有壓引水管道經濟流速的確定

吳 軍

(望江縣水利局，安徽 望江 246200)

在灌溉和城鎮供水的蓄水樞紐中，有壓引水管道直徑的合理選擇對工程投資的影響較大，其直徑的選擇取決于經濟流速。而經濟流速又是由工程實踐中經濟比較確定的。

1 卡扎蓄水樞紐設計概況與問題分析

我省水安建設集團有限公司在埃塞俄比亞承接了卡扎蓄水樞紐的建設任務。

卡扎蓄水樞紐最大庫容3.23×108m3，最大壩高57m，壩長2.5km，水庫最大水位790.75m，水庫正常水位787.45 m，死水位763.07m，總投資4.44億元人民幣。其中城鄉供水流量1.0 m3/s，采用長200m、直徑0.4m鑄鐵管有壓引水，在管道出口設置控制閥門，底板高程為763.07m。運行時上游最小淹沒深度7.09m。灌溉流量28.41.0 m3/s。

按供水規模和壓力管道的直徑，管道的流速為V=7.96m/s,并存在沿程水頭損失和進口、閥門等局部水頭損失，計算如下：

流速水頭：h1=V2/2g；

沿程水頭損失：h2=(λl/d)h1

局部水頭損失：h3= (ξ1+ξ2)h1

其中，λ為沿程阻力系數，0.008；l為管道長度，200m；d為管道直徑，0.4m；ξ1、ξ2分別為管道進口及閥門處局部水頭損失系數，0.2、0.06。運行時上游最小淹沒深度為：

Σh= h1+ h2+ h3=3.23m+12m+0.84m=16.07m

通過計算發現2個問題：

一是原設計淹沒深度7.09m計算錯誤，按原設計計算，滿足供水要求水位為787.45 m～770.16m。實際淹沒深度16.07m，滿足供水要求水位為787.45m～779.14m，當興利水位不變時，興利庫容不能滿足設計興利要求；當水位降落至779.14m以下運行時，供水流量將小于1.0 m3/s，水位為770.16m時，流量只有0.664m3/s，不能保證設計供水流量。如表1所列。

表1 管道流量與運行水位關系表

二是其供水管道的直徑較小，流速太大。管道的流速水頭及水頭損失很大，抬高了滿足供水要求的水庫最低運行水位，從而抬高了興利水位和壩頂高程。這就增大了項目的工程總投資。

確定經濟流速，從而選擇合理的管道直徑，使整個樞紐工程投資最經濟，是問題的重點。

2 供水管道直徑的調整與投資比較

現按0.1m增加管道直徑，分別計算水頭損失、興利水位，并重新估算項目總投資.如表2所列：

表2 管道直徑與項目投資關系估算表(流量均為1.0m3/s)

注：①興利水位的變化同時考慮了28.4m3/s的灌溉用水；②投資估算考慮了壩體投資、淹沒損失及管道和溢洪道投資的變化。

由有壓管道直徑與項目投資關系估算表可見，流速從8.0 m/s降低到5.0 m/s，項目估算投資下降較大；流速從5.0 m/s降低到3.5 m/s時，項目估算投資下降趨勢顯著減??；流速在3.5m/s～2.6 m/s時，項目估算投資沒有明顯變化；流速從2.6 m/s降低到2.0 m/s時，項目估算投資反而有所增加。

3 有壓引水管道經濟直徑的確定

從卡扎蓄水樞紐的案例可見，有壓引水管道的經濟流速在2.5m/s～3.5m/s之間，但每個蓄水樞紐的規模，設計供水流量、供水量對興利庫容的占比等都有所不同，不一定具有普遍的代表性；用同樣的方法對我省廣德縣小(一)型陽山水庫進行經濟比較，得出的經濟流速在2.7m/s～3.9m/s之間。

考慮到不同蓄水樞紐的特點和管道直徑取值的局限性，經濟流速的取值范圍可適當擴展。根據以上計算及分析，灌溉兼有供水的蓄水樞紐有壓引水管道經濟流速在2.5m/s～4.0m/s之間。

4 結束語

我國對水電站的供水管道的經濟流速有廣泛的研究，如壓力鋼管的經濟流速在4.0m/s～6.0m/s之間，但其主要考慮管道建設投資與發電出力之間的關系。對灌溉和供水管道經濟流速的研究甚少，希望本文對灌溉和供水流量相對較大的蓄水樞紐的設計能提供參考或借鑒。