稔平半岛供水工程管材选择的经济分析

丁 辉

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)



稔平半岛供水工程管材选择的经济分析

丁 辉

(广东省水利电力勘测设计研究院,广东 广州 510635)

介绍了常用供水管材的性能及稔平半岛供水工程的概况,推导管道单位成本计算公式，对水利工程供水中常用管材——球墨铸铁管(DIP)、钢管(SP)和预应力钢筒混凝土管(PCCP)进行比选。得出在小管径情况下,球墨铸铁管相比钢管和预应力钢筒砼管有经济优势。但作为长距离的供水工程, 供水结构形式及管材应因地制宜,采用多种方式,做到可靠经济。

球墨铸铁管；供水工程；管材比选；经济性分析

我国水资源区域分布不均衡,同时水污染严重,可利用水资源不足影响着我国社会经济水平的长远发展。因此,建设安全、高效的供水工程是缓解我国水资源地域分布不均、促进社会经济协调发展的有效办法。

在供水工程中,管道投资在工程总投资中占有很高比例,而管材费用约占管道投资的50%左右,因此,管材选用是供水工程中重要的环节。本文通过对广东省惠州市惠东县稔平半岛供水工程的管材经济性分析,说明球墨铸铁管、钢管和预应力混凝土管在本工程中的经济性及适用性。

1 常用管材介绍

供水工程中常用管材主要有3种：球墨铸铁管(DIP)、钢管(SP)、预应力钢筒混凝土管(PCCP)。球墨铸铁管早期由于技术及材料原因造成价格较高,近期因国内外钢材价格走向下跌,在供水工程中增加选择比例；钢管的外压内压比较高,接口采用焊接方式,内外壁要作防腐处理,由于近期国内钢材下跌,钢管的价格也具有优势；预应力钢筒混凝土管价格一直较低廉,由于较笨重及质量难以保证,除了较大口径外,中小口径适用正在逐步淘汰中。

2 工程概况

稔平半岛供水工程主要任务是从惠州西枝江取水,经输水建筑物和泵站,将水送至虎坑水库,为沿海的平海发电厂及巽寮旅游区等需水对象供水,并兼顾着稔山、铁涌、平海和港口四镇等沿线综合补充用水。

稔平半岛供水工程取水口位于西枝江鲤鱼岭,供水设计水平年为近期2020年,远期2030年,设计引水流量为5.2 m3/s,输水线路总长为62.300 km。

本工程等别为Ⅱ等,主要建筑物级别为2级,次要永久建筑物为3级,临时建筑物为4级。主要建筑物包括：鲤鱼岭取水泵站、黄坑泵站前池土坝、黄坑加压泵站、输水隧洞、输水管道、调压塔、量水间等。总平面布置如图1所示。

图1 总平面布置示意

3 管材选择

3.1 管道单位成本计算公式推导

供水管道的合理选择,除了需要保证其安全性,延长使用寿命外,管道工程投资是必须重点考察的问题。

供水工程的管道投资占有很大比重,因而在供水工程设计中需采用优化计算方法,在计算中涉及到管道单位成本计算公式,不同地区,不同管材计算公式是不一样的,由于资料收集的限制,仅推导了钢管(SP)、预应力钢筒砼管(PCCP)、球墨铸铁管(DIP)3种管道的单位造价公式,提供1种管道单位成本计算公式的推导方法。

3.1.1 惠州地区相关资料

惠州地区各种供水管材及常规材料人工价格如表1、表2所示。

表1 管材价格

表2 规则材料人工价格

3.1.2 管道成本的计算原理

根据《给水排水设计手册》第十册：技术经济册(第二版)给出的投资估算的方法,利用原始资料和手册中提供的数据，计算给水管道各种管材标准管径的单位成本。 包含施工安装费的管材造价如表3所示。

表3 包含施工安装费的管材造价

3.1.3 管道单位成本公式中参数的确定

由于资料收集限制,本文仅推导了钢管(SP)、预应力钢筒砼管(PCCP)、球墨铸铁管(DIP)3种管道的单位成本计算公式。

管道单位成本公式一般以c=a+bDα形式表示[2]其中各参数的计算步骤如下：

1) 以表3中的单位造价为纵坐标,以管径为横坐标,将各管对应的造价点绘在方格纸上,将各点连接成平滑的曲线并延伸到y轴(D=0)上,与y轴交点的纵坐标即为a值。

2) 用最小二乘法[3-4]求解b、α值：

将c=a+bDα移项变换为c-a=bDα,两边取对数得：

lg(c-a)=lgb+αlg D

令 A=lg(c-a),B=lgb,d=lg D 则：

A=B+α d

式中 i为某种管道的管径规格数。

整理后得：

3) 3种管材单位成本公式

由以上计算可求得3种管材单位计算成本公式(c=a+bDα)：

钢管c=160+3117D1.549

(1)

球墨铸铁管c=80+3205D1.394

(2)

预应力钢筒砼管c=80+2467D1.466

(3)

3.2 管材投资比较

根据推导公式计算管材投资比较如表4所示，其柱状图见图2所示。

表4 管材投资比较

图2 管材投资比较示意

长距离的供水工程,供水结构形式及管材应因地制宜,分段布置,采用多种方式组合,且供水管线经济实惠安全得到保障。根据《室外给水设计规范》(GB50013),结合本工程地基以及管线沿公路边敷设的情况,以及考虑供水安全和节省工程投资,经过综合分析,本工程推荐分段使用不同的输水管道结构形式及管材。

根据管材经济性和耐久性等特点,本工程鲤鱼岭泵站至黄坑水库前池埋管段,主管材使用PCCP,利用其造价低、性价比高的优点；高速公路顶管、跨渠道及公路下埋管采用钢管,利用其适应变形能力强、管道无渗漏的优点。

黄坑水库前池至虎坑水库和平海支线段管道,由于管径小,采用球墨铸铁管,该种管材小管径在价格上比PCCP管有优势。

3.3 管径比选

1) 输水管径的选择原则

本供水工程为长距离的输水工程,需要加压的输水主管为鲤鱼岭取水泵站至黄坑水库前池,管线长41.050 km输水主管径的选择以供水工程的总投资现值最省为原则。黄坑水库前池至虎坑水库,管线长15.920 km；平海支线管线长5.33 km；根据地形前高后低的特点,且前端设置有高位水池,管径在满足自流能力条件下,复核水利坡度线满足在管顶以上2 m的条件下选定,该段管径的确定从两个方面考虑,一是满足自流流量要求,二是不小于不淤流速。

2) 输水管径比选

① 鲤鱼岭泵站至黄坑泵站前池段管径比选

鲤鱼岭泵站至黄坑泵站前池管线长41.050 km,总管设计流量为5.2 m3/s；沿线分水有稔山镇和铁涌镇,分水流量大,故供水管径的选择应根据分水状况,采用组合管径进行比选。本段管径需变径2次,即只考虑在稔山分水口后开始变径1次,在铁涌及惠州分水口后变径1次。稔山镇用水由稔山分水口分出1.41 m3/s,铁涌镇用水由铁涌及惠州分水口分0.94 m3/s。故方案比选时,各段长度及流量为：鲤鱼岭泵站至稔山分水口,设计流量为5.2 m3/s,长度18.654 km(含隧洞长)；稔山分水口至铁涌及惠州分水口,设计流量为3.79 m3/s,长度22.396 km(含隧洞长)。铁涌及惠州分水口至黄坑水库,设计流量为2.85 m3/s,长度0.652 km。因铁涌及惠州分水口至黄坑水库段线路仅有652 m,不考虑该段的组合管径进行比选。选用比稔山分水口至铁涌及惠州分水口小一等级的管径。

根据取水口至黄坑水库沿线地势条件,沿输水方向,石井村(桩号A22+360)前后地势差别大,特别是4#碧山隧洞以前,山地较多,埋地管道沿线地面标高大多在高程30 m以上,故管径的选择还需考虑沿线的地势条件,即使输水管道埋深满足最低压力线高于管顶2.0 m的要求,又不能使管道埋深过大,增加工程投资。

经比选,本段管径组合初定为：方案一,D2 200+D1 800；方案二,D2 000+D1 800；方案三,D2 000+D1 600。 3个组合方案总投资现值比较见表2～4。

表5 鲤鱼岭泵站至黄坑泵站前池段管径总投资现值比较

表5比较成果显示,方案一水头损失小,泵站扬程低,年运行费用省,但随着管径的加大,管道1次性投资大；方案三水头损失大,需要泵站扬程高,运行费用高；方案二费用现值最小,是最经济合理的方案,故予选用。

② 黄坑泵站至虎坑水库段管径比选

黄坑泵站为二级提升泵站。由于从隧洞进口牛牧坑至隧洞出口赤竹排一带地形高,原水经泵站提升到高位调压塔(调节池)内,然后自流至虎坑水库和平海水厂交水点。6#隧洞与7#隧洞地面高程在39～42 m之间,而出口约1 km管线地面高程在30.0～34 m之间。因此,隧洞高程应尽可能低,最低按出口段1 km管道中心线高程,即隧洞出口中心线高程为30.0 m,该处压坡线高程为33.0 m,则设计流量下求得黄坑调压塔的最低运行水位为33.1 m。7#隧洞出口后管径按满足自流条件求得D1 400即可。往平海方向管径根据地形前高后低的特点前2 km为D900,2 km以后为D700。

4 结语

1) 根据搜集到的相关资料,推导出了预应力钢筒砼管、球墨铸铁管及钢管3种管材单位成本计算公式。

2) 通过对比得出,管径DN 900～1 200,球墨铸铁管较为经济；管径DN 1 400～2 000,预应力钢筒砼管较为经济。

3) 在满足自流流量要求和不小于不淤流速的前提下,供水管径的选择应根据分水状况,采用组合管径进行比选。

[1] 潘一毅.预应力钢筒砼管回顾与展望[J].砼与水泥制品,2004(6):30-31.

[2] 严世煦,范瑾初.给水工程[M]. 北京：中国建筑工业出版社,1999.

[3] H.Tong， K.S. Lim.Threshold Auto regression,Limit Cycles and Cyclical Data[J].Journal of the Royal Statistical Society,1980,42(3):245-292.

[4] WS Cheung,Hs Kwon, KA Park,JS Paik.Acoustic flow- meter for the measurement of the mean flow velocity in pipes[J].Journal of the Acoustical Society of America,2001,110(5):2308-14.

(本文责任编辑 王瑞兰)

Economic Analysis of Pipe Selection in Water Supply Project of Renpin Peninsula

DING Hui

(Guangdong Hydropower Planning & Design Institute, Guangzhou 510635,China)

Property of water supply pipe material and engineering situation of Renpin peninsula are introduced. Calculation formula of pipe unit cost are deduced and comparison and selection are made between ductile iron pipe(DIP) and steel pipe(SP) which are commonly used. It is concluded that under the condition of small diameter, compared to steel pipe and prestressed steel cylinder concrete pipe, ductile iron pipe has economic advantages. But as a long distance water supply project, water supply structure should adjust measures to local conditions and use a variety of types to ensure water pipeline to be both safe and economic.

ductile iron pipe; diversion project; comparing and selection of pipe; economic analysis

2016-01-06;

2016-02-15

丁辉(1982),男,本科,工程师,从事工程造价研究工作。

TU991.36

B

1008-0112(2016)03-0046-04