有压引水管道经济流速的确定

吴 军

(望江县水利局，安徽 望江 246200)

在灌溉和城镇供水的蓄水枢纽中，有压引水管道直径的合理选择对工程投资的影响较大，其直径的选择取决于经济流速。而经济流速又是由工程实践中经济比较确定的。

1 卡扎蓄水枢纽设计概况与问题分析

我省水安建设集团有限公司在埃塞俄比亚承接了卡扎蓄水枢纽的建设任务。

卡扎蓄水枢纽最大库容3.23×108m3，最大坝高57m，坝长2.5km，水库最大水位790.75m，水库正常水位787.45 m，死水位763.07m，总投资4.44亿元人民币。其中城乡供水流量1.0 m3/s，采用长200m、直径0.4m铸铁管有压引水，在管道出口设置控制阀门，底板高程为763.07m。运行时上游最小淹没深度7.09m。灌溉流量28.41.0 m3/s。

按供水规模和压力管道的直径，管道的流速为V=7.96m/s,并存在沿程水头损失和进口、阀门等局部水头损失，计算如下：

流速水头：h1=V2/2g；

沿程水头损失：h2=(λl/d)h1

局部水头损失：h3= (ξ1+ξ2)h1

其中，λ为沿程阻力系数，0.008；l为管道长度，200m；d为管道直径，0.4m；ξ1、ξ2分别为管道进口及阀门处局部水头损失系数，0.2、0.06。运行时上游最小淹没深度为：

Σh= h1+ h2+ h3=3.23m+12m+0.84m=16.07m

通过计算发现2个问题：

一是原设计淹没深度7.09m计算错误，按原设计计算，满足供水要求水位为787.45 m～770.16m。实际淹没深度16.07m，满足供水要求水位为787.45m～779.14m，当兴利水位不变时，兴利库容不能满足设计兴利要求；当水位降落至779.14m以下运行时，供水流量将小于1.0 m3/s，水位为770.16m时，流量只有0.664m3/s，不能保证设计供水流量。如表1所列。

表1 管道流量与运行水位关系表

二是其供水管道的直径较小，流速太大。管道的流速水头及水头损失很大，抬高了满足供水要求的水库最低运行水位，从而抬高了兴利水位和坝顶高程。这就增大了项目的工程总投资。

确定经济流速，从而选择合理的管道直径，使整个枢纽工程投资最经济，是问题的重点。

2 供水管道直径的调整与投资比较

现按0.1m增加管道直径，分别计算水头损失、兴利水位，并重新估算项目总投资.如表2所列：

表2 管道直径与项目投资关系估算表(流量均为1.0m3/s)

注：①兴利水位的变化同时考虑了28.4m3/s的灌溉用水；②投资估算考虑了坝体投资、淹没损失及管道和溢洪道投资的变化。

由有压管道直径与项目投资关系估算表可见，流速从8.0 m/s降低到5.0 m/s，项目估算投资下降较大；流速从5.0 m/s降低到3.5 m/s时，项目估算投资下降趋势显著减小；流速在3.5m/s～2.6 m/s时，项目估算投资没有明显变化；流速从2.6 m/s降低到2.0 m/s时，项目估算投资反而有所增加。

3 有压引水管道经济直径的确定

从卡扎蓄水枢纽的案例可见，有压引水管道的经济流速在2.5m/s～3.5m/s之间，但每个蓄水枢纽的规模，设计供水流量、供水量对兴利库容的占比等都有所不同，不一定具有普遍的代表性；用同样的方法对我省广德县小(一)型阳山水库进行经济比较，得出的经济流速在2.7m/s～3.9m/s之间。

考虑到不同蓄水枢纽的特点和管道直径取值的局限性，经济流速的取值范围可适当扩展。根据以上计算及分析，灌溉兼有供水的蓄水枢纽有压引水管道经济流速在2.5m/s～4.0m/s之间。

4 结束语

我国对水电站的供水管道的经济流速有广泛的研究，如压力钢管的经济流速在4.0m/s～6.0m/s之间，但其主要考虑管道建设投资与发电出力之间的关系。对灌溉和供水管道经济流速的研究甚少，希望本文对灌溉和供水流量相对较大的蓄水枢纽的设计能提供参考或借鉴。