虹吸管在饮水安全工程中的应用

□程凌云（信阳市水利勘测设计院）

虹吸管在饮水安全工程中的应用

□程凌云（信阳市水利勘测设计院）

信阳市地处豫南，山地、丘陵、平原、洼地兼而有之，不仅饮水不安全类型较多，而且水源以及取水的形式也呈多样化。文章针对山区饮水工程水源点与用水户落差大的特点，经比选采用虹吸管从水源取水，并对水源选取、取水设计、虹吸管安装高度、施工过程控制等方面进行分析和探讨，确保工程发挥最大效益。

农村饮水安全；水源；取水；虹吸管；施工

两种方案比较见表1。

表1　取水工程设计方案比较表

通过比较分析，可知采用方案Ⅱ虽然可利用水量较少，但是满足水厂全年需水量，施工方便，周期短，工程投资小，关键是运行期费用低，工程交付当地管理后，与方案Ⅰ相比减少了运营成本，水厂盈利空间大，相应可增加工程运行维护资金的投入，有利于工程持续发挥效益。

4　虹吸管的最高安装高度及相应流量计算

虹吸管内最大真空压强一般出现在管道顶部第二个弯管断面处，以水库上游水位为基准面1-1，基准面至弯管中心线的高差为hs，对1-1断面及弯管b-b断面（如图1所示）列能量方程如下:

式中：pa—当地大气压强；γ—水的重度；V1—进口水流速度，与出口流速相比可近似取值为0；hs—基准面至弯管中心线的高差；pb—b-b断面处绝对压强；Vb—b-b断面处水流速度；Hw1-b—虹吸管进口至b—b断面管道水头损失系数之和。

由此可得虹吸管顶部安装高度hs和最大真空值（pa-pb）/γ之间的关系如下：

图1　取水口虹吸管设计图

式中字母含义同上。

从上式可以看出：①当大气压强一定时，顶部安装高度受b-b断面处绝对压强控制。②当顶部安装高度一定时，最大真空值随着流量的增加而增加，当最大真空值受限时，输水流量也相应受限制。③最大真空值随着水头损失增加而增加，当最大真空值受限制时，减少水头损失可相应可增加顶部安装高度。

同样对1-1断面及2-2断面（如图1）列能量方程可求解虹吸管的输水流量，公式如下：

由此可得：

选定输水管道长度l1-2和直径d后，确定局部水头损失系数，即可由公式④求出管道出口流速V2，进而推求虹吸管的输水流量Q；将计算所得Q值带入公式②，可推求最高安装高度hs，此时要注意在一定温度下pb不能小于汽化压强值。

表2　水在不同温度下的汽化压强值表

5　工程施工及质量控制

虹吸管的施工重点是做到整个管道的严密性，管材宜采用无缝钢管，尽量采用现场焊接，减少法兰使用量，焊接时需重点监督钢管下半圈的焊接质量，确保各种阀门无漏气，保持管道的真空度。管道安装完成后，需进行严密性试验，采用压力泵加压7kg/cm2，保压4h以上，注意观察压力表指针有否回落，同时观察所有管道，尤其是焊接处是否向外喷水，如有问题，及时补焊。试运行期间，应观察液气交换箱水位管的水位，水位低于1/2时，及时补充水量，防止管道中真空条件破坏。背水坡斜管出水口蝶阀安装位置标高尽量降低，以增加水头，出水口蝶阀中心点与水库虹吸最低水位水头宜保持2m以上。露天管道应设置管道伸缩节，避免因热胀冷缩造成管道损伤；同时需注意防腐、防冻措施，管道防腐除选用镀锌钢管外，管道外防腐还可采用刷油法或设置防腐层进行处理，管道防冻

可采用聚氨酯发泡及玻璃棉包裹处理，有条件可增设纤维布刷树脂防水处理。

6　结论与建议

该工程利用虹吸管取水，一方面在建设期间降低工程投资缩短施工工期；另一方面在运行期间管理方便，未出任何故障，节省了大量的运营开支，水厂效益明显高于其它类型水厂。

建议在农村饮水安全工程设计过程中，注重以下几点：①水源的选择必须要对当地水资源情况进行充分的调查和必要的勘探，从水质、水量、保证率以及开采难易程度等多方面比较分析。②由于农村供水用户规模偏小，如果出现水厂收入无法维持正常开支的情况，后期运行的服务质量就难以保证，供水安全就存在隐患；因此在取水工程设计中要加强对后期运营成本分析，不仅管护的难度。

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B

1673-8853（2016）08-0029-03用下水流通过虹吸管最高处流向下游。由于虹吸管内压强接近汽化压强时，液体将产生汽化，破坏水流的连续性，故虹吸管顶部的真空值不能达到最大真空值（即10m水柱），一般工程中虹吸管内允许最大真空值约为7～8m水柱。该方案设计可利用水位区间为221m至213m，相应区间可利用水量为31.20万m3，工程需配置虹吸管（φ160钢管）、镇墩、真空泵以及配套闸阀，施工方便，周期短，工程投资小，水库附近电源即可满足真空泵用电，无电时也可采用灌水法抽真空，且运行期间不产生电费。

2016-05-14

（责任编辑：刘长垠韦诗佳）

程凌云（1980-），男，工程师，主要从事灌区续建配套与节水改造、饮水安全、农田水利、水库除险加固、河道治理等工作。