长距离有压重力流输水在供水工程中的设计及应用

长距离有压重力流输水在供水工程中的设计及应用

摘要：对于一些水资源稀缺的地区，为了满足基本的生活用水和工业用水，必

须要依靠相关的管道进行输水。为了保证长距离输水的安全性，供水工程一般会

利用有压重力流进行输水，本文就此进行探讨。

关键词：长距离有压重力流输水供水工程设计应用

我国水资源分配不均的现状，阻碍了一些地区经济的发展，为了促进这些地

区的发展，需要往这些地区进行输水。由于长距离有压重力流输水工程，在输水

的过程中，具有水分蒸发少、环保等优点，被广泛应用在了供水工程中。但是，

为了保证输水的安全性，必须要对其进行合理的设计，计算输水的水力，合理的

布置管道，才可以保证供水工程的长远发展。本文以青海海东地区的输水工程为例，进行探讨。

一、工程概况

循化撒拉族自治县位于青海省东部，地处青藏高原边缘地带，祁连山支脉拉

鸡山东端，四面环山，山谷相间，黄河流经县境，川道平衍，森林茂密，农田肥沃，牧草丰美。小积石山支脉——达里加山位于境内东部，周毛卡山位于南部，

郭毛喀山位于西南部。

由于黄河流贯全境，四周又多是高山，大西北干燥的季节风相对来说不易侵入，黄河上空蒸腾的水分增加了空气中的湿度。形成了高原大陆性气候，其特点是：气候温和、夏无酷署、冬不甚寒、日照时间长、太阳辐射强、昼夜温差悬殊。降雨量少，蒸发量大，春季十年九旱，多东南风，夏季雷暴雨，冰雹频繁，从黄

河沿岸到南部山区，海拔逐渐升高；随之光、热、水垂直变化也很明显。全年降

雨量264.9毫米，南北差异很大，分布不匀，主要降水量集中在6-8月，占全年

总降水量的63.5%。循化县白庄镇至清水乡人畜饮水工程设计规模4902.18m3/d，输水干管管道全长50.15km，全线采用有压重力流输水。管道多建设于山脚，项

目区位于青藏高原东部与陇东黄土高原的交汇地带。在内外地质营力的长期作用下，形成了河谷、丘陵、山脉相间的地貌景观，按地貌的成因类型和形态特征，

可将区域内的地貌划分为构造剥蚀中山、构造侵蚀低中山—丘陵、山前洪积平原

及河谷冲洪积带状平原几种基本类型。管道落差近1000m。

二、在工程中长距离有压重力流输水在供水工程中的设计

本工程特点是输水管线距离长、地形起伏大、且全线为有压重力自流输水。

管线承受最大静水压力高达302m，起终点落差最大963.16m，但输水起点、终点的距离仅30km，每公里的坡降32m，管线敷设线路穿越1个大的倒虹吸管段，

这些不利因素对管线全线通水、管线的安全运行带来了诸多不利因素。为此，在

长距离有压重力流输水在供水工程中的设计中考虑了很多因素。

2.1选用合理的水力计算公式，对管道水力进行精准计算

管道水力计算，管材选定为涂塑钢管，水头损失可按塑料管的沿程水头损失

计算。计算采用魏斯巴赫-达西公式。进行长距离输水管道水力计算，特别是采用

全线有压重力输水工艺计算时，要结合线路测量纵断面图进行，将线路测量纵断

面线整理合并成一张图，并将起点位置、设计水位、终点位置在线路测量纵断面

图中标示出来，最终将计算的水力坡降线画在线路测量纵断面图中。这样做的目的，一是使设计人员对所选线路整体走向起伏做到心中有数，另外根据这张水力

坡降线图可初步判断出管线在运行中易发生集气、泥沙沉积、易发生管道断流水击、断流弥合水击、上游突然关阀水击破坏点等。并合理确定隔断检修设置、管

材压力等级分级等。

2.2根据实际情况，合理选择输水线路

总干管从水库放水管接水后沿夕昌沟布置，总干管在夕昌沟沟口分为两条，

东干管穿越循化-大力加山高速公路涵洞后沿国道北侧的村庄东侧布置，干管自南向北供水至清水乡马儿坡，在东干管穿越国道202线后引一条支管向上白庄村供水；西干管沿原有渠线，在跨越高速公路后于高速公路东侧布置，管道末端到达

积石镇。支管自干管接水后，向各个村蓄水池输水。但管道穿越岩石段较多，爆

破工程量大，施工困难。

2.3对管道减压进行合理设计，保证管道运输安全

计算的总干管至各分支管压差很大，稳态计算结果表明东干管末端压力为982.6m，西干管末端压力为879.8m，米牙亥末端压力为516.2m，上白庄末端压

力为413.5m。由此可见，上白庄末端压力最小。干管减压主要按保证上白庄供水压力为依据，设三级减压，东干管和西干管分别按保证供水压力的安全，设四级

减压。每级减压都采用池阀联动的方式减压。工程减压井数量较多，实现联动控

制较困难。因此在满足各分水管供水压力的要求下，尽量减少减压井数量。

三、长距离有压重力流输水在供水工程中的具体应用

3.1采用安全的施工工艺技术，并采用新型材料

实现长距离无泵站输水，完全靠水源地和目的地之间的地形高差，本工程地

形和地质条件较为复杂，全长为50km，全线采用有压重力自流输水。由于输水

线路选线合理，管线安全保护附件设计合理，实现了管线的安全、可靠、经济的

输水目的，为用户节省了大量的基建工程投资及常年运行、管理费用。另外，输

水管线穿越起伏较大的山区路段较多，要求输水管材具有较好的弹性敷设性能，

且安装方便、造价相对合理。因此，经过比选，在穿越山区线路段采用了涂塑钢

管材料。

3.2安装自动进、排气阀，解决管道排气问题

管道中气体产生的因素较多，除了管道在充水时留下的大气囊外，因压力、

温度变化引起水中溶解气释放、突然快速关阀引起管道局部真空致使管道从排气

阀吸气等也造成管线集气：常见的集气产生在管道中的凸起点，膝弯点，渐缩管，水平管段，较平坦的逆坡管段，过河折弯点，减压孔板前及不全开的阀门等处。

管道中积存空气会造成以下危害，一方面会降低过流量，在重力流管道中，极端

情况下甚至会导致输水中断；另一方面，可加剧水锤的破坏，甚至直接引发气囊

性水锤等。为此，为了解决这个问题，在管线上安装自动进、排气阀是很好的施

工手段。

四、结束语

总而言之，随着经济的发展，对用水量的要求逐渐提高，为了保证某些地区

的合理发展，必须要输送安全可靠的水源。在此过程中，为了保证水源的安全性，必须要加强长距离有压重力流输水在供水工程中的设计力度，应用新材料和新工艺，推进供水工程的发展。

参考文献

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[2]张生财.长距离有压重力流输水在供水工程中的设计及应用[3]水利规划与

设计,2014(10)