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摘要：在本文中，笔者结合通江县山区农村饮用水设计实际情况，从饮水距离、方案原则和安全防护设计等方面进行了分析，可为山区农村饮用水输水管道的设计提供参考。
关键词：山区农村；饮用水；管道设计；常见问题及处理措施
山区农村的饮水安全问题受到社会的广泛关注，由于山区地形条件的影响，输配水管道自然落差大，输水距离远，供水人口少且分散等因素，农村饮用水管道设计受到了一定的制约影响，施工难度较大。因此，探讨山区农村饮用水管道设计具有普遍意义。
一、常见的几个问题
通江县由于工业基础薄弱、国民经济发展滞后，山区农村经济的发展水平较低，导致基础设施建设十分薄弱，尤其是农村饮用水基础设施建设滞后更为突出。近年来，随着国家对安全饮用水工程建设的重视，山区农村饮用水安全问题也得以改善。经调查我县山区农村饮用水输水管道设计有常见的以下几个问题：
（一）管線选择合理性较差。
山区农村饮用水项目工程，一般为重力输水，因为缺乏较近的水源，所以引水的距离比较长，管道铺设沿线通常山高、林密、坡陡，增加了施工的困难程度。在管线施工过程中，还会遇到山脊、河流和沟谷等，这就不利于饮水管道铺设的安全、经济和便于维护的原则。
（二）管材、管径选择不甚合理。
由于受山区农村农户居住分散、供水人口少等因素影响，供水规模一般在20—100立方米/天，导致工程输水量不大，然而很多工程在输水管道设计时管材、耐压等级和管径选择均不甚合理。
（三）进（排）气、减压设施设置合理性差。
1.由于山区地形普遍起伏变化较大，管线布置时容易出现大高差、倒虹等情况，但很多已建工程设计处理又不科学，导致出现爆管现象。
2.受山区地形起伏较大的影响，在工程设计中又未做分析处理，致使输水管道在一些地方出现较高的负压区，导致输水管道变形、甚至损坏。
（四）容易忽略排沙设施设置。
受山区山洪发生频率较高的影响，洪水期间原水输送时水体中含泥沙颗粒，在倒虹段和水平段容易沉积，导致输水管道堵塞，输水不畅。
二、处理方法及措施
（一）合理选择输水管道线路。
由于受山区输水管道线路长、落差大、施工难度大和地方经济落后的影响，为了降低工程造价、便于工程维护管理，输水管道线路选择宜按以下几个原则进行。
1.线路力求顺直，尽量缩短线路长度。
2.尽量少占或者不占农田，保护环境、防止管道的人为破坏。
3.尽量满足管道地埋要求，避免急转弯、较大的地形起伏和穿越不良地质地段，减少与河流、公路等障碍物的穿越。
4.穿越障碍物时，尽量与跨越障碍物相结合，尽量减少与天然和人工障碍物的交叉。
（二）管材选择。
管材的选择应从节约投资、保护环境的角度出发，尽量采用技术成熟和抗腐能力强的管道，结合山区供水人口少、供水规模小和施工难度大等特点，就钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管、PVC-U型管、HDPE管和PP-R管进行比较，宜优先选用PE管和PP-R管作为输水管道。现就这种常用管材比较如下。
1.钢管虽然具有良好的管道伸缩性和抗震能力，但造价相对较高、易腐蚀，且重量较重，不适合山区施工二次搬运较多的实际情况。
2.球墨铸铁管在供水规模小的情况下，造价更高，且易腐蚀，施工难度更大，故不适合。
3.玻璃钢管因钢度较小，对管道基础有一定要求，在供水规模小的山区农村也不适合。
4.PVC-U型管道虽然具有化学性能好、抗腐蚀、管壁光滑阻力小、材质轻、施工安装方便、管壁不结垢和易维修等优点，但造价高，在经济落后的山区农村也不太适合。
5.PE管和PP-R管具有较高的强度、刚性和抗冲击性，同时还具有低线形膨胀系数、抗腐蚀性、内壁光滑不结垢、水力损失小、重量轻、使用寿命长和山区施工搬运方便等优点，故宜优先选用HDPE管和PP-R管作为输水管道。根据相关的统计结果，我县农村饮用水工程项目中，管道投资占总投资的40%～50%。由此可知，管道管材与管径与工程量造价有一定的相关性，合理选择管道管径与管材，有助于控制工程量造价。同时，在规划设计时，应考虑工程规模、地形地貌和工作压力等因素，实现最优的性价比。但是当管道铺设较长，在规划设计过程中，应按照工作压力的不同，选择不同等级的管道，一般按照管道工作压力的1.5倍选择管材。
（三）管径选择。
工程的造价大小，也受到管道流速大小的影响。一般情况下，山区农村地区饮用水工程供水规模小，一般在20-100立方米/天，管径一般在150 mm以内，管径计算时宜采用经济流速法计算。根据《村镇供水规范》规定，压力流管道的流速范围为0.6-1.0m/s；重力流管道的经济流速应充分利用地形高差确定，但长距离重力流输水管道设计时的设计流速也不宜大于2m/s；输送原水的管道设计流速不宜小于0.6m/s，故山区农村饮水输水管道经济流速宜取0.8-1.5m/s。
管径流速的具体确定方法为：按照经济流速的范围，将管径范围确定下来，也就是初选适合经济流速范围的各种管径，在水力计算与投资比较的基础上，选择并确定最优的管径。其初选管径计算公式如下：
计算式中，D表示管道内经，单位m；Q表示计算流量，单位m?/s；V表示管道流速，单位m/s。
（四）管道的安全措施。
1.设置排气阀。管道在使用过程中，水流和空气一同进入管道，为了能够及时将管道内的空气排出，防止出现气阻状况，对于较长距离的输水管道，必须安装排气阀。在我县山区农村饮用水工程中，因为缺乏就近的水源地，所以只能通过长距离输水的方式来解决问题。由于输水管道途径的地区，地形复杂、管线坡度起伏大，比如其中一个饮水工程的输水管道长度达到了6km，而最大处的落差也超过了200m，管线铺设为波浪形，平均高差超过了50m。因此，管道的安全性得不到很好的保障，需要安装一定的排气阀在管线的隆起部位，也就是在波浪式管道的最高处。如果管线相对比较平缓，可调整为纵坡，人工制造制高点，并安装排气阀，水平距离控制在600-1000m。而需要注意的是，两个排气阀之间不能出现次高点、最高点，不然在管道试压时，相对高点位置容易发生管道爆裂。 2.设置自动进气阀。在山区输水管道布置安装时难免出现地势起伏变化大的情况，若在陡坡段不加以处理，管道运行过程中在陡坡段较高位置易出现负压区，造成管道变形，因而必须在陡坡段较高位置设置自动进气阀，破坏管段的负压区，保护输水管道，确保输水通畅。
3.设置减压阀或调压池。由于管道沿线的地形条件比较差，加上山区农村地區经常出现管道压力较大的情况，超出管道的实际承受压力，有些输水管道的地形落差超过了200m甚至更大。因此，在实际的工程施工中，必须设置减压阀或者减压池。虽然减压池的运行，安全可靠，但是水量损失比较大，需要按照实际情况，调节闸阀开度，一般在管路中设置减压阀。而在长距离输水系统中，减压池起着重要的作用，不仅能够调节水池，而且还能够调节水量。比如朱元乡落差超过200m的输水工程，利用了两处天然溪沟，修建了两座减压池，将水头降到了100米以下。对于管道沿线地形平缓、落差较大的管线，为了方便后期的运行维护与管理，应设置一定的减压阀，满足安全运行的要求。减压阀的应用，非但不会造成水量的损失，同时还能延长管道的使用寿命，避免管道发生爆裂。同时，在工程建成投入使用后，尚需定期检查减压阀，发现问题及时修补或者更换减压阀。
4.设置排沙口。山区长距离原水输水管道，在设计时，应充分考虑原水富含泥沙易沉积的特点，故应在倒虹段最低点和地势平缓段800-1000m处设置排沙口。排沙口一般采用所采用管径大小一致的三通引出，出口处安装排沙阀门，进行排沙。管道运行过程中，每间隔1月左右必须定时开启排沙。
结束语
山区农村饮用水管道的设计，看上去十分简单，但是实际上受到多种因素的影响，如果不注重规划设计，可能出现质量的问题，也不利于后期的使用和维护。山区农村饮用水管道设计，受地形、经济因素和管道等多种因素的影响，在设计时，应综合考虑各种因素，提高规划设计的科学性与合理性。
参考文献：
[1]高敏速.山区农民饮用水管道设计应注意的几个问题[J].陕西水利，2012，4：124-125.
[2]杜建勋，李淑芳，魏强军.缺水地区水源工程建设浅析[J].河南水利，2011，16：126-127.
[3]丁雯雯.广州市西江饮水工程某标段超大管径PCCP管道水压试验[J].广东土木与建筑，2011，14：24-25.
摘要：在本文中，笔者结合通江县山区农村饮用水设计实际情况，从饮水距离、方案原则和安全防护设计等方面进行了分析，可为山区农村饮用水输水管道的设计提供参考。
关键词：山区农村；饮用水；管道设计；常见问题及处理措施
山区农村的饮水安全问题受到社会的广泛关注，由于山区地形条件的影响，输配水管道自然落差大，输水距离远，供水人口少且分散等因素，农村饮用水管道设计受到了一定的制约影响，施工难度较大。因此，探讨山区农村饮用水管道设计具有普遍意义。
一、常见的几个问题
通江县由于工业基础薄弱、国民经济发展滞后，山区农村经济的发展水平较低，导致基础设施建设十分薄弱，尤其是农村饮用水基础设施建设滞后更为突出。近年来，随着国家对安全饮用水工程建设的重视，山区农村饮用水安全问题也得以改善。经调查我县山区农村饮用水输水管道设计有常见的以下几个问题：
（一）管線选择合理性较差。
山区农村饮用水项目工程，一般为重力输水，因为缺乏较近的水源，所以引水的距离比较长，管道铺设沿线通常山高、林密、坡陡，增加了施工的困难程度。在管线施工过程中，还会遇到山脊、河流和沟谷等，这就不利于饮水管道铺设的安全、经济和便于维护的原则。
（二）管材、管径选择不甚合理。
由于受山区农村农户居住分散、供水人口少等因素影响，供水规模一般在20—100立方米/天，导致工程输水量不大，然而很多工程在输水管道设计时管材、耐压等级和管径选择均不甚合理。
（三）进（排）气、减压设施设置合理性差。
1.由于山区地形普遍起伏变化较大，管线布置时容易出现大高差、倒虹等情况，但很多已建工程设计处理又不科学，导致出现爆管现象。
2.受山区地形起伏较大的影响，在工程设计中又未做分析处理，致使输水管道在一些地方出现较高的负压区，导致输水管道变形、甚至损坏。
（四）容易忽略排沙设施设置。
受山区山洪发生频率较高的影响，洪水期间原水输送时水体中含泥沙颗粒，在倒虹段和水平段容易沉积，导致输水管道堵塞，输水不畅。
二、处理方法及措施
（一）合理选择输水管道线路。
由于受山区输水管道线路长、落差大、施工难度大和地方经济落后的影响，为了降低工程造价、便于工程维护管理，输水管道线路选择宜按以下几个原则进行。
1.线路力求顺直，尽量缩短线路长度。
2.尽量少占或者不占农田，保护环境、防止管道的人为破坏。
3.尽量满足管道地埋要求，避免急转弯、较大的地形起伏和穿越不良地质地段，减少与河流、公路等障碍物的穿越。
4.穿越障碍物时，尽量与跨越障碍物相结合，尽量减少与天然和人工障碍物的交叉。
（二）管材选择。
管材的选择应从节约投资、保护环境的角度出发，尽量采用技术成熟和抗腐能力强的管道，结合山区供水人口少、供水规模小和施工难度大等特点，就钢管、球墨铸铁管、玻璃钢管、PVC-U型管、HDPE管和PP-R管进行比较，宜优先选用PE管和PP-R管作为输水管道。现就这种常用管材比较如下。
1.钢管虽然具有良好的管道伸缩性和抗震能力，但造价相对较高、易腐蚀，且重量较重，不适合山区施工二次搬运较多的实际情况。
2.球墨铸铁管在供水规模小的情况下，造价更高，且易腐蚀，施工难度更大，故不适合。
3.玻璃钢管因钢度较小，对管道基础有一定要求，在供水规模小的山区农村也不适合。
4.PVC-U型管道虽然具有化学性能好、抗腐蚀、管壁光滑阻力小、材质轻、施工安装方便、管壁不结垢和易维修等优点，但造价高，在经济落后的山区农村也不太适合。
5.PE管和PP-R管具有较高的强度、刚性和抗冲击性，同时还具有低线形膨胀系数、抗腐蚀性、内壁光滑不结垢、水力损失小、重量轻、使用寿命长和山区施工搬运方便等优点，故宜优先选用HDPE管和PP-R管作为输水管道。根据相关的统计结果，我县农村饮用水工程项目中，管道投资占总投资的40%～50%。由此可知，管道管材与管径与工程量造价有一定的相关性，合理选择管道管径与管材，有助于控制工程量造价。同时，在规划设计时，应考虑工程规模、地形地貌和工作压力等因素，实现最优的性价比。但是当管道铺设较长，在规划设计过程中，应按照工作压力的不同，选择不同等级的管道，一般按照管道工作压力的1.5倍选择管材。
（三）管径选择。
工程的造价大小，也受到管道流速大小的影响。一般情况下，山区农村地区饮用水工程供水规模小，一般在20-100立方米/天，管径一般在150 mm以内，管径计算时宜采用经济流速法计算。根据《村镇供水规范》规定，压力流管道的流速范围为0.6-1.0m/s；重力流管道的经济流速应充分利用地形高差确定，但长距离重力流输水管道设计时的设计流速也不宜大于2m/s；输送原水的管道设计流速不宜小于0.6m/s，故山区农村饮水输水管道经济流速宜取0.8-1.5m/s。
管径流速的具体确定方法为：按照经济流速的范围，将管径范围确定下来，也就是初选适合经济流速范围的各种管径，在水力计算与投资比较的基础上，选择并确定最优的管径。其初选管径计算公式如下：
计算式中，D表示管道内经，单位m；Q表示计算流量，单位m?/s；V表示管道流速，单位m/s。
（四）管道的安全措施。
1.设置排气阀。管道在使用过程中，水流和空气一同进入管道，为了能够及时将管道内的空气排出，防止出现气阻状况，对于较长距离的输水管道，必须安装排气阀。在我县山区农村饮用水工程中，因为缺乏就近的水源地，所以只能通过长距离输水的方式来解决问题。由于输水管道途径的地区，地形复杂、管线坡度起伏大，比如其中一个饮水工程的输水管道长度达到了6km，而最大处的落差也超过了200m，管线铺设为波浪形，平均高差超过了50m。因此，管道的安全性得不到很好的保障，需要安装一定的排气阀在管线的隆起部位，也就是在波浪式管道的最高处。如果管线相对比较平缓，可调整为纵坡，人工制造制高点，并安装排气阀，水平距离控制在600-1000m。而需要注意的是，两个排气阀之间不能出现次高点、最高点，不然在管道试压时，相对高点位置容易发生管道爆裂。 2.设置自动进气阀。在山区输水管道布置安装时难免出现地势起伏变化大的情况，若在陡坡段不加以处理，管道运行过程中在陡坡段较高位置易出现负压区，造成管道变形，因而必须在陡坡段较高位置设置自动进气阀，破坏管段的负压区，保护输水管道，确保输水通畅。
3.设置减压阀或调压池。由于管道沿线的地形条件比较差，加上山区农村地區经常出现管道压力较大的情况，超出管道的实际承受压力，有些输水管道的地形落差超过了200m甚至更大。因此，在实际的工程施工中，必须设置减压阀或者减压池。虽然减压池的运行，安全可靠，但是水量损失比较大，需要按照实际情况，调节闸阀开度，一般在管路中设置减压阀。而在长距离输水系统中，减压池起着重要的作用，不仅能够调节水池，而且还能够调节水量。比如朱元乡落差超过200m的输水工程，利用了两处天然溪沟，修建了两座减压池，将水头降到了100米以下。对于管道沿线地形平缓、落差较大的管线，为了方便后期的运行维护与管理，应设置一定的减压阀，满足安全运行的要求。减压阀的应用，非但不会造成水量的损失，同时还能延长管道的使用寿命，避免管道发生爆裂。同时，在工程建成投入使用后，尚需定期检查减压阀，发现问题及时修补或者更换减压阀。
4.设置排沙口。山区长距离原水输水管道，在设计时，应充分考虑原水富含泥沙易沉积的特点，故应在倒虹段最低点和地势平缓段800-1000m处设置排沙口。排沙口一般采用所采用管径大小一致的三通引出，出口处安装排沙阀门，进行排沙。管道运行过程中，每间隔1月左右必须定时开启排沙。
结束语
山区农村饮用水管道的设计，看上去十分简单，但是实际上受到多种因素的影响，如果不注重规划设计，可能出现质量的问题，也不利于后期的使用和维护。山区农村饮用水管道设计，受地形、经济因素和管道等多种因素的影响，在设计时，应综合考虑各种因素，提高规划设计的科学性与合理性。
参考文献：
[1]高敏速.山区农民饮用水管道设计应注意的几个问题[J].陕西水利，2012，4：124-125.
[2]杜建勋，李淑芳，魏强军.缺水地区水源工程建设浅析[J].河南水利，2011，16：126-127.
[3]丁雯雯.广州市西江饮水工程某标段超大管径PCCP管道水压试验[J].广东土木与建筑，2011，14：24-25.