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[摘 要]论文主要针对近年来长距离管道输水在规划设计、施工及运行中出现的一些典型工程问题进行研究，采用理论分析的研究方法，分析了出现诸多工程技术问题的主要原因，并进一步提出了解决长距离管道输水工程中容易出现的问题的解决办法，给出了优化的方案，为长距离管道输水工程的设计、施工及运行管理提供相应的工程技术方面的理论与实践依据。
[关键词]输水工程 自来水工程 工程设计 管道工程
中图分类号：TP336 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0090-01
引言
随着水资源的日益匮乏，为满足经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高对用水更高的需求，长距离输水工程的建设运行迫在眉睫。而压力管道输水的水量损失少、运行维护方便、且不易受到污染。压力管道输水可根据动力来源不同分为水泵加压输水和重力输水两种。 水泵加压输水是利用水泵进行加压，在管道内形成压力水流的输水方式[[34]。其特点是运行方式较灵活、调整控制性较大、对地形的适应性较好，适用于长距离、地形起伏大、高扬程的输水工程。重力输水是利用管道进口和出口的地形高差，因重力的作用在管道内形成压力水流的输水方式。重力输水对地形的要求较高，管道进出口的水位差必须高于管道的水头损失，且容易受到管道沿线的安装高程影响。在实际应用中，重力输水多应用于与水泵加压进行联合输水。水源地的地势较低，且输水区域的地形高低起伏较大，这种情况多借助两种方式联合进行输水，将水源的水通过泵站加压，输送到高位水池，再利用重力输水系统将水流输送到用水区。
1 长距离输水工程的组成
长距离输水工程按水的动力来源分为压力输水、重力输水和压力与重力联合输水。无论是水泵加压还是重力输水，都由取水工程、净水工程和输配水工程三部分组成。不同形式的输水系统在布置形式上会有所取舍，相应的也有其特点和适用性。取水工程包括取水构筑物和一级泵站，其作用是从选定的水源取水，保证足够的用水量。净水工程包括水处理构筑物和清水池，水处理构筑物的作用是使处理后的水能满足生活饮用水水质标准或工业用水水质标准的要求，清水池的作用是贮存和调节相邻泵站之间水量的差额。输配水工程包括二级泵站、输水管道、配水管网、水塔和高位水池等，作用是将足够的水量输送和分配到用水地点，同时保证水量、水质、水压的要求。输水管道和配水管网较长，投资占的比重很大。
长距离管道输水系统由一系列相互联系的构筑物和输配水管网组成。当水源水位低于供水区地形标高时，需要采用泵站加压的方式输水，在水源水位与地形高差较大的情况下，需设置多级泵站进行加压。通常由以下工程设施来共同完成输水任务。取水构筑物用以从选定的水源或取水地点获取原水。水源的水文、地质、环境和施工等条件对取水工程的投资产生直接影响，因此尤为重要。取水构筑物需要对其进行独立运行和管理。水处理构筑物是对由水源取得的来水进行净化处理而设置的各种构筑物的总称，使处理后的水满足水质标准的要求。这些构筑物常集中布置在水厂范围内，是水厂保证供水水质的主要设施设备。泵站是将水从地势较低的地方提升到要求的压力或高度的构筑物，以满足水处理构筑物的运行和向用户供水的需要。按功能可分为一级泵站、二级泵站和设于管网中的增压泵站等。一级泵站的任务是将取水构筑物取得的水输送给水处理构筑物。二级泵站又称清水泵站，将处理后的清水提升到一定的压力或高度，通过管道系统输送给用水区。增压泵站是进一步提升输水压力的泵站。增壓泵站依具体需要可以设在各种长距离输水的管网和管渠中间，可以输送清水和浑水。输水管渠是输送处理后的水到各个用水区的全部管（渠）道，即使取水构筑物与水厂的距离不尽相同，输水管渠都是必不可少的。
2 长距输水工程中不同管材的选择
管道的糙率是输水管道产生沿程水头损失的直接原因。由于管道糙率的存在，水流与管道内壁的接触面产生摩擦阻力，水流消耗动能，产生沿程水头损失。不同管材的粗糙程度不同，其沿程水头损失必然不同。以工程上常用的水力计算公式计算不同管材管道的沿程水头损失，总结出各管材最适宜的水力计算公式，对实际工程是非常有帮助的。
管道上的弯头和各类阀门部件是产生局部水头损失的直接原因。长距离输水工程的地形较为复杂，管道是由许多管段组成，各管段之间用各种型式的管件连接，如各种弯头、三通或阀门等一系列配套部件，当水流流经这些部件时，水的流态由层流变为不稳定的紊流，产生局部的水能消耗，从而产生了局部水头损失。不同部件之间相互连接的阻力不同，水流经部件之后的流速不同，这正是计算局部水头损失的重要因子。
3 长距离重力输水管道水锤的安全方案
长距离重力输水管道中的流速在各运行阶段不尽相同。当输水管道中的流速变化时，会导致水压的变化，当压力低于水的汽化压力时，水柱会被拉断出现断流空腔，水流在空腔处弥合时将产生强烈的撞击，形成断流弥合水锤。水锤是压力管道内水流流速骤然变化而引起的水压瞬变过程，是一种非常不稳定的运动状态。如果管道中水压的变化超过管道的承压能力极限，就会发生爆管等事故，危及整个管线的安全运行。长距离重力输水工程利用有利的自然地形落差达到输水目的。当管路上的阀门关闭后，管中最大静水头即为最大地形高差，高差越大，管道承受的压力越高；当阀门发生非正常关闭时，容易产生较大的水击压力，称为末端关阀水锤。
重力输水管道的水锤防护措施，第一，安装减压阀，减压恒压阀可减动压也可以减静压，无论管道进口压力和流量如何变化，减压阀的出口压力均可保持稳定，常用于大型重力输水系统。第二，进排气阀，进排气阀的工作原理是当管内的压力低于大气压力时阀门打开，空气进入管道，避免管内压力下降过低；当管内的压力高于大气压力时，管内的空气又通过阀门排出。另外，为了减小长距离重力输水管道的水锤压力，传统的方法中还包括在管道设计中进行变径处理，逐级减小管径的措施。
4 结论
对于长距离输水工程输水方式的选择，要结合工程的具体需要及地形等方面的条件，如是否有分水任务、是否需要调节构筑物对管道输水进行调节等。如果地形条件适宜用重力流输水且有分水任务，则在管线高点布设高位水池是很好的选择。高点设高位水池的输水系统，在发生事故停泵时，水池中的水一部分沿管线正常的水流方向流出，另一部分水流很可能从水池中沿原来的管道倒流回水泵系统中，发生水锤现象，且倒流流量较大，产生的水锤压力也较大。在选择水泵过程中，为使水泵在启动时能够达到翻越最高点的扬程，可以选择扬程接近最高点扬程的水泵以启动系统，成功启动后，再使用正常运行的水泵。水泵直接供水在事故停泵时，管道高点的进排气阀打开，空气进入管道，高点前段管道中的水流也会发生倒流，但是倒流流量并不大，产生的水锤压力也相对较小。
参考文献
[1]齐向南，高小涛，刘建红，秦俊芬.长距离重力流输水管道充水调试关键问题探讨[J].给水排水.2013（08）
[2]王超，陈文立，康学飞.长距离重力输水工程中水锤防护措施的对比研究[J].供水技术.2013（03）
[3]冯磊，姚青云.基于VOF模型的泵站压力管道气液两相流数值模拟[J]. 中国农村水利水电.2012（12）
[4]王继忠，董传红.曹妃甸工业区供水工程停泵水锤防护措施的比选[J]. 水科学与工程技术.2012（04）
[5]司徒菲，陈才高，李金印，李永海，何伟军.长距离大口径输水管线摩阻系数及局部水头损失系数研究[J].给水排水.2011（08）
[6]孟丽芳，张晓武，李军.长距离输水管道水锤防治措施的研究与运用[J].包钢科技.2011（03）
[7]杨照明，张金承.长距离大落差重力流管道输水技术[J].水利建设与管理.2011（04）
[8]叶飞，高学平，贾秋影，郎晓艳.输水管系弯曲管路的水头损失研究[J]. 中国给水排水.2011（07）
[关键词]输水工程 自来水工程 工程设计 管道工程
中图分类号：TP336 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）17-0090-01
引言
随着水资源的日益匮乏，为满足经济的迅速发展和人们生活水平的不断提高对用水更高的需求，长距离输水工程的建设运行迫在眉睫。而压力管道输水的水量损失少、运行维护方便、且不易受到污染。压力管道输水可根据动力来源不同分为水泵加压输水和重力输水两种。 水泵加压输水是利用水泵进行加压，在管道内形成压力水流的输水方式[[34]。其特点是运行方式较灵活、调整控制性较大、对地形的适应性较好，适用于长距离、地形起伏大、高扬程的输水工程。重力输水是利用管道进口和出口的地形高差，因重力的作用在管道内形成压力水流的输水方式。重力输水对地形的要求较高，管道进出口的水位差必须高于管道的水头损失，且容易受到管道沿线的安装高程影响。在实际应用中，重力输水多应用于与水泵加压进行联合输水。水源地的地势较低，且输水区域的地形高低起伏较大，这种情况多借助两种方式联合进行输水，将水源的水通过泵站加压，输送到高位水池，再利用重力输水系统将水流输送到用水区。
1 长距离输水工程的组成
长距离输水工程按水的动力来源分为压力输水、重力输水和压力与重力联合输水。无论是水泵加压还是重力输水，都由取水工程、净水工程和输配水工程三部分组成。不同形式的输水系统在布置形式上会有所取舍，相应的也有其特点和适用性。取水工程包括取水构筑物和一级泵站，其作用是从选定的水源取水，保证足够的用水量。净水工程包括水处理构筑物和清水池，水处理构筑物的作用是使处理后的水能满足生活饮用水水质标准或工业用水水质标准的要求，清水池的作用是贮存和调节相邻泵站之间水量的差额。输配水工程包括二级泵站、输水管道、配水管网、水塔和高位水池等，作用是将足够的水量输送和分配到用水地点，同时保证水量、水质、水压的要求。输水管道和配水管网较长，投资占的比重很大。
长距离管道输水系统由一系列相互联系的构筑物和输配水管网组成。当水源水位低于供水区地形标高时，需要采用泵站加压的方式输水，在水源水位与地形高差较大的情况下，需设置多级泵站进行加压。通常由以下工程设施来共同完成输水任务。取水构筑物用以从选定的水源或取水地点获取原水。水源的水文、地质、环境和施工等条件对取水工程的投资产生直接影响，因此尤为重要。取水构筑物需要对其进行独立运行和管理。水处理构筑物是对由水源取得的来水进行净化处理而设置的各种构筑物的总称，使处理后的水满足水质标准的要求。这些构筑物常集中布置在水厂范围内，是水厂保证供水水质的主要设施设备。泵站是将水从地势较低的地方提升到要求的压力或高度的构筑物，以满足水处理构筑物的运行和向用户供水的需要。按功能可分为一级泵站、二级泵站和设于管网中的增压泵站等。一级泵站的任务是将取水构筑物取得的水输送给水处理构筑物。二级泵站又称清水泵站，将处理后的清水提升到一定的压力或高度，通过管道系统输送给用水区。增压泵站是进一步提升输水压力的泵站。增壓泵站依具体需要可以设在各种长距离输水的管网和管渠中间，可以输送清水和浑水。输水管渠是输送处理后的水到各个用水区的全部管（渠）道，即使取水构筑物与水厂的距离不尽相同，输水管渠都是必不可少的。
2 长距输水工程中不同管材的选择
管道的糙率是输水管道产生沿程水头损失的直接原因。由于管道糙率的存在，水流与管道内壁的接触面产生摩擦阻力，水流消耗动能，产生沿程水头损失。不同管材的粗糙程度不同，其沿程水头损失必然不同。以工程上常用的水力计算公式计算不同管材管道的沿程水头损失，总结出各管材最适宜的水力计算公式，对实际工程是非常有帮助的。
管道上的弯头和各类阀门部件是产生局部水头损失的直接原因。长距离输水工程的地形较为复杂，管道是由许多管段组成，各管段之间用各种型式的管件连接，如各种弯头、三通或阀门等一系列配套部件，当水流流经这些部件时，水的流态由层流变为不稳定的紊流，产生局部的水能消耗，从而产生了局部水头损失。不同部件之间相互连接的阻力不同，水流经部件之后的流速不同，这正是计算局部水头损失的重要因子。
3 长距离重力输水管道水锤的安全方案
长距离重力输水管道中的流速在各运行阶段不尽相同。当输水管道中的流速变化时，会导致水压的变化，当压力低于水的汽化压力时，水柱会被拉断出现断流空腔，水流在空腔处弥合时将产生强烈的撞击，形成断流弥合水锤。水锤是压力管道内水流流速骤然变化而引起的水压瞬变过程，是一种非常不稳定的运动状态。如果管道中水压的变化超过管道的承压能力极限，就会发生爆管等事故，危及整个管线的安全运行。长距离重力输水工程利用有利的自然地形落差达到输水目的。当管路上的阀门关闭后，管中最大静水头即为最大地形高差，高差越大，管道承受的压力越高；当阀门发生非正常关闭时，容易产生较大的水击压力，称为末端关阀水锤。
重力输水管道的水锤防护措施，第一，安装减压阀，减压恒压阀可减动压也可以减静压，无论管道进口压力和流量如何变化，减压阀的出口压力均可保持稳定，常用于大型重力输水系统。第二，进排气阀，进排气阀的工作原理是当管内的压力低于大气压力时阀门打开，空气进入管道，避免管内压力下降过低；当管内的压力高于大气压力时，管内的空气又通过阀门排出。另外，为了减小长距离重力输水管道的水锤压力，传统的方法中还包括在管道设计中进行变径处理，逐级减小管径的措施。
4 结论
对于长距离输水工程输水方式的选择，要结合工程的具体需要及地形等方面的条件，如是否有分水任务、是否需要调节构筑物对管道输水进行调节等。如果地形条件适宜用重力流输水且有分水任务，则在管线高点布设高位水池是很好的选择。高点设高位水池的输水系统，在发生事故停泵时，水池中的水一部分沿管线正常的水流方向流出，另一部分水流很可能从水池中沿原来的管道倒流回水泵系统中，发生水锤现象，且倒流流量较大，产生的水锤压力也较大。在选择水泵过程中，为使水泵在启动时能够达到翻越最高点的扬程，可以选择扬程接近最高点扬程的水泵以启动系统，成功启动后，再使用正常运行的水泵。水泵直接供水在事故停泵时，管道高点的进排气阀打开，空气进入管道，高点前段管道中的水流也会发生倒流，但是倒流流量并不大，产生的水锤压力也相对较小。
参考文献
[1]齐向南，高小涛，刘建红，秦俊芬.长距离重力流输水管道充水调试关键问题探讨[J].给水排水.2013（08）
[2]王超，陈文立，康学飞.长距离重力输水工程中水锤防护措施的对比研究[J].供水技术.2013（03）
[3]冯磊，姚青云.基于VOF模型的泵站压力管道气液两相流数值模拟[J]. 中国农村水利水电.2012（12）
[4]王继忠，董传红.曹妃甸工业区供水工程停泵水锤防护措施的比选[J]. 水科学与工程技术.2012（04）
[5]司徒菲，陈才高，李金印，李永海，何伟军.长距离大口径输水管线摩阻系数及局部水头损失系数研究[J].给水排水.2011（08）
[6]孟丽芳，张晓武，李军.长距离输水管道水锤防治措施的研究与运用[J].包钢科技.2011（03）
[7]杨照明，张金承.长距离大落差重力流管道输水技术[J].水利建设与管理.2011（04）
[8]叶飞，高学平，贾秋影，郎晓艳.输水管系弯曲管路的水头损失研究[J]. 中国给水排水.2011（07）