大同市文瀛湖御河水源工程输水管比选

孟汉才

（大同市水务局水土保持站，山西 大同 037004）

1 项目简况

文瀛湖—御河水源置换工程位于大同市东南部，项目设计是通过新建渠道（管道）将文瀛湖与御河西干渠、御河连通，利用文瀛湖现有水源条件（孤山水库、引黄水、册田水库），为大同市御河灌区及十里河牧草区提供灌溉水源（以地表水源置换地下水），同时为文瀛湖水库水质置换提供条件。工程完工后可以置换御河灌区现状井灌区2 493.33 hm2，需水量857万m3；为十里河牧草区786.67 hm2退耕还草灌区提供灌溉用水344万m3。

置换工程包括渠道工程和管道工程。渠道工程总长5.4 km；管线工程总长6.23 km，管道起始高程为1 044.9 m，管道末端牧草地出水池高程为1 010.3 m，地形落差为34.6 m，输水方式为有压重力流输水，设计流量0.43 m3/s。

2 方案比选

2.1 管材选择

管材选择的综合评价，从以下几个方面评定：管材可靠性，能承受工程要求的内压和外荷载；管材来源有保证，管件配套方便，运输费用低；输水能力相同的条件下，工程造价低；施工机具及安装简单易操作；使用年限长，维修工作小，利于管理。

本工程的供水对象为农业灌溉用水，采用单管输水、无调节设施。作为距离长、保证率高的输水工程，对输水管道可靠性、耐久性等方面都有较高的要求。本工程输水管道管径范围为DN 500～DN 600，工作压力为0.6～1.0 MPa，结合国内管材生产和本工程的实际情况，本次设计选择了钢管（SP）、球墨铸铁管（DIP）、聚乙烯管（PE）、预应力钢筒混凝土管（PCCP），4种管材进行比较。各种管材技术指标如下：

2.1.1 钢管（SP）

钢管的应用历史长、范围广，是一种传统的输水管材。

其优点是：强度较高，承受内压高，管件易加工，施工敷设方便，适应性强，接口形式灵活，管道渗漏较少，施工现场直接焊接安装，工期长，重量轻。缺点是柔度大，容易变形，焊缝多，现场焊接工程量大，管材防腐要求高，成本高。

2.1.2 球墨铸铁管（DIP）

球墨铸铁管内壁衬水泥磨光防腐，外壁采用喷锌后涂沥青防腐，采用柔性接口，适应变形能力强，止水效果好，是一种较理想的输水管材。

其优点是：重量轻，抗腐蚀能力强，维修费用低，管道承受压力较高、标准配件易于采购，使用寿命长，设计采用橡胶圈承接口，对基础的变形适应性好，管内的水泥砂浆内衬有利于水质卫生条件的要求。且安装方便，施工速度快。缺点是：直径较小时，容易铸造，造价也低；直径较大时，造价增高，铸造难度加大，施工铺设时容易变形，因此，管径较大时，成本优势低。

2.1.3 聚乙烯管（PE）

聚乙烯管的优点是：重量轻、管内壁光滑、水头损失小；无毒无味、卫生条件好；耐腐蚀，寿命长，管道接头强度高，易于施工，施工速度快，承载力强。同时，该管材在穿越建筑物时具有较大优势，可采用水平定向钻进施工，具有施工干扰小，穿越长度长，在不能开挖铺管区域具有不可替代的优势。但管材造价相对较高。

2.1.4 预应力钢筒混凝土管（PCCP）

预应力钢筒混凝土管是近年来推出的一种新型管材，是一种混凝土与钢筋、钢板的复合材料。承压高、耐腐蚀、刚度好、密封性好，抗震性好，使用寿命长、安装费用低、运行成本及维护成本低。

缺点是管道重量大，造价高，安装难度较大。主要应用于长距离、大流量、设计要求高的引水调水项目。

对以上4种管材比选见表1。

由于管线工程紧邻大同市区，环保要求高，因此，防腐性能较差的钢管不再考虑；其次，由于预应力钢筒混凝土管造价高，本项目也不予考虑；最终仅对球墨铸铁管和PE管进行进一步比较。本工程管道管径为DN 600，为降低投资，节约成本，确定供水线路采用球墨铸铁管。

表1 管材综合比选表

2.2 管径选择

管内水流平均流速：

V=Q/A=4Q/πD2=1.273Q/D2

式中：V——管内水流平均流速，m/s；

Q——管道段设计流量，m3/s；

A——管道过水断面面积，m2；

D——管道平均直径，m。

从上式可知：流量一定时，管内流速与管径成反比关系。管径越大，管内流速越小，越容易淤堵，能耗费用越低，沿程水头损失越小，管材造价越高；管径越小，管内流速越大，越不容易淤堵，能耗费用越高，沿程水头损失越大，管材造价越低。因此输水管道管径，根据经济流速与不淤流速来确定。输水管道的经济流速为0.8～2.5 m/s，不淤流速为0.6 m/s，经过经济分析，最终选定流速为1.52 m/s，代入上式得出管径值DN为600 mm。

2.3 糙率选取

由于输水工程管线比较长，输水管内壁的糙率对管内沿程水头的损失影响很大。糙率值大，管内沿程水头损失就大，耗能就高；糙率值小，管内沿程水头损失就小，耗能就低。经过必选分析，确定球墨铸铁管的糙率选用0.012。

3 结论

通过技术经济比较分析可知，采用球墨铸铁管，能够满足大同市文瀛湖—御河水源置换管线工程要求的耐久性高、维修率低、施工简便、工期短、造价低的目标。在满足过流量要求的条件下，通过经济流速、不淤流速的分析计算，确定了管道的最优断面积，进而最终确定了管道的最优直径。依据同类工程的类比经验，确定了管道工程的糙率值，确保了管线工程在一个合适的技术参数下运行。