引青工程供水調度中東線工程管線調節

杜迎欣

(秦皇島市引青管理局 066001)

引青工程是為解決秦皇島市城市用水而修建的大型跨流域引水工程。工程始建于1989年，后經過多次擴建、改建和續建，目前已經形成了一個較完善的供水工程體系，在秦皇島市占有很重要的地位。該工程擔負著全市四個水廠的原水及四個企業的生產供水任務，是北戴河水廠唯一水源。全年供水量占全市用水量的60%以上。運行21年已累計向城市供水12.08億m3，為秦皇島市的經濟建設發揮了不可替代的作用。平穩控制管線壓力，避免壓力過高發生爆管漏水事故，減少不必要的損失是調度工作力爭要做好的。隨著工程的不斷完善與供水量的變化不同，根據工程特點和水力計算制定管線壓力控制方法，在實際運用中最大限度地保證工程安全運行。本文著重介紹引青工程城市供水調度中東線工程管線的調節問題。

1 工程現狀與供水能力

圖1 引青工程示意圖

由圖1 可看到，引青工程由西線工程、東西線對接工程、東線工程、洋河水庫四部分組成。西線工程:從西線渠首沿線經無壓隧洞、暗涵、蓋板涵、河道至洋河水庫入口。輸水規模為8m3/s。

東線工程:從洋河水庫引青進水口至市區各水廠。沿線主要建筑物有:1～5號隧洞，隧洞之間為2DN1600 管線，4號洞以下是一條DN1400 與DN1600混合連接，兩條DN1200 管線，中間有若干閘閥門及聯通可控制壓力、流量。

引青東線供水能力3.96m3/s。東西線對接是為了改善供水水質而實施的續建工程。起點為西線燕窩莊電站，終點為東線2號隧洞，避開了西洋河河道和洋河水庫，實現了工程全線封閉輸水。東西線對接工程供水能力為5.36m3/s。

綜上現有兩條供水線路:?從西線渠首取水頭部，通過西線工程，經洋河水庫引青進水口調節，通過東線工程分別進入四個水廠及沿線四個企業直供水;?從西線渠首取水頭部在西線工程末端燕窩莊，經過東西線對接工程至東線工程的2號隧洞，以下匯入一線東線工程。整個工程沿線有暗渠、明渠、隧洞、輸水管道、加壓泵站、水庫等多種工程型式，總長100km。兩個水源地:桃林口水庫和洋河水庫。

2 東線工程管線調節

2.1 東線管道壓力控制

引青工程供水量由各水廠在出口控制，由于供水量季節性變化很大，在每年冬季供水是低谷時期，管道壓力普遍偏高，管道漏水事故時有發生。尤其是引青東線擴建工程完工后，4號洞以下管線壓力大幅上升，根據水力計算，在冬季低水量運行情況下，局部管線壓力將超過設計壓力(4MPa)。為了使管線平穩運行曾經利用以下兩種方式進行控制。

2.1.1 洋河水庫引青進水閘控制

引青工程建成初期，采用控制引青進水口閘門開度的方式來調節管道壓力。2000年以前一期工程設計日供水量17萬t 左右，17萬t 以上閘門全開，以下閘門不同程度地控制。隨著東線工程的擴建，設計供水量增加，實際供水量也變化多樣，單一的利用引青進水閘控制壓力已不適用管理的要求。同時我們發現利用進水閘門控制管線壓力有一定的弊端:?容易造成隧洞明滿流交替，對隧洞安全構成威脅;?閘門開度較小時，由于閘板的約束人為地造成閘后高速水流，閘門槽等部位容易發生氣蝕現象，使隧洞工程表面遭到剝蝕而破壞;?在某一閘門開度時，水流脈動壓力加大，當脈動頻率與建筑物自振頻率相近時，會引起建筑物特別是閘門等輕型結構發生強烈振動。這種壓力控制方式，對閘門和隧洞結構十分不利，而且很難收到明顯的壓力控制效果，一旦造成隧洞結構破壞將導致引青工程全線斷水。為此采用了以下方法控制。

引青東線工程興福莊以上，管道高程較高，壓力較低(低于3MPa，或在3MPa 左右)，無須控制，管線壓力局部偏高的情況出現在興福莊以下到市區水廠段。管道壓力的大小直接取決于水流通過上游管道的水頭損失多少，因此，根據供水量的變化規律，對4號洞以下至郭高馬坊的三排管道進行合理調度，通過增加水流沿該段管線的水頭損失，就能有效地控制下游管線壓力。根據水力計算，用興福莊閥群控制，從管線調度運用上可大致分成以下幾種工況(見圖2):

圖2 引青東線四號洞至郭高馬坊管網及閥群示意圖

a.日供水量低于15萬t，關閉9號、10號、12號閥門，其他閥門全開，修理莊至興福莊段單管運行，其他地段雙管運行。

b.日供水量低于19萬t，關閉9號和12號閥門，其他閥門全開，4號洞至郭高馬坊雙管運行。

c.日供水量低于22萬t，關閉9號閥門，其他閥門全開，4號洞至興福莊雙管運行，興福莊至郭高馬坊三排管同時運行。

d.日供水量大于22 方t，所有閥門全開，全部管道投入運行。這種運用方式，有利于操作控制，有效地降低下游管線壓力，并保證1～4號隧洞安全穩定運行。

按照上述方案，幾年來我們進行了實際運用，方案中提出15、19、22萬t 以及22萬t 以上四種情況，對接近的供水量適用，但實際中用水量在25～12萬t/日之間有更多的情況。調節中我們根據不同用水情況，在修理莊或興福莊以上三根管搭配使用的基礎上，對兩個閥群組的某個閥門有更多的細微調節。利用聯通閥和其他閥門所處的不同狀態，即全開至1/3 開度不等來控制下游管線的壓力和水量，興福莊下游閥門仍保持基本不動。幾年的運行經驗與方案結合，形成了“單雙管聯合運行”、“雙管運行”、“三管運行”“單管運行”四種基本運行方式，以及更多的組合方式。使管線調節從無序到有序，使調節方法更實際可靠。但在調節中也發現了限制閥門調控的其他問題，尤其是2008年東西線對接工程建成通水以后，上游水頭抬高導致東線工程水壓增大，因此對東線工程安全運行要求更高、調度更復雜。

2.2 存在問題

2.2.1 閥門安全問題

引青工程的供水量受限于秦皇島市區另一個水源地石河水庫蓄水的多少以及季節的變換，年供水量、日供水量、晝夜供水量都有很大變差，石河水庫蓄水多時引青供水較少，常使日供水能力25萬t的引青工程最低只供10萬t 左右。夏季最多供水25萬t，冬季只供10～12萬t，管線壓力變化很大。四個水廠的進水口閥門均掌握在用戶手里，閥門開啟隨意性大，使壓力變化處在不穩定狀態。為了使整個引青系統的管線壓力既平穩又滿足供水需求，頻繁調節管線閥門(蝶閥)是常有的事，調節范圍從全開到1/3、1/4 不等或更小開度，對工程安全產生不利影響。在實踐觀察中發現:蝶閥門開到小于1/3 時產生振動和響聲，說明閥門受到的沖擊力很大，壓力控制平穩是以閥門受到危害為代價，尤其是供水量小于12萬t 低水量供水時管線閥門控制得更低。

林爸爸一時無語，水老師卻哈哈大笑，氣氛一下子活躍起來。這時，女兒水仙芝溜進來了，把老爸的衣角扯了一下，紅著臉說：“爸，你說什么呀！”

2.2.2 工程老化問題

東線工程運行21年的舊管線閥門年久失修，排氣、排沙、管體等漏水處較多，調節管線時很擔心薄弱環節會出問題。閥門調節刻度盤丟失，不能快速準確地觀察到閥門開度的大小，野外人員只是憑感覺操作，每次調節閥門都需要很長時間反復調整，既耽誤時間又對閥門的使用壽命有很大影響，同時也給調度人員決策帶來含糊的概念，給下一次調節帶來很大的麻煩。

2.2.3 自動化傳輸偏差

對于管線的調節，自動化站點數據的傳輸完好率越高，管線運行調度安全性越大，所以說引青自動化是引青工程安全運行的技術支持和保證。但由于自動化設備老化更新不及時，使自動化監測不能及時到位，如:數據傳輸有誤、壓力流量數據反應緩慢、主要部位流量和壓力站點空缺，調節閥門時關鍵站點不能作為參考，這樣不利于調度人員定量掌握每種運行方法，造成對閥門的調節控制產生偏差。

3 改進建議

a.盡快實施東線老舊工程的更新改造與必要的維修。加強閥門的維修和保養，查清各種閥門的完好狀態，及時更換破損的部件，經常使用的碟閥更換為抗水流沖擊強的其他閥門。安裝閥門調節刻度盤，正確使用閥門，要嚴格按照閥門說明操作，遵守操作規程，操作完畢應準確地報告和記錄閥門的開度，盡可能使每種運行方式與相應的供水量匹配。

b.自動化設備及時更新換代，保證自動化數據及時準確傳輸，對各測點的壓力和流量值特別是對有疑問的站點進行校核，使其能真實地反映各站點實際情況。為了精確調整水量，建議在修理莊和興福莊附近適當的地方安裝流量計。

c.主要供水閘門要統一管理，如四個水廠的閘門要由供水單位統一管理，避免用水閘門隨意開啟產生壓力沖擊威脅管線安全。建議水廠修建蓄水池或利用事故水池調峰供水，減少調節閥門的次數以利于原水管線平穩供水。

4 結 語

引青工程供水管線隨著工程的不斷完善，東西線對接工程投入使用，以及用水戶的不斷增加，調度運行管理也將越來越復雜，尤其是東線工程的管線結構比較復雜，分期建造銜接性不好，薄弱地方比較多，水量變換也較頻繁，所以在今后的工作中還要不斷地總結經驗，不斷完善和改進運行管理方法，使引青工程更好地為秦皇島市供水服務。