关于农村引水工程中管道计算的几点建议

2019-01-04

城市建设理论研究（电子版） 2018年23期

中国电建集团西北勘测设计研究院有限公司陕西西安 710065

正文：

近年来，受全球气候变化和人口增长、经济发展、城镇化进程加快等因素影响，我国区域性严重干旱现象加重，为保障严重干旱期间重点旱区群众饮水安全，推进构建与经济社会可持续发展相适应的抗旱减灾体系，各省均根据实际情况进行农村引水工程建设。长距离输水管道由于输送距离长，减小沿程水力计算的误差是管道优化设计的重要内容。很多学者在这方面做了大量研究。根据试验及分析：管径≥300mm,各个计算公式的误差较小，小管径时计算误差较大。然而，实际农村引水工程中的管径常常小于200mm。因此研究小管径的岩层损失及计算公式的选择具有重要实用意义。

1 沿程水头损失的常用计算公式及应用条件

目前，计算管道岩层水头损失的方法较多，且多为经验公式。在实际工程中考虑到经济、实用、使用年限及材料采购等方面影响，以及PE管耐腐蚀性强，内壁较光滑（水流阻力小），施工运输方便，施工周期短等诸多优点，在工程中较多采用。本文就PE管的情况进行讨论。常用来计算塑料管道沿程损失的方法有：

1.1 达西公式

d—管内径，v—流速，Q—流量，L—管道长度。

达西公式是均匀流沿程水头损失的普遍计算公式，在计算损失时考虑了温度、管材粗糙度、流速等因素，层流紊流均可使用。

表1 水在不同温度时的值（×10-6）

1.2 舍维列夫公式

舍维列夫公式前一段时期也广泛用于给水管道水力计算,是由旧钢管和旧铸铁管管材试验资料确定的。但由于该公式计算形式简单，参数选择固定，在目前实际引水工程中应用较多。

1.3 海森-威廉公式

该公式适用紊流过渡区,其中水头损失与流速的1.852次方成比例(过渡区水头损失h∝v1.75～2.0)。该式计算方法简捷,在美国作为给水系统配水管道水力计算的标准式, ,近几年我国也普遍用于配水管网的水力计算。

1.4 谢才公式

常用于沿程水头损失的公式还有谢才公式:

谢才公式是计算均匀流的经典经验公式，既可适用于明渠，也可应用与管流。谢才系数的确定有曼宁公式、巴甫洛夫公式、美国水道实验站公式。由于常用来确定谢才系数的曼宁公式等适用于阻力平方区，故在PE管道的计算中不进行比选。

2 实际算例计算结果比较

以某个乡的引水工程为例，该工程共计划解决17个村庄3297人的抗旱应急用水，项目区分为七个片区供水，供水流量在0.000161m3/s-0.00556 m3/s，设计管径的取值范围为35mm-150mm，管道均铺设在冻土深度以下，选取动力粘滞系数为1.78×10-6m2/s。分别就不同流量、管径、管长采用不同个公式进行计算，结果见图1-3.

由上图可知，管道的岩层损失的影响因素主要有管径、管长、流量和计算公式。在流量较小的情况下，①流量的大小对沿程损失的影响较大，经计算流量＞2L/s时，岩层损失的计算结果为海森＞达西＞舍维列夫；流量＜2L/s,时，则有达西＞舍维列夫＞海森。②当管径大于120mm，公式的差异与管道的长度对沿程损失的影响较小。③公式不同导致的结果差异主要由于参数的选择各异。

在实际工程设计中，为弥补岩层损失的计算误差，常常要确保末端的出水水头约为10-30m。这样不仅对水资源紧缺地区造成资源配置不合理，也会增加水源井的开发压力及开采资金。因此在严重缺水区域的引水工程中，要因地制宜，选择能真实反映管道的水力特性并保证输配水管道的流量、压力满足设计要求且损失最小的管道设计方案。