摘要：在基巖山區(qū)復(fù)雜地形地質(zhì)條件下，怎樣能使自流輸水管道設(shè)計(jì)施工科學(xué)經(jīng)濟(jì)合理，做到投資少效果好，這是工程技術(shù)人員在設(shè)計(jì)施工中應(yīng)解決的問題。只要抓住自流輸水管道的水氣流原理，采取適當(dāng)?shù)墓こ檀胧�，使水壓傳遞連續(xù)，問題就容易解決。
　　關(guān)鍵詞：復(fù)雜地形，水氣對(duì)流，水壓連續(xù)，工程措施。
　　在地形復(fù)雜地區(qū)，水利工程建設(shè)難度很大，特別是引水管道工程建設(shè)更是如此，在人飲解困和飲水安全工程建設(shè)中，如何將遠(yuǎn)處水源引到村上供安裝自來水之用，即在地形地質(zhì)條件復(fù)雜下，自流式輸水管道怎樣施工，如何使此類工程費(fèi)用低，減少工程量和施工難度，我們做了大量的工作，認(rèn)真地分析研究復(fù)雜地形地質(zhì)特點(diǎn)和自流式輸水管道的水氣流機(jī)理，在工程設(shè)計(jì)和施工中根據(jù)機(jī)理采用適當(dāng)?shù)墓こ碳夹g(shù)措施，實(shí)現(xiàn)了工程量最小投資最少。
　　一、基巖山區(qū)地形地質(zhì)特點(diǎn)和管道自流輸水的兩種形式
　　基巖山區(qū)地形條件復(fù)雜，溝壑縱橫、基巖裸露、地形陡峭、松散堆積物分布不均，輸水管道管線和地形走勢(shì)、基巖出露、松散物堆積不可能一致，因此在管線和地形地質(zhì)之間，尋找投資少工程量小的最佳組合，是山區(qū)輸水管道必須研究解決的問題。我們知道自流輸水是靠地形高差由水自重通過管道從高處向低處運(yùn)動(dòng)，從而使水由高處輸?shù)降吞帯Ｓ袃煞N形式一種是輸水管道從高向低單向傾斜式；另一種是管道兩頭高中間低倒虹吸式。根椐地形地質(zhì)和自流輸水的特點(diǎn)，通過幾年來工作實(shí)踐，我們研究總結(jié)出，什么樣的地形地質(zhì)條件采用什么樣的輸水形式科學(xué)經(jīng)濟(jì)合理，對(duì)于地形較緩、山凹拐彎不深（繞遠(yuǎn)距離短）、松散堆積物分布較均勻地方采用單向傾斜式；對(duì)于地形較陡、基巖出露松散堆積物分部不均、或山凹大繞彎距離長(zhǎng)、或需要越過山谷采用倒虹吸式。這樣做：一能達(dá)到開挖以土方為主、石方為輔，減少土石方開挖難度；二是能使管道盡量最短，管材盡量用塑料管，材料費(fèi)最少。
　　二、自流輸水管道從輸水開始到輸水正常時(shí)的水氣流原理
　　自流輸水管道從開始送水到輸水正常，這個(gè)過程是管道中的氣體逐漸被排出，水逐漸占據(jù)整個(gè)管道的過程，如果管道中的氣體能被及時(shí)排出，使水壓傳遞連續(xù)水流通暢，這說明管線設(shè)計(jì)合理，施工完美。單斜式自流式輸水管道在水開始流進(jìn)管道時(shí)，在管道的上段水先占據(jù)管道的下方，然后逐漸向上壓縮空氣，空氣受壓就會(huì)向上方壓力小的地方流動(dòng)最終流出管外。管道進(jìn)水口位于高處，管內(nèi)的部分氣體又必須從此處逸出，這樣水流和氣流方向相反。故自流輸水管道從輸水開始到輸水正常時(shí)的水氣流原理是水氣對(duì)流。對(duì)于倒虹吸式管道，開始輸水時(shí)，水流要迅速到達(dá)虹吸管底部，然后隨著管內(nèi)水面上升，管內(nèi)的氣體從管的兩端排出，不難看出從虹吸管的底部到虹吸管進(jìn)水口這段管道的水氣流亦為水氣對(duì)流。我們知道了水氣對(duì)流是自流輸水管道從輸水開始到輸水正常這一階段水氣動(dòng)態(tài)，就有辦法采取技術(shù)措施使輸水管道輸水順暢。
　　三、復(fù)雜地形地質(zhì)條件下自流輸水管道設(shè)計(jì)施工技術(shù)措施
　　1、單向傾斜式自流式輸水管道設(shè)計(jì)施工技術(shù)措施
　　適合單向傾斜式自流輸水管道地形地質(zhì)條件，是從地形上看水源和利用水點(diǎn)存在上下游關(guān)系，水源高，用水點(diǎn)低，管道不需繞行（或繞行長(zhǎng)度不大），管道從上到下單向傾斜鋪設(shè)管道最短。但基巖起伏和松散堆積物地方，和理想設(shè)計(jì)管道線路不一致，對(duì)于此類地形地質(zhì)條件下，我們應(yīng)根據(jù)測(cè)量結(jié)果和地形地質(zhì)條件采取以下措施。第一，用管道的承壓性和自流式輸水管道開始送水到水流正常時(shí)的水氣對(duì)流原理把管道坡度非均勻化，呈上陡下緩狀態(tài)，且越接近進(jìn)水口坡度越大，使之整體水力坡度和理想設(shè)計(jì)水力坡度一致。此法適用于管道較短且地形地質(zhì)簡(jiǎn)單的情況。第二，如果管道較長(zhǎng)必須把整條管道按照地形地質(zhì)條件分成數(shù)段（可以長(zhǎng)度不等），以使適合復(fù)雜的地形地質(zhì)條件，每段的水力坡度呈上陡下緩狀態(tài)，且每段的整體水力坡度和設(shè)計(jì)水力坡度相同，在每段的上下端設(shè)置通氣孔，使水氣通暢，水流暢通。為什么要上陡下緩呢？因?yàn)樵陂_始送水時(shí)，上部管道較陡，水才能從管道的上部較快地流向低處，被壓縮的空氣才能從管的上部很快的逸出，保證水氣對(duì)流通暢，水壓傳遞連續(xù)。否則水氣對(duì)流不暢，水壓傳遞不連續(xù)，有效水力坡度不能形成，設(shè)計(jì)水流量不能達(dá)到。以上做法得了以下效果，一是在有限的高差內(nèi)取得了最大的水力坡度，管道直徑選擇能取最小值，而且管長(zhǎng)最短，管材費(fèi)用最少。二是土石方開挖量最小，幾乎沒有石方開挖，省工省時(shí)，勞務(wù)投入最少。達(dá)到了工程建設(shè)科學(xué)合理，投資最少效益最大的目的。
　　2、倒虹吸式自流輸水管道設(shè)計(jì)施工技術(shù)措施
　　在復(fù)雜地形地質(zhì)的地區(qū)，虹管設(shè)計(jì)施工要依據(jù)管道的水氣流原理和現(xiàn)場(chǎng)的地形地質(zhì)條件，如地形起伏和基巖起伏情況來研究解決。在基巖山區(qū)常出現(xiàn)這樣的情況，即地形的起伏和似建虹管的起伏不一致。基巖起伏和堆積物形成的地形起伏和虹管工程要求起伏統(tǒng)一起來就更難。地形的起伏有時(shí)在某段和虹管要求的起伏相反。對(duì)于這樣的虹管設(shè)計(jì)施工必須堅(jiān)持三原則，第一，工程施工工程量要少，投資費(fèi)用低（管道細(xì)而短、土方開挖量易而少）；第二保證設(shè)計(jì)水流通暢，水力坡度最大；第三要搞好管道防凍和保護(hù)，這三點(diǎn)缺一不可。忽視任何一點(diǎn)，虹管建設(shè)就是不成功的，不適宜的。根據(jù)這幾點(diǎn)要求和虹管開始送水時(shí)水氣對(duì)流原理，采用如下措施，使虹管設(shè)計(jì)院施工經(jīng)濟(jì)合理，工程量少，工程費(fèi)用低。一是虹管出水口標(biāo)高以上的管道坡度最小，為虹管設(shè)計(jì)水力坡度的4倍以上，且愈向虹管進(jìn)水口處傾斜程度愈大，保證水氣通暢，水壓傳遞連續(xù)；二是其它部分將以虹管底部為中心向兩邊逐漸抬高，管道隨地形起伏或陡或緩，但管道坡度不能出現(xiàn)逆轉(zhuǎn)。以此為原則結(jié)合冬季最大凍深，測(cè)量推算出各點(diǎn)管道基槽的挖掘深度。
　　四、工程實(shí)例
　　1、A引水工程
　　某工程在某地2003年打井1眼，出水量80米3/時(shí)，在村上修水池1座，蓄水量1000米3，作為水塔供村民安裝自來水，為把井水引回村莊，供村民飲水。經(jīng)勘察測(cè)量，根據(jù)出水量現(xiàn)配套水泵（80米3/時(shí)，揚(yáng)程150米）和地形條件測(cè)量結(jié)果以最小的水位差和最短的管長(zhǎng)，工程投資少，運(yùn)行成本低為原則，以600米6時(shí)塑料管，6米水位差，過水量80米3/時(shí)，采用自流引水管，單斜式引水方式，根據(jù)地形條件（梯田和基巖露情況）把整條管道分為三段，（每段的長(zhǎng)度不等，水力坡度相同，管道從來水到出水坡度由陡變緩）。在管道由平緩變陡處設(shè)置通氣孔，使水氣流暢。施工完畢后試水一次成功。實(shí)現(xiàn)了工程投資少，運(yùn)行成本低，深受群眾的歡迎。
　　2、B引水工程
　　在某地區(qū)上游2.5公里的地方有深井1眼，為把井水引回村內(nèi)，供村民飲用，我們到該村進(jìn)行實(shí)地勘測(cè)，現(xiàn)場(chǎng)勘測(cè)發(fā)現(xiàn)，該地地形復(fù)雜，溝壑縱橫，怎樣利用現(xiàn)有抽水設(shè)施把抽出的井水，不用加壓自流到村上，供村民使用，我們做了認(rèn)真的研究，如果采用單斜式，管道繞行距離太遠(yuǎn)，管線太長(zhǎng)、太粗，工程造價(jià)太高不行。把水引到村下，還需一套揚(yáng)水設(shè)備把水提到村上，運(yùn)行費(fèi)用高，也不行。因此決定采用倒虹吸管形式，盡量使管線短，管道細(xì)，降低工程投資和工程量，根據(jù)地形特點(diǎn)把引管分為兩條虹吸管，上游虹吸管工程地形簡(jiǎn)單，虹管好鋪設(shè)。第二段處地形復(fù)雜，山坡堆積黃土，溝坎多，且堆積物形成的地形傾向和虹管傾向不一致。我們按照復(fù)雜地形地質(zhì)條件下的虹管施工設(shè)計(jì)技術(shù)措施，把虹管按出水口高程分為兩段，出水口以上段管的傾斜度大于虹管設(shè)計(jì)整體坡度的二倍以上；其余部分按虹管底部向兩邊抬高，只要不出現(xiàn)忽高忽低的原則，進(jìn)行設(shè)計(jì)施工，工程施工完畢后，水流通暢。通水量20米3/時(shí)，4時(shí)塑料管，設(shè)計(jì)管道整體坡度為百分之一。
　　綜上所述，在復(fù)雜地形地質(zhì)條件下，自流式輸水管道的設(shè)計(jì)施工，必須遵循上述“水氣對(duì)流”和“水壓傳遞連續(xù)”這些關(guān)鍵的技術(shù)問題的處理方法，就能使此類工程建設(shè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)合理，工程造價(jià)最低，投資最少。
　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]農(nóng)村水利司．管道輸水工程技術(shù)．北京：水利水電出版社.2002.
　　[2]依學(xué)農(nóng)．管道工程優(yōu)化設(shè)計(jì)．北京：水利水電出版社.2006.