摘要：在基巖山區復雜地形地質條件下，怎樣能使自流輸水管道設計施工科學經濟合理，做到投資少效果好，這是工程技術人員在設計施工中應解決的問題。只要抓住自流輸水管道的水氣流原理，采取適當的工程措施，使水壓傳遞連續，問題就容易解決。
　　關鍵詞：復雜地形，水氣對流，水壓連續，工程措施。
　　在地形復雜地區，水利工程建設難度很大，特別是引水管道工程建設更是如此，在人飲解困和飲水安全工程建設中，如何將遠處水源引到村上供安裝自來水之用，即在地形地質條件復雜下，自流式輸水管道怎樣施工，如何使此類工程費用低，減少工程量和施工難度，我們做了大量的工作，認真地分析研究復雜地形地質特點和自流式輸水管道的水氣流機理，在工程設計和施工中根據機理采用適當的工程技術措施，實現了工程量最小投資最少。
　　一、基巖山區地形地質特點和管道自流輸水的兩種形式
　　基巖山區地形條件復雜，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、基巖出露、松散物堆積不可能一致，因此在管線和地形地質之間，尋找投資少工程量小的最佳組合，是山區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動，從而使水由高處輸到低處。有兩種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。根椐地形地質和自流輸水的特點，通過幾年來工作實踐，我們研究總結出，什么樣的地形地質條件采用什么樣的輸水形式科學經濟合理，對于地形較緩、山凹拐彎不深（繞遠距離短）、松散堆積物分布較均勻地方采用單向傾斜式；對于地形較陡、基巖出露松散堆積物分部不均、或山凹大繞彎距離長、或需要越過山谷采用倒虹吸式。這樣做：一能達到開挖以土方為主、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，材料費最少。
　　二、自流輸水管道從輸水開始到輸水正常時的水氣流原理
　　自流輸水管道從開始送水到輸水正常，這個過程是管道中的氣體逐漸被排出，水逐漸占據整個管道的過程，如果管道中的氣體能被及時排出，使水壓傳遞連續水流通暢，這說明管線設計合理，施工完美。單斜式自流式輸水管道在水開始流進管道時，在管道的上段水先占據管道的下方，然后逐漸向上壓縮空氣，空氣受壓就會向上方壓力小的地方流動最終流出管外。管道進水口位于高處，管內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的水氣流原理是水氣對流。對于倒虹吸式管道，開始輸水時，水流要迅速到達虹吸管底部，然后隨著管內水面上升，管內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水口這段管道的水氣流亦為水氣對流。我們知道了水氣對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態，就有辦法采取技術措施使輸水管道輸水順暢。
　　三、復雜地形地質條件下自流輸水管道設計施工技術措施
　　1、單向傾斜式自流式輸水管道設計施工技術措施
　　適合單向傾斜式自流輸水管道地形地質條件，是從地形上看水源和利用水點存在上下游關系，水源高，用水點低，管道不需繞行（或繞行長度不大），管道從上到下單向傾斜鋪設管道最短。但基巖起伏和松散堆積物地方，和理想設計管道線路不一致，對于此類地形地質條件下，我們應根據測量結果和地形地質條件采取以下措施。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的水氣對流原理把管道坡度非均勻化，呈上陡下緩狀態，且越接近進水口坡度越大，使之整體水力坡度和理想設計水力坡度一致。此法適用于管道較短且地形地質簡單的情況。第二，如果管道較長必須把整條管道按照地形地質條件分成數段（可以長度不等），以使適合復雜的地形地質條件，每段的水力坡度呈上陡下緩狀態，且每段的整體水力坡度和設計水力坡度相同，在每段的上下端設置通氣孔，使水氣通暢，水流暢通。為什么要上陡下緩呢？因為在開始送水時，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，保證水氣對流通暢，水壓傳遞連續。否則水氣對流不暢，水壓傳遞不連續，有效水力坡度不能形成，設計水流量不能達到。以上做法得了以下效果，一是在有限的高差內取得了最大的水力坡度，管道直徑選擇能取最小值，而且管長最短，管材費用最少。二是土石方開挖量最小，幾乎沒有石方開挖，省工省時，勞務投入最少。達到了工程建設科學合理，投資最少效益最大的目的。
　　2、倒虹吸式自流輸水管道設計施工技術措施
　　在復雜地形地質的地區，虹管設計施工要依據管道的水氣流原理和現場的地形地質條件，如地形起伏和基巖起伏情況來研究解決。在基巖山區常出現這樣的情況，即地形的起伏和似建虹管的起伏不一致�；鶐r起伏和堆積物形成的地形起伏和虹管工程要求起伏統一起來就更難。地形的起伏有時在某段和虹管要求的起伏相反。對于這樣的虹管設計施工必須堅持三原則，第一，工程施工工程量要少，投資費用低（管道細而短、土方開挖量易而少）；第二保證設計水流通暢，水力坡度最大；第三要搞好管道防凍和保護，這三點缺一不可。忽視任何一點，虹管建設就是不成功的，不適宜的。根據這幾點要求和虹管開始送水時水氣對流原理，采用如下措施，使虹管設計院施工經濟合理，工程量少，工程費用低。一是虹管出水口標高以上的管道坡度最小，為虹管設計水力坡度的4倍以上，且愈向虹管進水口處傾斜程度愈大，保證水氣通暢，水壓傳遞連續；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逆轉。以此為原則結合冬季最大凍深，測量推算出各點管道基槽的挖掘深度。
　　四、工程實例
　　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，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。經勘察測量，根據出水量現配套水泵（80米3/時，揚程150米）和地形條件測量結果以最小的水位差和最短的管長，工程投資少，運行成本低為原則，以600米6時塑料管，6米水位差，過水量80米3/時，采用自流引水管，單斜式引水方式，根據地形條件（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置通氣孔，使水氣流暢。施工完畢后試水一次成功。實現了工程投資少，運行成本低，深受群眾的歡迎。
　　2、B引水工程
　　在某地區上游2.5公里的地方有深井1眼，為把井水引回村內，供村民飲用，我們到該村進行實地勘測，現場勘測發現，該地地形復雜，溝壑縱橫，怎樣利用現有抽水設施把抽出的井水，不用加壓自流到村上，供村民使用，我們做了認真的研究，如果采用單斜式，管道繞行距離太遠，管線太長、太粗，工程造價太高不行。把水引到村下，還需一套揚水設備把水提到村上，運行費用高，也不行。因此決定采用倒虹吸管形式，盡量使管線短，管道細，降低工程投資和工程量，根據地形特點把引管分為兩條虹吸管，上游虹吸管工程地形簡單，虹管好鋪設。第二段處地形復雜，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。我們按照復雜地形地質條件下的虹管施工設計技術措施，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計整體坡度的二倍以上；其余部分按虹管底部向兩邊抬高，只要不出現忽高忽低的原則，進行設計施工，工程施工完畢后，水流通暢。通水量20米3/時，4時塑料管，設計管道整體坡度為百分之一。
　　綜上所述，在復雜地形地質條件下，自流式輸水管道的設計施工，必須遵循上述“水氣對流”和“水壓傳遞連續”這些關鍵的技術問題的處理方法，就能使此類工程建設技術經濟合理，工程造價最低，投資最少。
　　參考文獻：
　　[1]農村水利司．管道輸水工程技術．北京：水利水電出版社.2002.
　　[2]依學農．管道工程優化設計．北京：水利水電出版社.2006.