水库工程供水管道设计分析

娄吉宁

【摘要】在水利水电工程施工中，管道工程建设占总投资的60%以上，管道工程建设质量会直接影响整个水利水电工程运行成本。因此，在水利水电工程设计阶段，必须加强管道设计研究，这样才能便于后期施工和管理。对此，本文首先介绍了水利水电工程供水管道设计要点，然后结合树寨沟水库，对水库工程供水管道设计要点进行了详细探究。

【关键词】水库工程；管道；设计

1、引言

现如今，社会经济发展迅速，水资源短缺问题也越来越严重，水库工程建设数量和建设规模都在逐渐扩大，在发展经济用水，改善生态环境方面发挥着十分重要的作用。管道设计是水库工程设计重点，因此对管道工程设计要点进行详细探究具有十分重要的现实意义。

2、管道设计原则

（1）供水管道线路应该尽量顺直，尽量避免地形起伏过大或者地质条件较差的地段。（2）结合水库工程建设区域实际情况，包括冰冻情况、外部荷载等，合理确定管道埋深。（3）供水管线设计应该尽量靠近道路，便于施工、管理和维修。（4）供水管线布置应该尽量避免穿越村庄。

3、供水管道设计要点

3.1 管材选择方面

在供水管道管材的选择方面，应该坚持因地制宜和经济适用原则。常见供水管道管材主要有钢筋混凝土管、热镀锌钢管、无毒聚氯乙烯塑料管、聚乙烯塑料管以及钢管等等。如果供水管材直径在300mm以上，则可以使用钢筋混凝土管，并且尽量选用管壁粗糙率比较低的管道，这样能够有效减少水头损失。如果供水管材直径在300mm以下，则应该尽量选用聚乙烯塑料管或无毒聚氯乙烯塑料管，因为施工成本比较低，而且安装更加便捷。还需要注意的是，在石山区不宜埋管区域，应该尽量选用钢管或热镀锌钢管。管径的选择应该综合考虑供水规模等因素。

3.2 供水管线设计方面

供水管线设计应该尽量保持平整，尽量做到线路段、地形平缓、土石方工程量较小。另外，对于供水管线，应该尽量靠近道路两边进行规划和铺设，便于后期维护。除此以外，还应该充分利用水位高差，以重力流自压供水，输配水管线选择应考虑近、远期结合和分期施工的可能性。

4、工程概况

树寨沟水库供水工程设计灌面14300亩、人饮11581人，供水管道根据灌区、人饮分布及其高程布设，引水隧洞后接钢管，主管在龙窝寨分为左、右干管，右干管在石场乡分出中干管，其中主管至左、右干管分岔处长2610m，管材为DN500mm、450mm鋼管；右干管主要为Ⅱ、Ⅵ、Ⅶ灌区提供灌溉供水及柏杨村、新街村、石场乡人饮用水，设计引水流量0.11m3/s，右干管长4793m，管材为DN350、DN300mm钢管及dn160mm、dn200mmPE管；左干管主要为Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ灌区提供灌溉供水和大木村人饮用水，设计引水流量0.061m3/s，左干管长6850m，管材为DN350、DN300钢管及dn160mm、dn200mmPE管；中干管主要为Ⅷ灌区提供灌溉供水和构皮村人饮用水，设计引水流量0.025m3/s，中干管长2700m，管材为dn160mmPE管。

5、水库工程供水管道建筑设计

5.1 供水管道

5.1.1 供水点及需水量分析

根据《贵州省烟水配套工程建设规划》、《贵州省“十二五”烟草产业发展规划》等已有相关规划，树寨沟水库主要是向水库下游提供灌溉、人饮用水。

工程设计灌溉面积14300亩，其中水田300亩，主要分布在滥坝村寨，水田分布较集中；烟地14000亩，主要分布在桂花乡滥坝村、石场乡柏杨村、新街村、构皮村、文新村、大木村等6个行政村，旱地较为集中，呈带状分布。灌面高程均分布在1157.0m至860m之间，供水水源为树寨沟水库，设计年灌溉供水量138.9万m3，年人饮供水量46.1万m3。

树寨沟水库以烤烟灌溉为主，兼顾乡镇和农村生活饮水。根据《节水灌溉技术规范》（GB/T50363-2006）等相关规定，灌溉设计引用流量为P=80%最大旬（月）灌溉用水量。根据各作物最大月（旬）灌溉用水统计参数，水稻P=80%最大旬用水量为54.9m3/亩，用水流量为0.635m3/s·万亩；油菜P=80%最大月用水量为18.3m3/亩，用水流量为0.07m3/s·万亩；玉米P=80%最大月用水量为29.5m3/亩，用水流量为0.114m3/s·万亩；烤烟P=80%最大月用水量为19.3m3/亩，用水流量为0.074m3/s·万亩。

根据灌区分布情况、作物种植结构以及灌溉水利用系数，计算各作物的灌溉设计流量。水田设计灌溉面积为0.03万亩，灌溉水利用系数0.883，计算水田灌溉流量为0.022m3/s。灌区设计灌溉烤烟面积1.4万亩，采用两年轮作种植模式，即一年种植烤烟0.7万亩，另外0.7万亩种植玉米，计算烤烟灌区设计流量为0.059m3/s，另外0.7万亩玉米灌区设计流量为0.09m3/s，则灌区灌溉总设计流量为0.171m3/s。因为采用轮作模式，为保证轮作时满足流量要求，旱地采用玉米的灌溉流量，即管道设计流量宜按0.09m3/s考虑。

乡镇及农村供水较集中，根据《村镇供水工程技术规范》（SL310-2004）6.0.8条：水源到水厂的输水管设计流量，应按最高日工作时平均取水量确定。根据本工程供水规模、用水量组成以及生活水平，结合当地相似供水工程，日变化系数取1.5，根据需水预测成果，乡镇及农村日均供水量为1263m3/d，则输水干管设计流量为0.022m3/s。供水工程主管道供水流量为0.193m3/s。

5.1.2 水量调节措施

水量调节措施的核心是单双管方案的选择。《室外给水设计规范》（GB50013-2006）7.1.3条规定：输水干管不宜少于两条，当有安全贮水池或其它安全供水措施时，也可修建一条。

灌溉供水根据《灌溉与排水工设计规范》可采用渠道或管道输水，烟地灌面大且高程差近100m，由前述方案比较可知，为减少工程占地，提高灌溉水利用系数以充分利用水资源，采用埋管管道供水方案。灌区内根据灌溉面积的大小、距离的长短及高程差等因素设置适当的调节池用以调节供水水量及水头。

5.1.3 管径选择

树寨沟水库主管供水流量为0.193m3/s，其中右干管供水流量为0.11m3/s，左干管供水流量为0.061m3/s，中干管供水流量为0.025m3/s。

管径选择原则：因本工程为自流供水，在满足末端水压的要求下，应选择最小管径，力求投资最省。

管径应根据水头损失计算确定，计算公式如下：

根据供水流量，经计算，本工程设计管线的各种特性见下表1。

5.2 管材选择

本工程地处山区，线路尽量按照现有道路进行布设。现有道路多为乡道，崎岖狭窄，不利于运输，故不适合采用重量最大的预应力钢筒混凝土管；贵州近几年遭受较严重的凝冻灾害，根据2008年及2011年遭遇的凝冻灾害来看，铸铁管抗凝冻性差，容易在低温下损坏，故本阶段不推荐使用球墨铸铁管。结合本工程各供水管道的管线布置，根据管径大小选择不同材料，根据以往工程经验，当管径大于200mm时，选用Q235钢管较为经济；当管径小于200mm时，选用PE管较为经济。故管径小于等于200mm时，选用PE管，管径大于200mm时，选用Q235钢管。

5.3 管道镇支墩设计

本工程供水管道总长16953m，其中主管长2610m，左干管长6850m、右干管长4793m、中干管长2700m，管道全为埋管式自流式供水。镇墩设置原则：在管道平面或立面转弯处设置镇墩，以承受水流因管线方向的改变而产生轴向的不平衡力，将管道固定在地基上，防止发生位移，本工程在管道转弯处或直管段每隔400m左右设置一个镇墩；在管道相邻两镇墩之间，管道转弯段每间隔10m设一个支墩。两镇墩之间的支墩尽量按等距离布置，个别支墩间距考虑与镇墩的关系进行必要的调整，镇支墩均采用C15混凝土。

根据管线的走向，镇墩分为凸型、凹型两种镇墩，均为封闭式镇墩。镇墩在满足布置条件的前提下，其基础应置于基岩上，覆盖层深的地层，基础应置于老土上。支墩基础与镇墩基础一样，在基岩裸露时应置于基岩上，受地质条件所限，覆盖层较深，难置于基岩上时，须置于老土上。

5.4 管道附属设施

为保护管道，不占用地表耕地，管道采用埋管。PE管及压力钢管管沟开挖深度按管道埋深不小于1.0m控制，在穿越道路的地方增加套管，埋深应不小于1.0m。开挖边坡根据地质条件确定，基岩段1：0.3，覆盖层1：1，其他局部地段还应适当放缓；管道铺设时，陡于1：1.5的基槽，管基础采用200mm砼垫层，岩基管槽铺设200mm细砂垫层，再将管道置于其上。当管道穿越公路或乡村道路时，考虑上部通行车辆的荷载作用，设计中采用外套方形C20钢筋混凝土箱涵的方式，两端须分别伸出公路或道路两侧1.5m。

为保证管网正常运行和便于维修管理，在管网平缓位置设置检修闸阀；项目区处于山区，其管道沿线地形波状起伏、坡陡谷深。为便于在检修管道时，放空管内存水，在管道凸起处设置排气阀；在管道低洼处设置冲砂/放水闸阀，冲砂阀直接接钢管至低处的沟谷、河道，以利排水。各附属设施根据地形条件、调度运行、检修要求等进行合理布置。

排气阀井为方形，井深大于或等于管道直径加上0.6m，供水管管径≤200mm时，平面尺寸为1.3m×1.3m，供水管管径>200mm时，平面尺寸为1.8m×1.8m；井壁采用M7.5浆砌石砌筑，厚0.2m；底板采用C20混凝土浇筑，厚0.2m，井盖采用C20钢筋混凝土预制板，厚0.08m，由管道纵剖面图统计可知，共需设排气阀井20个。

冲砂阀井用于排水或检修，井内安装放水闸阀或检修闸阀，结构形式与排气阀井相同，由管道纵剖面图统计可知，共需設泄水冲砂阀井22个。

为保护管道在日后运行中，不受到人为的意外破坏，应沿管道线每隔500m处埋设一个警示牌，管线平面转弯点也应该埋设警示牌。警示牌采用C20砼预制而成，并标示醒目的提示字样。

6、结语

综上所述，树寨沟水库供水工程供水对象较多，管道布设复杂程度较高，对于供水管道，必须综合考虑灌区、人饮分布以及其高程进行布设，这样才能够有效提升管线布设的合理性。在管材选用方面，也应该对经济性和适用性进行综合比较分析，提升供水管道设计科学性，优化供水管道布置，节约施工成本。

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