北方地区低压输水管道淤积的原因及防范措施

杨文君

（石羊河流域综合治理凉州区工程建设管理局，甘肃 武威 733000）

低压管道输水灌溉是目前我国应用比较广泛的一种节水灌溉工程技术，利用机泵加压或地面落差形成的自然压力将灌溉水通过低压管网输配到农田进行灌溉，具有节水、省地、省工和田间灌水速度快、灌水周期短、按需供水的优势，对促进作物高产、稳产和发展高效节水灌溉农业具有重要意义[1]。此外，低压输水管道具有适应性广泛、维修养护便捷、管理费用和灌水成本低的优势，能提高水资源利用率、减少水资源输送过程中的损耗，是适宜北方地区灌区推广的节水灌溉工程之一。但受北方地区井水灌区水中含沙量高和山水灌区水中泥沙含量高等因素的影响，低压输水管道在使用过程中泥沙等异物淤积的现象时有发生，在造成建设资源大量浪费的同时，严重影响设施设备的使用效率和便捷化程度。

1 北方地区低压输水管道淤积的原因

低压输水管道属于农田灌溉渠系建设中的地下隐蔽工程，工作承压要求高、连续使用时间长、故障发现难度大、维修维护不便。日常管护不当易发生泥沙淤积，轻则造成水源压力泵阻力增大、动力消耗增加、运行成本增高，重则导致潜水泵烧毁、管道爆破，进而使低压输水管道全部报废[2]。导致管道淤积的原因如下。

1.1 规划设计不当

规划设计是保证低压输水管道顺利投入运行的前提，项目设计过程中对地形掌握不够及流速、坡度控制不当，致使在水流泥沙含量大的情况下，管道低洼区出现积沙，随着运行时间的增加造成管道淤积。项目实施区水源洁净程度分析评估缺失，在含沙量或泥沙混入较多的供水区域未设置积沙清流装置，导致水流夹杂大量泥沙进入低压管道造成淤积。

1.2 管道材质不达标

项目建设单位对管道质量把控不严，购进的管道存在管径不一致、内壁光滑度不够、管道材质强度不够等问题。管道验收时验收人员仅对管道两头进行管径测量，忽视了中间部分管径的变化。安装使用后，水流通过管径小的部分时阻力增大，夹杂的泥沙在管径大的部分沉积，引起管道淤积。管道承压强度不够，投入使用后受水压变化的影响出现变形，水流中夹杂的泥沙在通过变形区域时淤积。

1.3 弯道布局过多

在管道布局上对地势和水流流向的分析研判不够，设计弯道过多、管道平直度维持不够，运行过程中水流通过弯道部分时阻力增加，导致泥沙在弯道部分淤积，引起管道堵塞。管道安装过程中未避开周边的高大树木或未对影响施工的树木进行移栽，使用后期树木的根系缠绕挤压输水管道，使得管道变形，导致水流受阻，泥沙量大时易引起管道阻塞。尤其是在管道出现开裂，渗漏未被及时发现处理时，周边树木的毛根、气根等不定根沿水流渗迹侵入管道内部，在管道内生长造成管道淤积阻塞[3]。

1.4 出水口设置较低

管道出水口离地面过低，下游开启管道阀门灌溉时，上游管道出水口的压力骤降，耕地中的积水混合着泥沙倒灌入管道内部，造成管道内积沙，在灌水量大、夹杂泥沙多的情况下造成管道阻塞。后期使用过程中水流压力较低时，不能将管道内的积沙通过出水口冲出。加之出水口橡胶垫圈移位、杂物进入出水口或人为破坏出水口等导致出水口阀门启闭不严，运行过程中夹杂有泥沙等杂物的灌溉积水通过较低的出水口向主管道内倒灌，残留泥沙进入管道，造成管道淤积。

1.5 施工不细致

施工方对低压管道施工的重视程度不够，管道对插式施工过程中管道连接不紧密，安装后管道两侧受力导致连接处产生缝隙，泥沙在缝隙处淤积引起堵塞。热熔式管道安装过程中，热熔时间掌握不当，熔断段在管道内部淤积形成熔结，管道运行过程中水流中夹杂的泥沙在管道缝隙和熔结处淤积，引起管道阻塞。管道安装完成试水试压过程中，未对出水口进行保护或预安装堵头，导致管道上方开挖的土方进入管道，若不及时清理，投入运行后易造成管道淤积。

1.6 管理管护粗放

低压输水管道运行过程中管理管护不到位，主要表现为灌期结束后未及时将管道内的积水排出，致使管道中滞留的泥沙淤积阻塞。冬灌结束后未及时排出管道内存留的积水，造成冻土层以上部分的管道冻裂，后期使用过程中周边泥沙进入管道引起淤积。使用过程中在未关闭上游阀门的情况下，突然开启下游阀门，造成上游出水口突然泄压，如遇出水口过低或周边土壤在出水口淤积，泥沙易进入管道造成淤积。

1.7 淤积物种类多样

低压输水管道内的淤积物是造成管道淤积的主要因素，在淤积物影响的前提下，输水泵动力下降、水流变缓等致使以泥沙为主的淤积物在低压输水管道内大量淤积，造成管道阻塞。淤积物的主要成分为泥土、沙粒、草屑、树木毛根等形成的混合物，同时伴有管道内滋生的苔藓、水藻和管壁沉积的污垢。各种沉积物相互影响、黏合蓄积成具有一定阻力的复合物，同时管道内含水量丰富的环境促使管道淤积物大量生长繁殖，破坏了管道接口处的胶体、法兰圈、阻水圈等设施，引起管道渗漏。

2 防范北方地区低压输水管道淤积的措施

低压管道使用过程中对管道淤积的防范不到位，轻则引起水流速度下降、动力能耗增加、使用成本上升，重则造成水泵烧毁、管道报废。为此，要科学采取防范措施，从根本上提高设备使用效率，最大限度地发挥低压管道在农业生产中的作用。

2.1 突出项目设计

低压管道项目设计过程中要综合考虑管道布局、出水口设计、动力配套等，强化项目设计环节泥沙淤积影响因素的分析评价。管道布局要在遵循项目区优势特点的基础上减少弯道设计，最大限度地保证输水管道的平直性。含沙量较低的项目区，在出水口设置积沙池，将水中夹杂的泥沙沉积后再进入输水管道；水质浑浊、泥沙含量较高的项目区，在水源出水口安装两道螺旋式波纹管，波纹管底部设置积沙池，通过水泵将水流中的泥沙等较大颗粒物回旋沉积在波纹管底部的积沙池，水流从第二道波纹管上端流出后接水泵输送到低压管道，可防止泥沙随水进入输水管道造成淤积。同时，要定期清理波纹管沉积池内沉积的泥沙。严格出水口设计标准，防止出水口过低造成管道淤积[4]。

2.2 严控管材材质

在确保输水管道管径均一性、管壁厚度一致性、内部光滑的基础上，重点考虑管道的抗压力，防止管道两头一致、中间不一致影响承压能力。优先选用国内知名品牌厂家的产品，并增选施工安装服务，防止管道材质差异、制作工艺特殊、施工要求不一致等造成施工安装不当，影响后期使用、维护。要求厂家配套延长质保期限、严格施工操作流程，完善因材质、安装、运输等问题造成后期返工的追责条款，在工程材料款结算时扣除工程质量保证金，防止发生质量问题时出现逃避责任、无人维护的现象[5]。

2.3 强化施工操作

施工操作是保证低压管道工程质量的重要支撑，管道施工过程中要垫平底层、清理周边硬物、移栽影响施工的树木，防止相互挤压造成管道损伤。管道开挖过程中要避开较大的树木，防止树根挤压造成管道变形或管道运行后期树木毛根、气根进入管道。严格管道安装操作，对插式管道连接时将两端平直垫起，防止两端翘起、留下缝隙；热熔式对接操作过程中要掌握好热熔时间，防止热熔过度造成管道内部出现热熔结。管道开挖完成后进行施工操作的过程中，要加强对已开挖管道的保护，强化回填过程中的监督监管，及时清理回填土中夹杂的石块等坚硬异物，防止其进入回填沟，为管道淤积埋下隐患。管道回填过程中采取自然沉降的方式，防止机械碾压造成管道损坏。

2.4 增设排沙设施

强化出水末端设计管理，在低压输水管道的出水末端设计排沙口和排沙井，及时排出管道内沉积的泥沙等异物。排沙口和排沙井设计要严格按照管道走向、水流流速和最低端的设计布置，设置排沙口、排沙井、排水阀。排沙井建设完成后进行砂浆抹面，防止渗漏。每一个灌水轮次结束后，打开排水阀将管道内淤积的泥沙等异物排到排沙井的积沙池中，防止泥沙沉积引起管道堵塞。高度重视排沙井中积沙池的管理管护，在积沙池的水淤积到一定容量后用水泵将积沙池中的水抽出，池内的泥沙用铁锹清理，杜绝泥沙和水积累过多。强化排沙井越冬管护，在最后一轮灌水结束后清空积沙池中的积水和泥沙，覆盖保温草帘等，防止低温条件下积沙池和出水末端口冻裂。

2.5 完善机井配置

传统的输水泵站配置动力不足、扬程不够，输水过程中水流冲击力降低，水中残留的泥沙、杂质等异物不能随水流冲击排出管道外。在长期欠压输水的情况下，管道内的泥沙等异物在弯道、低洼等处淤积，造成管道淤积。因此，要完善低压输水管道的水泵配置，在满足管道承压能力的前提下，突出输水泵站的动力配置，在提高输水效率的同时，降低因水压偏低造成的管道泥沙淤积。结合水质检测，掌握水源中的泥沙含量，对于含沙量较大的水源区域，加大水泵的检查维修频次，及时发现更换因泥沙冲刷损坏的叶轮、轴套等零部件，保证充足的输水动力需求。

2.6 加强管护

实际使用过程中要着重从管道淤积物排出、防止泥沙进入管道2个方面强化管理管护。灌水过程中下游出水阀开启一半后，上游出水阀随之关闭，防止下游阀门开启过大、管道泄压过急造成灌水过程中冲起的泥沙进入管道。每一个灌水轮次结束后，及时开启排沙井排出管道中的泥沙，防止积存泥沙过多造成管道阻塞。管道运行一段时间后，关闭所有出水口，开启管道末端排沙口，利用水流的冲击力将管道中的泥沙清理干净[6]。