。若下游检测水质不合格，则需在输水管道适当位置进行加药处理，净化管道，减少管道中泥沙沉积、藻类生长、微生物附着等问题，提高输水质量，确保水质安全合格，为供水区域居民生产生活用水的安全提供保障。

2.2.2 降低水锤破坏

水锤现象对长距离管道有着极大的破坏力，产生较大的爆裂事故风险，威胁着整个输水工程的正常运行。在长距离管道的安全工程中，预防水锤风险是重中之重，行业内已探索出多种有效的安全防范措施，主要可归类为泵阀优化或增加辅助设备，具体包括:（1）通过扩大管径控制管道内水流流速，防止阀门或水泵开闭时水流流速突然产生巨大变化，引起内部压强波动。但该方法的弊端在于扩大管径的成本太高，目前在实际工程中应用较少。（2）选用大转动惯量的水泵、水泵软启动装置、变频设备等方式，都可以有效降低水锤压力，降低水锤危害。（3）在长距离管道的关键区域，如泵站等位置设置调压塔、调压箱等调压装置，从而有效消除水锤，还有利于处理死水、冰冻等问题。（4）利用快闭式止回阀阻止液柱回流，增大回流阻力，降低回流量和回流位移，或安装各种类型的水锤消除器、泄压保护阀等设备，可有效防止水锤风险[5]。（5）安装空气阀之类的设备对管道内水压强进行调节，减少大幅度波动，维持水压强的平衡稳定，从而预防水锤现象。如今技术越来越发达，在实际工程中，应积极利用相关专业软件建立水锤模型，进行水锤现象场景模拟，评估管道水压、水锤风险程度等，从而制定适宜的水锤预防方案，有效消除水锤并控制成本。

2.2.3 强化安全管理

为了保障长距离管道的安装施工质量和安全性，相关建设单位必须重视安全管理工作，在施工前，需对工程项目进行整体规划，制定施工进度计划，细分各个施工环节，明确各环节技术要求、质量要求、安全管理要求，在现场施工时采取对应的管理模式，提高安全管理的针对性。在人员方面需提前开展技术培训与安全教育，将责任细分至个人，对各岗位提出具体的要求，从而使工人的施工操作更加科学规范，确保施工质量稳定，降低施工安全风险和后续运行风险。长距离管道输水工程运行过程中也需加强安全管理，安排专业的巡线人员负责管理工作，确保每一段管线和设备都有专人负责维护管理，维护管线系统的安全稳定。巡线人员需在管线周围进行周密巡查，观察是否存在渗水、冒水、沉陷等情况，若发现异常需立即上报，安排专人进行全面检查和维修处理，以免问题进一步扩大，带来更严重的不利影响。巡线人员需注意监督检查管理范围内的建筑施工行为，确保均为合法施工，尤其在管线周围进行管道跨穿工程施工时，必须经过严格审批，施工期间巡检人员也需在旁进行监督，避免施工机器误触管道，导致输水管线受损，进而影响整个长距离输水工程的运行。对于未经审批的违法施工行为，巡检人员需及时予以阻止，防止管道遭到人为破坏。

3 结语

总而言之，随着经济发展越来越快，长距离输水工程施工技术越来越成熟先进，应用越来越广泛，工程数量逐渐增多，极大地改善了缺水区域和城市的困境，同时也使长距离管道输水风险及相关防范措施受到越来越多的关注。相关建设单位首先应明确各种输水风险及其影响因素，针对性采取有效防范措施，需合理选择管道材质和管径，合理设计管道路线，并针对气候影响、地形影响、水锤风险设置安全工程，提高输水工程的整体质量，同时加强日常维护管理，维持长距离管道输水工程的安全稳定运行。