贵州村镇供水工程输水管线管材选择的影响因素分析

(贵州省城乡规划设计研究院，贵州 贵阳550004）

贵州属于喀斯特地质地区，地形地貌复杂，村镇经济发展相对滞后，因而其供水工程具有以下特点：①供水用途单一，主要为生活用水、少量农副产品加工用水；②供水工程的供水规模小，大多在100～2000m3／d；③供水水源距离镇区或者村寨远近不一，有的距离较短(1～2km），有的距离较长（4～6km），少数长达10km以上。针对上述特点，笔者对贵州村镇供水工程输水管线管材选择的影响因素进行了研究。

1 常用供水工程输水管线管材

输水管道管材的选择一般应符合以下要求[1]：①具有一定强度，耐腐蚀性好，能承受所要求的管内外压力；②水密性好，不漏水、不渗水；③内壁光滑；④施工方便可靠。根据上述要求，符合村镇供水工程输水管线的管材有钢管、给水离心球墨铸铁管、PE给水管等。

1）钢管 钢管的主要优点是机械强度好、承受高压能力强、其管身的可焊性便于制造各种管件、特别能适应地形复杂及要求较高的管线使用。钢管的最大缺点是易腐蚀。由于钢管易腐蚀，为了提高其使用年限和使用效果，逐步出现了内壁有非金属涂层的聚乙烯(PE）钢塑复合管与环氧树脂(EP）钢塑复合管、有的厂家还生产乙烯-丙烯酸共聚物(EAA）钢塑复合管，出现了内壁有非金属衬里的聚乙烯(PE）、硬聚氯乙烯(PVC-U）、交联聚乙烯(PEX）、氯化聚氯乙烯(CPVC）和聚丙烯(PP）钢塑复合管。2种类型的管道均有法兰式、沟槽式和螺纹式等连接方式。

2）给水离心球墨铸铁管 给水铸铁管按制造材质及生产工艺不同分为给水灰口铸铁管和给水离心球墨铸铁管：灰口铸铁管受材质和制造工艺限制，具有质硬而脆、重量大、延展性差、壁厚、金属用量多、施工困难等缺点，一般不在供水工程中使用；给水离心球墨铸铁管是将经过球化处理的铸造铁水通过离心浇铸工艺制作成的管道，具有高强度、高延伸性(延伸率≥10%）、抗腐蚀性能强、管壁薄，节省金属材料等优越性能，可采用法兰连接、K型机械式柔性连接、T型承插式柔性连接等连接方式，其中T型承插式柔性连接的密封性好且安装方便，已广泛应用于供水工程中。

3）PE给水管 PE给水管根据生产管道的聚乙烯原材料不同，目前常用的主要是PE80级和PE100级[2]。PE给水管有着优异的性能特点：①无毒，不含重金属添加剂，不结垢，不滋生细菌，卫生条件好。②柔韧性好，抗冲击强度高，耐强震和扭曲。③独特的电熔焊接和热熔对接技术使接口强度高于管材本体，保证了接口的安全可靠。PE给水管的主要缺点是裸露在外且没有采取保护措施时，老化速度较快，大大缩短了管道的使用寿命，而且由于PE给水管较柔软，对管道基槽处理、覆土等施工要求较高。此外，PE给水管暴露在外时容易遭到人为破坏，安全性较差。

2 输水管线管材选择的影响因素

2．1 过水能力及运行成本

相对来说，村镇供水工程服务地区经济发展较滞后，居民收入低，特别是需加压供水时，尽量降低用水居民水价显得尤其重要，故在供水工程的输水管管材选择时应首要考虑管道的过水能力，在相同条件下，尽可能减少管道的水头损失，降低工程运行电耗和运行成本。

管道的水头损失包含沿程水头损失和局部水头损失，沿程水头损失可按下式计算[1]：

式中，h表示沿程水头损失，m；L为管道长度，m；D为管径，m；q为流量，m3／s；C为海曾-威廉系数。

根据现行设计规范[1]，局部水头损失一般按沿程水头损失的5%～10%计算，但受贵州山区特殊地形影响，输水管线起伏较大、转弯较多，局部水头损失较大，对于较长的输水管线，难以对其局部水头损失进行详细计算，根据笔者对贵州山区供水工程的设计经验，建议按沿程水头损失的10%～15%计算。

输水工程的电费可按下式计算[3]：

式中，Q为最高日供水量，m3／d；H为取水扬程，m；η为水泵效率，一般按70%～80%计算；Kz为日变化系数，一般取1．2；d为电费单价，0．54元／(kW·h）。

表1所示为200m3／d供水工程输水管线(管径为65mm）在经济流速(0．73m／s）下的水头损失和电耗计算结果表。从表1可以看出，无论工程规模的大小如何，同管径的PE给水管比钢管和离心球墨铸铁管的水头损失和电耗都要小；当输水管线较长时，不同管材输水管道的水头损失和电耗的差别较大，对水价的影响明显；当输水管线较短时，不同管材的输水管道水头损失和电耗的差别较小，对水价的影响不明显。此外，同管径的PE给水管比钢管和离心球墨铸铁管的水头损失和电耗都要小。因此，在选择村镇供水工程输水管线管材时应充分考虑工程的供水规模及输水管线的长度影响。总体来说，当输水管线较长时，应优先考虑选用PE给水管，这样可降低工程运行成本；当输水管线较短时，各种管材的运行成本差别不大，对水价影响小，这时候应结合其他影响因素选择合适的输水管管材。

表1 200m3／d供水工程输水管线水头损失和电耗计算结果表

2．2 地质和气候条件

贵州属喀斯特地质地区，地质情况复杂，较长输水管线可能会通过不同地质情况的地段，受各种管材的安装要求限制，输水管道管材选择时应充分考虑地质情况的影响。当地质条件为情况良好的土质时，输水管一般采用埋地敷设；当管线遇到管槽开挖难度较大、投资较大的岩石时，一般考虑在地面上架空敷设。由于PE给水管抗老化性能差且管道材质较软，若管道敷设在地面上，容易遭到人为破坏，故不宜采用PE管作为输水管线。贵州大部分地区酸雨污染较严重，若管道敷设在地面上，钢管易受腐蚀，导致使用年限缩短，因而也不宜采用钢管作为输水管线。离心球墨铸铁管抗腐蚀性能良好，且一般出厂时均作好内外防腐层，能保证管道的使用寿命，故输水管线在地面上敷设时应优先考虑采用离心球墨铸铁管。

2．3 交通运输条件

贵州山区地形起伏较大，且许多供水工程输水管线大多敷设在荒郊野外，因而运输输水管线的交通条件差，搬运费用高。就相同管径、相同压力等级的管道来说，PE管与钢管、离心球墨铸铁管比较具有重量轻的优势，应当优先考虑采用PE给水管。

2．4 安装条件

由于大部分供水工程输水管线敷设在野外，当采用热熔连接PE管和焊接钢管时，需引电源到施工现场或者采用发电机供电，如管线长度较长，大大加大了施工难度，施工费用较高。离心球墨铸铁管采用T型柔性橡胶圈接口，密封性好，且不需要电源，安装方便，应优先考虑采用该类型输水管，但安装时要注意保护好外防腐层，这样能延长管道的使用寿命。

3 结 语

村镇经济发展相对滞后，在进行村镇供水工程输水管线管材选择时，应考虑过水能力及运行成本、工程所在地的地质和气候条件、交通运输条件和安装条件等影响因素，在目前市场上易采购、应用广泛的给水管中，选用合适的村镇供水工程输水管线管材。

[1]CJJ123-2008，镇(乡）村给水工程技术规程 [S]．

[2]方育瑜．供燃气(给水）用埋地聚乙烯管道 [M]．北京：中国建筑工业出版社，1997．

[3]上海市政工程设计研究院．给水排水设计手册 [M]．北京：中国建筑工业出版社，2001．