大落差重力输水在供水工程中的应用

宋乃硕;施永生;周文庆;齐欣

【摘 要】通过大落差重力输水在云南省芒市勐嘎镇集镇供水工程中的应用,介绍了大落差重力流管道输水设计中减压消能压力水锤防护措施、排气阀布设及注意事项,在类似工程设计中以供参考.%Through the large gap gravity water used in water supply project in Mengga town of Mans in Yunnan Province, the large gap gravity flow pipeline design is introduced in the measures of decompression of energy dissipation to protective the water hammer, set exhaust and note, for reference in similar project design. 【期刊名称】《科学技术与工程》 【年(卷),期】2012(012)001 【总页数】3页(P224-226)

【关键词】大落差;重力流输水;供水工程;应用 【作 者】宋乃硕;施永生;周文庆;齐欣

【作者单位】昆明理工大学建筑工程学院,昆明650224;昆明理工大学建筑工程学院,昆明650224;昆明理工大学建筑工程学院,昆明650224;昆明理工大学建筑工程学院,昆明650224 【正文语种】中 文 【中图分类】TU991.41

我国西南山区地形复杂，水资源时空分配严重不均。特别经过去年历史罕见大旱，当地水资源缺乏问题更加严重，不能满足当地经济迅速发展和人民生活水平不断提高对水的需求。为此必须兴建调水工程，以缓解水资源的供需矛盾。

勐嘎镇集镇供水工程是集大落差、长距离、地形复杂于一体的重力流管道输水的工程实例，为西南集镇重力式管道输水技术积累了经验。 1 工程概况

勐嘎镇集镇供水工程由取水首部工程、输水管道工程、净水工程和配水工程四部分组成。工程任务是为集镇、集镇周边村组、工业和生态绿化供水，年供水量18.25万 m3，设计供水流量57.9 L/s;工程输水距离长13.253 km，总落差324 m，为充分利用地势条件，采用球墨铸铁管道重力流输水，输水管管道直径为DN300及DN250。该工程于2010年7月开工建设，2011年6月通水。 2 输水管道布置

勐嘎镇集镇供水工程从水头河泉水取水，取水首部没有调节能力，管道供水流量随季节而变化，加上管线长、地形落差大、地形起伏段多，运行工况复杂，对管道安全运行极为不利。经经济技术比较，设计采用分段输水方案，以降低管道的工作压力，保证安全运行;输水管线分成三段，每段的地形落差不超过150 m，全线管道最大静水压力控制在1.6 MPa之内，各分段间用减压池连接，前后管段构成独立运行系统(见图1)。根据该工程的地形条件，结合已建工程经验，在地形隆起处布置排气阀，共设置6座。此外，沿线还设置了4座排泥阀井。 3 减压消能措施

由于本输水管线沿线下降落差较大，大部分输水管道按常规设计内压都将超过130 m水柱，根据一般工程经验，内压超过80 m水柱时，管道接头、阀门连接、管件连接等处易出现故障，且影响管道整体安全。因此，针对本工程输水管道系统

中普遍存在的静水头和水锤压力大的问题，采用分级消能减压措施以降低管道正常运行水压，提高管路运行的可靠性和经济合理性。 3.1 减压消能方案

方案采用沿线设置减压池。经过计算比较，得二级减压方案压力可满足要求，最终方案确定为在桩号K2+262和K4+737处设置减压池。该技术方案可大幅度降低管道正常运行时各种不同工况下的动水、静水压力，也能使管道压力满足要求。其计算输水管压力情况(见表1)，管道纵断面及水压线情况(见图1)。

由表1可知，通过在管路中2+262和4+737处设置减压池的计算数据可知，不设置减压池桩号K5+641处的正常运行水压为2.14 MPa，设减压阀后此处的正常运行水压降为0.77 MPa，桩号K8+723处不设减压池的正常运行水压为1.73 MPa，设减压池后降为0.6 MPa，此时既满足了管道正常水压需求，同时消减了多余水头，降低静水、动水压力，保证管路正常运行，减少了管路漏失水量，同时大大降低了造价。 图1 输水管道分段示意图 3.2 减压池结构设计

减压池为钢筋混凝土结构，圆形，与大气相通，井内水面为自由水面，根据减压池对压力的要求，池深为6～10 m，直径为3～4 m，进水管位于减压池下端，支墩固定，管口朝下，水垫后约为2 m。减压池上端设出水管，距离池顶1～1.5 m。进水管和出水管均为无缝钢管，管径为DN250，粗糙率为0.011，可承压0.6～1.8 MPa。输水管道内高压水进入减压池后，利用射流强烈冲击池的底部，受水垫的作用，水流与井底、井壁剧烈碰撞后，向上翻滚，消耗大量能量后，经减压池上端的出水管溢流排走，进入下一级输水管道。减压池结构(见图2)。

表1 减压池设置前后管中压力对比(相对压力)桩号2262 4737 5641 7786 8723 9983 0.85 2.14 3 2.55 3.01 3.02设置前最大静压/MPa正常运行/MPa 0.6 1.46

2.14 1.37 1.73 1.56 0.65 1.55 0.84 0.38 0.88 0.88设置后最大静压/MPa正常运行/MPa 0 0 0.77 0.17 0.6 0.63

该工程设计减压池的结构尺寸为:减压池深6 m;直径为3.24 m;进水管位置(即水垫厚度)为2 m;溢流出水管位置(即底板至溢流出水管中心线高度)为5 m;进水、出水管管径为DN250;进水管入减压水池长为1.5 m。 图2 减压池结构示意图 4 排气阀布设及注意事项

长距离大落差输水管路的驼峰处或膝部，由于很多原因常常会有大量气体的聚集，引起管道气堵，甚至水流中断;或者发生水柱分离水锤，形成液体局部汽化空腔(蒸汽腔)［3］。为保护管路，沿管路必要处要布设排气阀。 4.1 排气阀布设

排气阀是一种补气和排气装置，当管内压力低于大气压力时，阀门打开，空气进入管内以避免管内压力下降过低。当管内压力高于大气压力时，排气孔打开，气体以稳定的速度从管道排出，从而防止压力过高引起断流弥合水锤［2］。

方案采用在管道驼峰处布设排气阀。设计中根据该工程的地形条件，结合已建工程经验，沿线在桩号 K0+466、K3+296、K4+392、K5+461、K7+786、K9+668处共设置6座。 4.2 排气阀选用

排气阀选用规格，公称直径一般为主管道直径的1/8～1/4之间。设计时，兼有进气、排气两种功能的排气阀公称直径宜取主管道直径的1/8～1/5;仅考虑排气功能的取1/12～1/8;选用不带缓闭的排气阀时，最好在一处安装一大一小两个排气阀，其中较小直径的排气阀装于管顶，而较大的排气阀装在管道中心线30°～45°角的侧面;选用带有缓闭的排气阀，仅在管顶处安装一个即可。该工程选用缓冲排气阀，DN80为全线通用口径。

4.3 注意事项 4.3.1 排气阀数量设置

在长距离大落差输水管路中，应依据输水管道的纵向布置，根据实际管道线路地形，选择合适的位置(一般在驼峰处)布置一定数量的排气阀。如果管道平坦，当坡度≤1/1 000时，应每隔0.5～1 km安装一个排气阀;当坡度≤1/100时，应每隔1～1.5 km安装一个排气阀。如坡度再大时，可考虑每隔1.5～3 km安装一个排气阀。水平距段根据经验不应大于300 m就应增设一个排气阀。该工程根据地形沿线共设置了6个排气阀。 4.3.2 排气阀位置选择

在管线的水平段，排气的问题比较突出，因此在管线设计时设计人员往往人为地把管线布置成一个高点，设置排气阀。在地形起伏较小地段，排气阀设置在输水管道的最高点。在地形起伏较大地段，排气阀设置在管道最高点，并在最高点下游约20～50 m处增设一座排气阀。

位置选择时要保证排气阀的在运行过程中便于维修和更换，为防止杂草等堵塞气阀，要设置排气阀井;不能设置阀井处，可设置钢板罩保护。在寒冷地区，应采取保温措施保护排气阀［2］。该工程的K7+786、K9+682处2座排气阀设置在管道的驼峰处，其它几座设置在平直段管道处。 5 结论

大落差重力流管道输水技术具有省电、节能、投资省、成本低、运行管理简单、方便等优点。从勐嘎镇集镇供水工程的实践来看，在西南中小集镇供水工程中，它是一种值得推广的理想的供水方式。 参考文献

【相关文献】

1 中国市政工程东北设计研究院.给水排水设计手册.第03册.城镇给水.北京:中国建筑工业出版社，2000

2 中国工程建设标准化协会CECS193:2005，城镇供水长距离输水管(渠)道工程技术规程.北京:中国计划出版社，2006

3 杨照明，张金承.长距离大落差重力流管道输水技术 .水利建设与管理，2011;(04):13—15