孟漢才

（大同市水務(wù)局水土保持站，山西 大同 037004）

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)況

文瀛湖—御河水源置換工程位于大同市東南部，項(xiàng)目設(shè)計(jì)是通過(guò)新建渠道（管道）將文瀛湖與御河西干渠、御河連通，利用文瀛湖現(xiàn)有水源條件（孤山水庫(kù)、引黃水、冊(cè)田水庫(kù)），為大同市御河灌區(qū)及十里河牧草區(qū)提供灌溉水源（以地表水源置換地下水），同時(shí)為文瀛湖水庫(kù)水質(zhì)置換提供條件。工程完工后可以置換御河灌區(qū)現(xiàn)狀井灌區(qū)2 493.33 hm2，需水量857萬(wàn)m3；為十里河牧草區(qū)786.67 hm2退耕還草灌區(qū)提供灌溉用水344萬(wàn)m3。

置換工程包括渠道工程和管道工程。渠道工程總長(zhǎng)5.4 km；管線工程總長(zhǎng)6.23 km，管道起始高程為1 044.9 m，管道末端牧草地出水池高程為1 010.3 m，地形落差為34.6 m，輸水方式為有壓重力流輸水，設(shè)計(jì)流量0.43 m3/s。

2 方案比選

2.1 管材選擇

管材選擇的綜合評(píng)價(jià)，從以下幾個(gè)方面評(píng)定：管材可靠性，能承受工程要求的內(nèi)壓和外荷載；管材來(lái)源有保證，管件配套方便，運(yùn)輸費(fèi)用低；輸水能力相同的條件下，工程造價(jià)低；施工機(jī)具及安裝簡(jiǎn)單易操作；使用年限長(zhǎng)，維修工作小，利于管理。

本工程的供水對(duì)象為農(nóng)業(yè)灌溉用水，采用單管輸水、無(wú)調(diào)節(jié)設(shè)施。作為距離長(zhǎng)、保證率高的輸水工程，對(duì)輸水管道可靠性、耐久性等方面都有較高的要求。本工程輸水管道管徑范圍為DN 500～DN 600，工作壓力為0.6～1.0 MPa，結(jié)合國(guó)內(nèi)管材生產(chǎn)和本工程的實(shí)際情況，本次設(shè)計(jì)選擇了鋼管（SP）、球墨鑄鐵管（DIP）、聚乙烯管（PE）、預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP），4種管材進(jìn)行比較。各種管材技術(shù)指標(biāo)如下：

2.1.1 鋼管（SP）

鋼管的應(yīng)用歷史長(zhǎng)、范圍廣，是一種傳統(tǒng)的輸水管材。

其優(yōu)點(diǎn)是：強(qiáng)度較高，承受內(nèi)壓高，管件易加工，施工敷設(shè)方便，適應(yīng)性強(qiáng)，接口形式靈活，管道滲漏較少，施工現(xiàn)場(chǎng)直接焊接安裝，工期長(zhǎng)，重量輕。缺點(diǎn)是柔度大，容易變形，焊縫多，現(xiàn)場(chǎng)焊接工程量大，管材防腐要求高，成本高。

2.1.2 球墨鑄鐵管（DIP）

球墨鑄鐵管內(nèi)壁襯水泥磨光防腐，外壁采用噴鋅后涂瀝青防腐，采用柔性接口，適應(yīng)變形能力強(qiáng)，止水效果好，是一種較理想的輸水管材。

其優(yōu)點(diǎn)是：重量輕，抗腐蝕能力強(qiáng)，維修費(fèi)用低，管道承受壓力較高、標(biāo)準(zhǔn)配件易于采購(gòu)，使用壽命長(zhǎng)，設(shè)計(jì)采用橡膠圈承接口，對(duì)基礎(chǔ)的變形適應(yīng)性好，管內(nèi)的水泥砂漿內(nèi)襯有利于水質(zhì)衛(wèi)生條件的要求。且安裝方便，施工速度快。缺點(diǎn)是：直徑較小時(shí)，容易鑄造，造價(jià)也低；直徑較大時(shí)，造價(jià)增高，鑄造難度加大，施工鋪設(shè)時(shí)容易變形，因此，管徑較大時(shí)，成本優(yōu)勢(shì)低。

2.1.3 聚乙烯管（PE）

聚乙烯管的優(yōu)點(diǎn)是：重量輕、管內(nèi)壁光滑、水頭損失??；無(wú)毒無(wú)味、衛(wèi)生條件好；耐腐蝕，壽命長(zhǎng)，管道接頭強(qiáng)度高，易于施工，施工速度快，承載力強(qiáng)。同時(shí)，該管材在穿越建筑物時(shí)具有較大優(yōu)勢(shì)，可采用水平定向鉆進(jìn)施工，具有施工干擾小，穿越長(zhǎng)度長(zhǎng)，在不能開(kāi)挖鋪管區(qū)域具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。但管材造價(jià)相對(duì)較高。

2.1.4 預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（PCCP）

預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管是近年來(lái)推出的一種新型管材，是一種混凝土與鋼筋、鋼板的復(fù)合材料。承壓高、耐腐蝕、剛度好、密封性好，抗震性好，使用壽命長(zhǎng)、安裝費(fèi)用低、運(yùn)行成本及維護(hù)成本低。

缺點(diǎn)是管道重量大，造價(jià)高，安裝難度較大。主要應(yīng)用于長(zhǎng)距離、大流量、設(shè)計(jì)要求高的引水調(diào)水項(xiàng)目。

對(duì)以上4種管材比選見(jiàn)表1。

由于管線工程緊鄰大同市區(qū)，環(huán)保要求高，因此，防腐性能較差的鋼管不再考慮；其次，由于預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管造價(jià)高，本項(xiàng)目也不予考慮；最終僅對(duì)球墨鑄鐵管和PE管進(jìn)行進(jìn)一步比較。本工程管道管徑為DN 600，為降低投資，節(jié)約成本，確定供水線路采用球墨鑄鐵管。

表1 管材綜合比選表

2.2 管徑選擇

管內(nèi)水流平均流速：

V=Q/A=4Q/πD2=1.273Q/D2

式中：V——管內(nèi)水流平均流速，m/s；

Q——管道段設(shè)計(jì)流量，m3/s；

A——管道過(guò)水?dāng)嗝婷娣e，m2；

D——管道平均直徑，m。

從上式可知：流量一定時(shí)，管內(nèi)流速與管徑成反比關(guān)系。管徑越大，管內(nèi)流速越小，越容易淤堵，能耗費(fèi)用越低，沿程水頭損失越小，管材造價(jià)越高；管徑越小，管內(nèi)流速越大，越不容易淤堵，能耗費(fèi)用越高，沿程水頭損失越大，管材造價(jià)越低。因此輸水管道管徑，根據(jù)經(jīng)濟(jì)流速與不淤流速來(lái)確定。輸水管道的經(jīng)濟(jì)流速為0.8～2.5 m/s，不淤流速為0.6 m/s，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)分析，最終選定流速為1.52 m/s，代入上式得出管徑值DN為600 mm。

2.3 糙率選取

由于輸水工程管線比較長(zhǎng)，輸水管內(nèi)壁的糙率對(duì)管內(nèi)沿程水頭的損失影響很大。糙率值大，管內(nèi)沿程水頭損失就大，耗能就高；糙率值小，管內(nèi)沿程水頭損失就小，耗能就低。經(jīng)過(guò)必選分析，確定球墨鑄鐵管的糙率選用0.012。

3 結(jié)論

通過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析可知，采用球墨鑄鐵管，能夠滿足大同市文瀛湖—御河水源置換管線工程要求的耐久性高、維修率低、施工簡(jiǎn)便、工期短、造價(jià)低的目標(biāo)。在滿足過(guò)流量要求的條件下，通過(guò)經(jīng)濟(jì)流速、不淤流速的分析計(jì)算，確定了管道的最優(yōu)斷面積，進(jìn)而最終確定了管道的最優(yōu)直徑。依據(jù)同類(lèi)工程的類(lèi)比經(jīng)驗(yàn)，確定了管道工程的糙率值，確保了管線工程在一個(gè)合適的技術(shù)參數(shù)下運(yùn)行。