長距離低水頭有壓重力流輸水管道經(jīng)濟管徑的確定方法

1、第5I卷第7期2015年7月甘肅水利水電技術(shù)GANSUWATERRES0URCESANDHYDROPOWERTECHNOLOGYVo151No7Ju1，2015設(shè)計與研究長距離低水頭有壓重力流輸水管道經(jīng)濟管徑的確定方法劉占巍，胡濤平，王海元(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究院，湖北武漢430010)摘要：介紹了重力流的原理、分類、特點和適用條件，長距離低水頭有壓重力流輸水管道經(jīng)濟管徑的確定方法。結(jié)合工程實例黑塘水庫右岸供水工程，編制Excel計算表

2、格說明經(jīng)濟水頭損失方法的應(yīng)用?！P(guān)鍵詞：有壓重力流；長距離低水頭；經(jīng)濟管徑；水頭損失中圖分類號：TU991文獻標(biāo)志碼：B文章編號：2095—0144(2015)07—0038—031前言隨著國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展。建設(shè)節(jié)水型社會的觀念和意識愈來愈被人民群眾所接受，農(nóng)業(yè)、工業(yè)、生活用水多采用管道輸水來減少損失。提高水的利用率及用水安全。管道輸水按動力來源分為泵流輸水和重力流輸水。泵流輸水即為人們熟知的泵站揚水系統(tǒng)，它依靠電能轉(zhuǎn)化為水的勢能及動

3、能服務(wù)于農(nóng)業(yè)灌溉、工業(yè)和城市生活用水；重力流輸水充分利用地形高差。依賴水流的重力勢能將水從水源地輸送到用水單位。泵流輸水管道的設(shè)計和施工已經(jīng)積累了豐富的經(jīng)驗，許多問題在實踐中大都得到了解決。重力流輸水管道，尤其是長距離低水頭有壓重力流輸水工程，由于工程實例不多，許多水力學(xué)問題尚需在實踐中研究解決2重力流輸水分類重力流輸水從工程水力學(xué)角度可以分為兩類：無壓重力流輸水和有壓重力流輸水無壓重力流輸水即為明渠或未充滿的暗管(涵)輸水，在流態(tài)上與

4、天然河道無異，水順地勢，或緩或。急地向下游流去，沒有壓力，地形坡度有多大，水流的坡度也就有多大。這種無壓給水渠道的末端往往與水池、水庫或吸水井等構(gòu)筑物相連。有壓重力流輸水一般為管道或充滿的暗管(涵)輸水，不同于天然河道的流動，也不同于泵流輸水。水在管道里流動時，其壓力隨著輸送水距離的增加和地勢的下降而增大，有壓重力流輸水管道的末端既有動水壓力。也有靜水壓。在水力坡降等于地形坡降時，動水壓力為零。水流停止流動時輸水管道內(nèi)又充滿水的時候，管

5、末端的靜水壓最大，其值等于地形高差。3有壓重力流輸水的特點在一般情況下，重力流輸水均是指有壓重力流輸水，是依靠位差和壓差來輸送水流，它與泵加壓輸水相比有以下特點：(1)重力流輸水受地形的約束比較大，只有在具有一定的地形高差、地貌情況也比較好的時候，才能考慮采用重力流輸水。。(2)采用重力流輸水要同時考慮地形坡降和水力坡降而用水泵加壓輸水的管道則可以不考慮地形坡降。(3)有壓重力流輸水管的末端存在靜水壓，如果靜水壓過大，超過管道能承受的壓

6、力，會引起爆管，直接影響供水管網(wǎng)的安全。(4)重力流輸水時，流量和水壓力的調(diào)節(jié)幅度比較小。這是因為水位高差是重力流輸送水的動力來源，在取水口位置、廠址、工藝流程、輸水管徑、長度等確定之后，相對的水位差也就基本固定下來，就是有變化。其變化幅度也比較小。4有壓重力流輸水適用條件有壓重力流輸水的原理是利用水體所具有的重力勢能來作為水流流動的能量來源。輸水過程中，重力勢能一部分轉(zhuǎn)化為動能。一部分克服水流阻力做功轉(zhuǎn)化為機械能。所以采用重力流供水的

7、基本條件就是水源與需水點在地勢上要有一定的高差，這個地勢高差要滿足管道沿線各處構(gòu)筑物的水頭損失，同時還要保持需水點最高處也有一定壓力水頭，即須滿足式(1)否則有壓重力流輸水方式不適用。HAhh(1)式中：H——供水水源與需水點的最小水頭差(m)；收稿日期：2015—06—07作者簡介：劉占巍(1982一)，男，河南駐馬店人，工程師，碩士，主要從事水利水電工程規(guī)劃設(shè)計。E—mail：2286885919@qqtom382015年第7期甘肅

8、水利水電技術(shù)第51卷(3)計算沿程水頭損失和局部水頭損失。對于帶內(nèi)襯的金屬管道單位管長水頭損失i按式(3)計算[3]：i=hy／l=v2／(CZR)(3)式中：尺——水力半徑(m)；c_為謝才系數(shù)，C=(1／n)R；n——管道粗糙系數(shù)，本工程管道為有環(huán)氧內(nèi)襯的金屬管道，n取0010。根據(jù)規(guī)范要求，輸配水管網(wǎng)局部水頭損失一般取沿程水頭損失的5％一10％計算[4]考慮山區(qū)長距離輸水管道地形起伏變化大。管道拐點、轉(zhuǎn)彎多等因素，局部水頭損失按沿

9、程水頭損失的10％估算。(4)編制Excel水力計算表格，采用經(jīng)濟水頭損失的方法計算經(jīng)濟管徑。在滿足重力流的情況下，盡可能地減小管徑，設(shè)法把可以利用的水頭用足，不留多余水頭計算出的管徑就是最經(jīng)濟的，此時的工程投資也是最小的。利用編制的Excel水力計算表格進行反復(fù)試算，確定出滿足條件的管徑，計算結(jié)果見表1。表1輸水管道水力計算樁號項目，流速(m／s糙率萋項目⑩注：⑥=②，④，⑨=③x⑧，⑩：01x⑨，⑩=⑩一⑩，⑩=⑩一@，⑩=⑥一⑩從

10、表1可以看出，在保證2～3m安全水頭的情況下，輸水管道管徑為DN900和DN700時且局部地形較高點還得深挖或隧洞方式才能滿足重力流輸水條件的要求，此時的管徑即為經(jīng)濟管徑，流速即為經(jīng)濟流速?！?結(jié)語在山區(qū)供水或灌溉工程中，輸水管道系統(tǒng)的投資對工程總投資影響很大。據(jù)統(tǒng)計，一般管道建設(shè)占工程總投資的70％90％其中管材費用是主要費用[51。比如黑塘水庫左右岸供水工程投資占總工程投資的60％。管徑選擇太大，就會增加建設(shè)費用，管徑選擇太小，水頭

11、損失過大，又會使重力流條件不能滿足。因此，根據(jù)工程輸水特點，選擇合適的計算方法確定合理的輸水管徑是至關(guān)重要的。40管道的設(shè)計還有管材的選擇、水錘計算、排氣閥、減壓閥、泄水閥等管道附件的設(shè)計。總之，有壓重力流輸水系統(tǒng)最大限度地利用了水的勢能，是一種比較理想的供水方式，它具有不需外界提供動力、清潔節(jié)能、投資省、成本低、運行管理方便簡單等諸多優(yōu)點。是一種值得推廣的輸水方式。參考文獻：[1]CECS193：2005，城鎮(zhèn)供水長距離輸水管(渠)道

12、工程技術(shù)規(guī)程[S][2]GB50288—99，灌溉與排水工程設(shè)計規(guī)范[S][3]GB50013—2006，室外給水設(shè)計規(guī)范[s][4]SL310—2004，村鎮(zhèn)供水工程技術(shù)規(guī)范Is][5]李斌，王以兵山地灌區(qū)重力流下管道極限流速探討[J]_人民黃河，2013。35(4)：81—83^l84918489177924668976o9mmO42849l∞的盯十O512335一53279489⑩一””如mm∞∞5∞83l9874∞醯礬船酗⑩一⑩