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【摘要】结合笔者对长距离输水管道在设计中防护技术与安全措施的运用，提出各种水力计算的分析方法与实际运行的比较，为长距离输水管道的设计提供借鉴和参考。
【关键词】输水管道;水力计算;安全措施
On the long-distance water pipeline design should pay attention to the problem
Wang Zhen-ye
（Turfan regions Water Resources and Hydropower Survey and Design InstituteTurpanXinjiang838000）
【Abstract】The combination of the author the use of protective and security measures in the design of long-distance water pipelines， proposed a variety of hydraulic calculation methods of analysis and comparison of actual running， providing reference for the design of long-distance water pipelines.
【Key words】Water pipelines;Hydraulic calculation;Safety measures
随着水利部全面解决农村饮水安全问题目标的提出以及各地区国民经济的发展，城市建设规模不断扩大，工业建设速度迅速加快，人民生活水平也随之相应提高，城市工业和生活用水量急剧增加，城市用水的紧张状况日益严重。故不少城市、工矿企业及农村饮水不得不到数十公里甚至数百公里以外寻找能满足水量、水质要求的新水源，因而长距离输水工程也逐渐增多。在长距离输水管道设计时存在诸多要解决的问题，下面就此阐述几点看法。
1. 管材的选择
常用的管材有钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管、玻璃钢管、超高分子量聚乙烯管、预应力钢筒混凝土管（PC-CP）等。应结合项目区地质情况及受水区要求的保证程度、资金等全方位综合考虑，进行管材优选。
2. 水力计算
管径的选择可以通过Q=AV来初选管径，然后根据水力计算优化管径。在水力计算时，一般是按照均匀流计算，普遍采用的公式有：
（1）Darcy公式：hf= λlv22gd
（2）Chezy公式：V= CRJ
（3）Hazen-Williams公式：
hf=10.67Q1.852l C1.852hd4.87
式中：hf——沿程水头损失（m）;
λ——沿程阻力系数;l——管道长度;
d——管道计算内径（m）;
g——重力加速度（m/s2）;
C——谢才系数（m1/2/s）;
J——水力坡降;
R——水力半径;
Q——管道流量（m3/s）;
V——流速（m/s）;
Ch——海曾·威廉系数。
上述三式中（1）、（2）式不仅适用于管道流，同时也适用于明渠的水力计算。（3）式的计算参数较少，是一个广泛应用于管网计算的传统公式。上述三式与管道内壁粗糙程度相关的系数军事影响计算结果的重要参数。
笔者根据近几年长距离输水管道的设计计算，（1）、（3）是应用较多，通过与实际过流能力及水损实测情况比较，（1）式在采用Colebrook-White公式计算出的λ值与商用圆管的阻力吻合最好。
3. 连通管的设置与阀门的选择
根据规范要求，长距离输水管道宜选用两条管线，以满足检修需要，当其中一条检修时供水量应不少于设计供水量70%，若两条管线并行，应考虑设置2处以上的连通管，在每根连通管处的主管上下侧设置2个闸阀，连通管处设置一个闸阀，共5个闸阀，以达到分段检修目的。同时两条管线应考虑一定的安全距离以防止冲刷破坏，同时也利于检修。
连通管和连通管阀门仅在输水干管发生事故或检修时短时间使用，在不影响使用的情况下，尽量选择管径小一些的。当两条输水干管的管径相同时，连通管和连通管阀门宜选择比输水干管小一号的管径，当两条输水干管的管径不相同时，连通管及连，通管阀门应采用较小输水干管的管径。
4. 排气阀的设置
管道初次输水时，管道内存有空气，管道运行时，实际上是水汽两相流。因此在长距离输水管道设计时，必须重视排气阀的设置，其数量应根据沿线地形、地质情况，合理确定管道的纵向布置，一般人为的每隔一定距离布置成一个高点，在驼峰处布设排气阀，防止管道发生气蚀和振动以影响管道输水及安全。根据《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》规范要求，压力输水管道上的隆起点及每隔1Km左右应设一进气排气阀，对于长距离输水管道，尽可能采用复合式排气阀，以利于管道在压力较高时实现微量排气。
5. 水锤防护
水锤是压力管道系统防护的重要内容，在长距离输水管道中，流速变化是经常出现的，管道中流速变化时，致使管道中水的压力的升高或降低，在压力低于水的汽化压力时，水柱就被拉断，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，管道中的水升压，形成水锤。水锤有启动水锤、关闭水锤、停泵水锤。一般启动水锤不大，只是真空情况下，管中空气不能排出而被压缩时才会加剧水位压力的变化;关闭水锤在正常操作时不会引起过大的水锤压力;但由于突然停电或事故停泵所产生的水锤往往较大，水锤压力值可达到工作压力的1.5～3倍。一
般采取技术工程措施加以防护，在水泵出口处设置水锤消除器、缓闭止回阀、安全阀、超压泄压阀等形式以防止水锤危害。
对于重要工程建议采用水锤数值模拟计算，这样一方面能保证工程的安全，另一方面能做到对工程的优化，比如说排气阀、超压泄
水阀的设置问题等也能更趋于合理。
6. 结语
在长距离输水管道设计中，管道投资占输水工程的绝大比重，管材、管径及工作压力的选择必须根据工程规模、重要性、地形地质等进行经济比较综合分析确定，许多技术及安全措施还有待更深入的研究与提高。
参考文献
[1]李炜等。《水力计算手册》（第二版），中国水利水电出版社，2006.
[2]《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》CECS193：2005，中国计划出版社.
【关键词】输水管道;水力计算;安全措施
On the long-distance water pipeline design should pay attention to the problem
Wang Zhen-ye
（Turfan regions Water Resources and Hydropower Survey and Design InstituteTurpanXinjiang838000）
【Abstract】The combination of the author the use of protective and security measures in the design of long-distance water pipelines， proposed a variety of hydraulic calculation methods of analysis and comparison of actual running， providing reference for the design of long-distance water pipelines.
【Key words】Water pipelines;Hydraulic calculation;Safety measures
随着水利部全面解决农村饮水安全问题目标的提出以及各地区国民经济的发展，城市建设规模不断扩大，工业建设速度迅速加快，人民生活水平也随之相应提高，城市工业和生活用水量急剧增加，城市用水的紧张状况日益严重。故不少城市、工矿企业及农村饮水不得不到数十公里甚至数百公里以外寻找能满足水量、水质要求的新水源，因而长距离输水工程也逐渐增多。在长距离输水管道设计时存在诸多要解决的问题，下面就此阐述几点看法。
1. 管材的选择
常用的管材有钢管、球墨铸铁管、预应力混凝土管、玻璃钢管、超高分子量聚乙烯管、预应力钢筒混凝土管（PC-CP）等。应结合项目区地质情况及受水区要求的保证程度、资金等全方位综合考虑，进行管材优选。
2. 水力计算
管径的选择可以通过Q=AV来初选管径，然后根据水力计算优化管径。在水力计算时，一般是按照均匀流计算，普遍采用的公式有：
（1）Darcy公式：hf= λlv22gd
（2）Chezy公式：V= CRJ
（3）Hazen-Williams公式：
hf=10.67Q1.852l C1.852hd4.87
式中：hf——沿程水头损失（m）;
λ——沿程阻力系数;l——管道长度;
d——管道计算内径（m）;
g——重力加速度（m/s2）;
C——谢才系数（m1/2/s）;
J——水力坡降;
R——水力半径;
Q——管道流量（m3/s）;
V——流速（m/s）;
Ch——海曾·威廉系数。
上述三式中（1）、（2）式不仅适用于管道流，同时也适用于明渠的水力计算。（3）式的计算参数较少，是一个广泛应用于管网计算的传统公式。上述三式与管道内壁粗糙程度相关的系数军事影响计算结果的重要参数。
笔者根据近几年长距离输水管道的设计计算，（1）、（3）是应用较多，通过与实际过流能力及水损实测情况比较，（1）式在采用Colebrook-White公式计算出的λ值与商用圆管的阻力吻合最好。
3. 连通管的设置与阀门的选择
根据规范要求，长距离输水管道宜选用两条管线，以满足检修需要，当其中一条检修时供水量应不少于设计供水量70%，若两条管线并行，应考虑设置2处以上的连通管，在每根连通管处的主管上下侧设置2个闸阀，连通管处设置一个闸阀，共5个闸阀，以达到分段检修目的。同时两条管线应考虑一定的安全距离以防止冲刷破坏，同时也利于检修。
连通管和连通管阀门仅在输水干管发生事故或检修时短时间使用，在不影响使用的情况下，尽量选择管径小一些的。当两条输水干管的管径相同时，连通管和连通管阀门宜选择比输水干管小一号的管径，当两条输水干管的管径不相同时，连通管及连，通管阀门应采用较小输水干管的管径。
4. 排气阀的设置
管道初次输水时，管道内存有空气，管道运行时，实际上是水汽两相流。因此在长距离输水管道设计时，必须重视排气阀的设置，其数量应根据沿线地形、地质情况，合理确定管道的纵向布置，一般人为的每隔一定距离布置成一个高点，在驼峰处布设排气阀，防止管道发生气蚀和振动以影响管道输水及安全。根据《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》规范要求，压力输水管道上的隆起点及每隔1Km左右应设一进气排气阀，对于长距离输水管道，尽可能采用复合式排气阀，以利于管道在压力较高时实现微量排气。
5. 水锤防护
水锤是压力管道系统防护的重要内容，在长距离输水管道中，流速变化是经常出现的，管道中流速变化时，致使管道中水的压力的升高或降低，在压力低于水的汽化压力时，水柱就被拉断，出现断流空腔，在空腔处的水流弥合时将产生强烈的撞击，管道中的水升压，形成水锤。水锤有启动水锤、关闭水锤、停泵水锤。一般启动水锤不大，只是真空情况下，管中空气不能排出而被压缩时才会加剧水位压力的变化;关闭水锤在正常操作时不会引起过大的水锤压力;但由于突然停电或事故停泵所产生的水锤往往较大，水锤压力值可达到工作压力的1.5～3倍。一
般采取技术工程措施加以防护，在水泵出口处设置水锤消除器、缓闭止回阀、安全阀、超压泄压阀等形式以防止水锤危害。
对于重要工程建议采用水锤数值模拟计算，这样一方面能保证工程的安全，另一方面能做到对工程的优化，比如说排气阀、超压泄
水阀的设置问题等也能更趋于合理。
6. 结语
在长距离输水管道设计中，管道投资占输水工程的绝大比重，管材、管径及工作压力的选择必须根据工程规模、重要性、地形地质等进行经济比较综合分析确定，许多技术及安全措施还有待更深入的研究与提高。
参考文献
[1]李炜等。《水力计算手册》（第二版），中国水利水电出版社，2006.
[2]《城镇供水长距离输水管（渠）道工程技术规程》CECS193：2005，中国计划出版社.