大管径长距离输水管线工程设计及造价要点

　　自20世纪90年代起，唐山市先后实施了南堡开发区唐山碱厂、京唐港开发区、曹妃甸工业区大管径长输水管道工程。

　　“大管径”一般是指管道内径大于800-2000mm的圆形管，或者是洞高大于1600mm的压力方涵或马蹄涵。

　　“长输水”是指引水距离相对较远，跨地区、跨流域达到数十公里乃至数百公里。这类工程造价受地形地质条件、供水流量大小、管道材质选择等诸多因素影响，现就其设计造价要点分析如下。

　　1、供水规模的确定

　　长输水管线设计计算，首先要在可行性研究阶段分析需水方提供的年需水总量W和供水时间T，以确定供水流量Q。

　　2、管道断面选择，需技术、经济两方面综合考虑

　　技术方面，凡是满足管道内、外压强要求，内阻小，流量大，寿命长，无毒害，符合国标要求，施工方便的任何材质管道，均可被选用。

　　经济方面，由于管道敷设受到地形地质条件等制约，抗沉陷，耐腐蚀，防盐碱等方面要按特定条件选择管材。管道经济直径D的选择，与经济流速V紧密相关，在计算中往往是先选定经济流速V的范围，再确定管径D。如果管径选择大，建设费用偏高，但电能损失小，日后运行费用低；管径选择小，建设费用低，电能损失大，日后运行费用高，因此必须经过方案比选，确定经济合理的管径。

　　3、管道的水力学计算

　　上述就有关设计要点进行了定性分析，最终要进行定量计算。就有关水力学计算要点概述如下：

　　流量公式：

　　Q=μω√￣2gz

　　式中：

　　Q-流量（m3/S）

　　ω-断面面积（m2）

　　z-总水头损失（m）

　　μ-流量系数，与管道沿程损失Jy及局部水头损失Jj有关

　　g-重力加速度（m/S2）

　　水力坡降：

　　J=λ/d×（V2/2g）

　　即管道单位长度水头损失（%）

　　式中：

　　J-管道水力坡度

　　λ-水力摩阻系数

　　d-管径

　　V-管内平均流速

　　g-重力加速度

　　沿程水头损失：

　　Jy=V2/（C2R）;C=（1/n）R1/6

　　公式对钢管、混凝土管而言，除与流量Q、管道直径d、管内流速V有关外，另外与谢才系数C、水利半径R、管内壁粗糙系数n也有关。

　　管道的局部水头损失Jj，初估可按沿程损失的百分数给出，一般取5%-10%。再依据实际管道布置分别计算，予以核定。对长输水管道而言，局部水头损失所占比重不大，甚至可忽略不计。

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　　总水头损失J=Jy+Jj

　　全管道的水压，要按逐段的静水压进行选取；高压管段要选择耐压管材。

　　水锤防护计算，提水泵站及压力最高管段是水锤防护的重点，如果设计不当，会使泵站以及局部管道遭到破坏。

　　4、提水泵站有效扬程的确定

　　总扬程=沿程水头损失+局部水头损失-地形差

　　在实际扬程选择中，一般选大于或接近于所需扬程的水泵，再根据水泵的特性曲线与实际线路做出的水泵工作点，确定水泵的实际出水量和有效扬程，确定泵型及电耗。

　　5、管材选用

　　在地质条件较好、无沙漠盐碱沼泽的平原地区，管道内、外压力不大的情况下，可以优选预应力混凝土管。遇重盐碱或者海水浸泡地区，玻璃钢管道则发挥了优势。而在山丘区压力很大的高扬程区，道路、河流穿越段及伸缩、变径等部位，须采用钢管。技术上有要求，就不能单从经济观点考虑。因此，技术上合理的，不一定是最经济的；反之，最经济的，不一定是技术上可行的。在同管径管材中综合造价最低的是混凝土管，其次是玻璃钢管，再就是PCCP管和钢管。大管径PE管在我国属新兴管材，尽管有施工便捷等诸多优点，但目前国内应用还较少。

　　综合以上因素，就输水管道的技术经济分析不难看出：设计中必须经过多方案比选，做到技术、经济综合论证；长输水管道其造价控制要点在管线上。如曹妃甸供水管线约占总造价7.82亿元的52%，穿、跨越等附属物未计其中。地上水和地下水供水的区别在于管道选择可能相同，但取水、净水工艺不同，净水厂投资较高，二者不具可比性。供水工程必须作财务评价和国民经济评价，以论证工程的经济可行性。

　　作者简介：刘亚帆，女（汉），唐山市水利规划设计研究院，高级工程师。