王科

摘 要：推動(dòng)農(nóng)村供水工程可持續(xù)發(fā)展需要從管徑安排、設(shè)置填墩、進(jìn)（排）氣閥、減壓裝置和管道附件、減少水錘對(duì)管道的破壞性等方面入手，以此控制工程造價(jià)，提高供水效率。本文圍繞于此一一作了分析。

關(guān)鍵詞：農(nóng)村;供水工程;重力輸水技術(shù)

社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展推動(dòng)了農(nóng)村供水工程建設(shè)的發(fā)展步伐，尤其是重力輸水技術(shù)的運(yùn)用，使得供水安全性與質(zhì)量得以進(jìn)一步提升。但在工程建設(shè)中的投資成本大與輸水管道不規(guī)范鋪設(shè)等問題不能忽視。為推動(dòng)農(nóng)村供水工程可持續(xù)發(fā)展，還需從管徑安排與輸水管鋪設(shè)等工作入手分析調(diào)整，以此控制工程造價(jià)，提高供水效率。

1 科學(xué)安排管徑

在農(nóng)村供水工程設(shè)計(jì)中，不分析工程具體情況，僅通過常用方法計(jì)算管道阻力，主觀憑借經(jīng)驗(yàn)確定管徑，會(huì)造成設(shè)計(jì)失誤，對(duì)此科學(xué)計(jì)算意義重大。根據(jù)公式（管段設(shè)計(jì)流Q;流速Ve;輸水管道內(nèi)徑D）可知，在采用安全流速情況下，管徑與流速成反比。根據(jù)公式h1=L×i（單位管長(zhǎng)水頭損失i;管段長(zhǎng)度L;沿程水頭損失h1），可了解單位管長(zhǎng)水頭損失情況。從PVC-U 管道經(jīng)濟(jì)配置入手分析，當(dāng)管長(zhǎng)（110m）、流量（0.04m3/s）、高差（3.35m）固定，流速為0.95m/s時(shí)，計(jì)算與設(shè)計(jì)管徑分別為0.22m、0.25m，水頭損失為0.40m，工作水頭為3.12m。流速為0.16m/s時(shí)，計(jì)算與設(shè)計(jì)管徑分別為0.16m、0.20m，水頭損失為2.35m，工作水頭為2.30m。流速降低，計(jì)算與設(shè)計(jì)管徑、工作水頭下降，水頭損失隨之提高。對(duì)此，減少管徑控制工程造價(jià)，可在安全流速下選擇DN160設(shè)計(jì)值。

2 科學(xué)設(shè)置填墩

提高管網(wǎng)安全性，應(yīng)當(dāng)在管網(wǎng)拐點(diǎn)處、斜坡道布置填墩。同時(shí)壓力與水頭損失會(huì)隨著管網(wǎng)彎道的增多而提高，對(duì)此，應(yīng)當(dāng)盡量保持管網(wǎng)線路的直線型，擺放管道時(shí)應(yīng)按照管道尺寸、形狀確定，盡可能地減少伸縮段與管網(wǎng)造價(jià)成本，確保施工質(zhì)量。

3 科學(xué)設(shè)置進(jìn)（排）氣閥

農(nóng)村勞作與生活用水時(shí)段集中，為控制管內(nèi)流速與流量，需及時(shí)充氣與排氣，減少負(fù)壓對(duì)管道破壞，確保重力流輸水安全。對(duì)此，需在管線高低點(diǎn)、上下坡段等科學(xué)設(shè)置進(jìn)（排）氣閥，減少管道氣囊的影響，提高管網(wǎng)運(yùn)行穩(wěn)定性。管道系統(tǒng)在實(shí)際應(yīng)用中，受到氣水混合運(yùn)動(dòng)等運(yùn)動(dòng)形態(tài)影響，加之地下埋設(shè)的地形變化影響，為防止出現(xiàn)堵水等情況，需按照流速在水平管段設(shè)置進(jìn)（排）氣閥;在上坡管段終止點(diǎn)的高點(diǎn)處安裝排氣閥;在變坡轉(zhuǎn)折點(diǎn)，應(yīng)在下坡起點(diǎn)安裝空氣閥;下坡管段排氣輔助進(jìn)氣;上坡管段進(jìn)氣輔助排氣。根據(jù)公式×1.05D1（被保護(hù)管道內(nèi)徑D1;氣閥排出空氣流速v1;水流速度v;氣 閥通氣直徑d1），進(jìn)行進(jìn)（排）氣閥科學(xué)設(shè)計(jì)。

貴州山區(qū)松桃縣以林密、山高坡陡、深谷等地貌特征為主，供水工程水源以深山溪流為主，重力輸水貫穿山間溝壑，縱向坡度i>2%，在管道隆起點(diǎn)設(shè)置了自動(dòng)排氣閥設(shè)置;在低洼與反坡走向坡腳點(diǎn)處，設(shè)立了口徑>1/3管徑的排空閥;在低于DN100管徑與無隆起點(diǎn)、長(zhǎng)距離的平滯管段處，間隔1km設(shè)立了排氣閥，以減少輸水阻力。并在同一高程控制點(diǎn)處，以雙閥串聯(lián)方法安裝減壓閥，以此確保管道系統(tǒng)正常運(yùn)行。管道進(jìn)出水口處，要求閥門的口徑與水管直徑一致，對(duì)>500mm的管徑，需減少閥門口徑，但應(yīng)>80%。在輸水管的管橋上、最高處設(shè)立了排氣閥，對(duì)<300DN管徑以單口排氣閥為主，口徑是輸水管徑的1/2-1/5。對(duì)>400 DN管徑以雙口排氣閥為主，口徑為1/8-1/10。根據(jù)放空時(shí)間確定排空閥、排水管的直徑。

4 合理設(shè)置減壓裝置

基于重力輸水技術(shù)的農(nóng)村供水工程，在實(shí)踐中，應(yīng)嚴(yán)格按照規(guī)范要求，對(duì)管網(wǎng)水頭>60m與高差>40m的管網(wǎng)，合理安裝減壓閥與安全閥。管網(wǎng)配水時(shí)的動(dòng)力壓力控制，可通過提高沿程水頭損失、縮小管徑方法實(shí)現(xiàn);靜水壓力控制，可通過設(shè)置減壓閥或減水井等方式實(shí)現(xiàn)，通常使用減壓閥（200XP型）方法控制動(dòng)靜水壓力，在自控度、壓力調(diào)節(jié)靈活度、保證率等方面的優(yōu)勢(shì)，都是減壓井方式不能比擬的，同時(shí)不會(huì)出現(xiàn)減壓井溢水等問題。最大程度發(fā)揮減壓閥作用，還需控制以下施工要點(diǎn);一是根據(jù)減壓閥進(jìn)出水方向進(jìn)行水平或垂直安裝。二是為延長(zhǎng)減壓閥壽命，應(yīng)合理安裝過濾器。徹底清洗管路系統(tǒng)后安裝減壓閥，避免臟物進(jìn)入閥門。三是在過濾前安裝截止閥。為確保洪水連續(xù)性與穩(wěn)定性，多采用并聯(lián)安裝減壓閥的手段，截止閥應(yīng)在減壓閥前后安裝。四是壓力表安裝在減壓閥前后，與閥門進(jìn)出口端的間距>5DN。五是為了提高安裝維修便利性，需在閥門出水端安裝軟接口。六是在運(yùn)輸減壓閥時(shí)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)穩(wěn)固保護(hù)，安裝中不能與硬物撞擊。存放減壓閥的環(huán)境達(dá)標(biāo)，防止橡膠材料出現(xiàn)質(zhì)量問題，應(yīng)與電氣焊等熾熱環(huán)境保持一定距離。

比如，云南省芒市勐嘎鎮(zhèn)集鎮(zhèn)供水工程建設(shè)后，主要為集鎮(zhèn)生態(tài)綠化、工業(yè)、周邊村組供水，輸水距離長(zhǎng)達(dá)13km，年供水量18萬m3，總落差325m，使用DN250、DN300輸水管道直徑。在減壓方面采用了減壓池方案，以降低動(dòng)靜水壓力影響。設(shè)置減壓池后，正常運(yùn)行水壓顯著降低，滿足水壓需要的同時(shí)，多余水頭得到控制，動(dòng)靜水壓力減少，管路漏失水量與工程造價(jià)逐漸優(yōu)化。減壓池直徑3.25m，池深6m，進(jìn)水管與溢流出水管位置分別為2m、5m，進(jìn)出水管管徑DN250，承壓0.6～1.8MPa，減壓池填入高壓水后，水流與井壁、池底撞擊后向上翻滾，能量大量消失，沿上端出輸水管溢流進(jìn)下級(jí)輸水管道。

5 減少水錘對(duì)管道破壞性

管網(wǎng)安全運(yùn)行中，不能忽視壓力管道受水錘的破壞影響。直接水錘水頭（Hd）根據(jù)公式Cv1/g或2Lv1/gTt公式計(jì)算;間接水錘水頭（Hi）根據(jù)公式2Lv1/g（Tt+Tg）計(jì)算，式中g(shù)為重力加速度（9.81m/s）;Tg為關(guān)閉閥門時(shí)間。影響水錘壓力的因素較多，包括管長(zhǎng)流速與閥門啟閉時(shí)間等。減少水錘的危害措施如下，一是管道長(zhǎng)度、水錘壓力成正比;對(duì)此，可在管長(zhǎng)<500m處設(shè)置閥門。二是合理安裝節(jié)制閥門，以便于檢修維護(hù)。三是管內(nèi)流速、水錘壓力成正比，對(duì)此，要求流速在流速限制范圍內(nèi)。四是延長(zhǎng)閥門啟動(dòng)時(shí)間，防止水錘破壞管道。

長(zhǎng)距離重力輸水工程中，水錘保護(hù)措施多樣，包括超壓泄壓閥、緩沖排氣閥、箱式雙向調(diào)壓塔等。從超壓泄壓閥保護(hù)措施入手分析，由先導(dǎo)閥與主閥組成，當(dāng)管道壓力達(dá)到極限時(shí)，閥門自動(dòng)開啟，以泄出流量方式減壓，壓力穩(wěn)定安全運(yùn)行的管道，閥門處于關(guān)閉狀態(tài)。管道水錘壓力得以有效控制，但對(duì)斷流水錘負(fù)壓情況無法控制，且國(guó)內(nèi)的超壓泄壓閥都存在動(dòng)作滯后1-2s、拒動(dòng)作等問題，但在農(nóng)村水利工程中的應(yīng)用，還需根據(jù)實(shí)際情況選擇水錘保護(hù)措施。

6 合理設(shè)置管道附件

合理安裝檢修閥門，根據(jù)事故排除難度、管材強(qiáng)度等狀況確定閥門間距，控制在5-10km范圍內(nèi)。合理設(shè)置水力控制閥，并在各閥門處合理設(shè)置檢修閥。從輸水管道入手分析，各類管道安裝，建議用柔性接頭或伸縮器，以減少埋設(shè)地形變化與溫差等因素對(duì)管道質(zhì)量的影響。

7 成效

農(nóng)村供水工程，具有典型的長(zhǎng)距離輸水管網(wǎng)、供水覆蓋面廣、陡峭地貌地面、管網(wǎng)首末高差大、保證率高等特征，對(duì)于管網(wǎng)保護(hù)設(shè)備安裝與氣錘保護(hù)措施、管道運(yùn)行安全性與穩(wěn)定等提出了更高要求。實(shí)施重力流輸配水技術(shù)，可切實(shí)發(fā)揮水力條件優(yōu)勢(shì)，控制安全流速，可有效減少管徑，工程造價(jià)隨之優(yōu)化。管網(wǎng)合理布置，利于重力流輸水技術(shù)優(yōu)勢(shì)最大程度發(fā)揮，真正實(shí)現(xiàn)了不費(fèi)時(shí)費(fèi)力的用水，且管網(wǎng)維修管理便利。如托克遜縣供水工程，在引水方式方面，紅山水庫出水口高程為358m，中間高程76m，末端高程120m，無法實(shí)現(xiàn)明流輸水，選擇壓力管道輸水。在線路選擇方面，第一條線路設(shè)定從紅山水庫引出，沿科爾堿公路設(shè)定管線，東出紅山直線至工業(yè)園區(qū)，管線總長(zhǎng)約36m，侵占耕地255畝，方案投資4542萬元。第二條線路設(shè)定從紅山水庫引出，沿科爾堿公路設(shè)定管線，東出紅山轉(zhuǎn)折穿越戈壁灘、托克遜縣草場(chǎng)區(qū)、博斯坦鄉(xiāng)作物種植區(qū)至水廠處，管線總長(zhǎng)約38m，侵占耕地93畝，方案投資4318萬元。從技術(shù)與投資等方面綜合考慮，最終選擇第二條設(shè)計(jì)線路。在管材選擇方面，選擇了玻璃鋼管，在抗腐蝕性與施工便利性、使用年限、輸水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)、單米管材價(jià)格（835元）等方面的特征優(yōu)勢(shì)，都是球墨鑄鐵管、混凝土預(yù)應(yīng)力管等管材不能比擬的，整體方案經(jīng)濟(jì)效益顯著。

總之，農(nóng)村水利工程關(guān)乎農(nóng)村經(jīng)濟(jì)建設(shè)，為解決農(nóng)村用水量小與居住分散、用水設(shè)施滯后等飲水問題，引入了重力輸水技術(shù)。加強(qiáng)實(shí)施方案比對(duì)，可有效確保實(shí)施成效。同時(shí)基于該技術(shù)的供水管網(wǎng)，管理便利且工程造價(jià)低，具有較高的應(yīng)用推廣價(jià)值。

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