长距离输水管道工程经济管径的确定

摘要探讨不同阶段管径的确定方法实例，比较不同管径的确定方法，得出采用动态法确定经济管径的一致性结 论，对长距离加压输水管道工程设计具有一定的参考价值。关键词输水管道工程;设计；经济管径

长距离输水管道工程经济管径的确定

□邱丁初

在输水管道工程尤其是长距离输 水管道工程建设中，管材投资占工程总 2.1静态法

投资的比重较大，输水管材选定后，管 输水工程管径大小的确定主要与 径大小的选择直接影响工程投资和年 流速有关，若根据工程经验首先确定经

运行费用，确定经济合理的管径方案， 济流速，即可求出经济管径，公式为：

对节省工程投资、方便运行管理意义重 大。

式中：D—经济管径(m);

1.管径与工程费用的关系

q—设计流量(m3/s)曰 v—流速(m/s)。

当输水管道工程设计流量确定后，

该方法一般在项目初期初拟管道 管径大小的选择主要与流速有关，管径 管径时采用，由于经济流速选择带有一

大小与流速的平方根成反比。设计流速 定的主观性，设计人员往往考虑采用流 越小，所需管径越大，管道工程投资相 速范围偏小值，并选用计算管径向上侧 应增加，但由于流速减小，输水过程中 规格管径，便于初期控制工程投资，同 的水头损失减少，栗站扬程可以降低， 时从公式参数可以看出，静态法用单一 输水电费降低，减少了运行管理费用。 流速进行控制，不能综合考虑具体工程 反之，设计流速增加，所需管径越小，管 项目在管材价格、施工条件、征地拆迁、 道工程投资减少，但流速增加，输水过 水头损失、电费单价等方面因素对管径 程中的水头损失增加，栗站扬程增加， 确定的影响。

输水电费增加，运行管理费用亦随之增 2.2动态法

加。管道工程投资随着管径增加而增 动态法通过考虑工程投资和年运 加，运行费用随着管径减小而增加，工 行费用的时间价值，折算后采用统一时 程设计中，一般通过对一系列管径进行 间尺度，对不同管径对应的工程投资或 分析，将满足管材规格要求、工程投资 运行费用进行比较分析。根据对工程投 年折算费用与年运行费用（年费用)之 资和年运行费用的不同处理方式，可分 和最小的一组管径作为经济管径。管径 为年值法和净现值法两种计算方法。

与工程费用的关系见图1。

年值法:年值法是考虑工程投资的 时间价值，将工程投资等值折算到工程 2.经济管径的确定方法

运行年值后，再与工程年运行费相加进 行比较的方法。

A =1.4QHS+[(1+i)Ni/((1+i)N-1)]C

式中：

A—单位长度管道年成本(元/m-a);

Q—管线设计流量(m3/s);

H—单位长度管线水头损失(m/m);S—电费单价(元/kW‘h);

丨一投资收益率(一般取6%耀8%);

N一计算年限(可取30a或50a);C 一单位长度综合投资(元/m )。

收稿日期:2017-02-06

作者简介:邱丁初，男，汉族，河北省水利水电第二勘测设计研究院，高级工程师

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净现值法:净现值法是考虑年运行 费的时间价值，将工程年运行费用换算

为现值，再与工程投资现值相加进行比 较的方法。

W=C+[((1+i)N-1)/(1+i)Ni]A

式中：

W—费用总值(兀）；C 一管道工程建设总投资(元）；

A—年运行费(元）；

其余指标同前。

目前，工程设计中采用年值法较 多，该方法能较好地反映电费变动。

3.工程实例

某长距离输水管道工程全长 43km，由3段输水线路组成，其中输水 干线16.1km，工程设计输水流量1.15

m3/s，经综合比较分析，确定选用球墨

铸铁管作为输水管材、单管输水方案。 根据工程总体布置方案，工程输水须采 用栗站加压方式，在干线首端设加压栗 站1座。

3.1静态法初选管径

在可研阶段，采用静态法初步确定 经济管径，考虑到管道流速须满足不冲 不淤要求，取经济流速为0.8耀1.2m/s， 经计算分析，当取管径为1.2m时，管道 流速1.02m/s，处于经济流速范围，初选 管径为 1.2m。 静态法管径计算过程见 表1。

3.2动态法管径确定

在初设阶段，采用动态法对输水干 线管径方案进行深人比选分析，无论是 采用年值法还是净现值法，均需要对不 同管径的管道工程投资进行计算，工程 投资考虑管材造价、土方开挖、土方回 填、征迁投资、管线附属建筑物建设及 栗站工程投资等，工程运行费主要考虑 电费、管理费、大修费等，投资计算单价

引黄入冀

一是在输水管道工程设计流量及 管材已经确定的条件下，管径选择对管 道工程投资同样影响较大，管道工程投 资随管径增加而增加，运行费用随管径 减小而增加。二是经济管径的确定对应 相应经济流速，管道流速除考虑满足管 道不冲不淤要求外，还应注意采用标准 规格管径，避免采用异形管径影响工程 招标及施工。三是在项目设计初期可采

指标应结合工程区的特点合理确定，这

一实例工程分别采用净现值法和年值 法进行比较分析。详见表2尧表3。

由表2尧表3可见，管径为DN1200 时，无论是净现值法还是年值法，年值 及净现值均为最低，该管径具有投资优

表2

管径(mm)

800100012001400

管线土建(元/m)1990229432244081

土建投资(万元）3202369151886567

4.结语

表1

管道流量(m3/s)

1.151.151.151.151.15

静态法初选管道直径计算表

初选直径(m)

0.811.21.41.6

管道流速(m/s)

2.291.461.020.750.57

势，且由两种方法确定的经济管径具有 一致性，其费用趋势与图1所示基本一

致，确定输水干线采用管径为DN1200。

用静态法初拟管径，后期则应根据年费 用值或年净现值最小原则合理确定经 济管径，从这一工程实例可以看出，采

用年现值法和净现值法确定的经济管 径具有一致性，但从设计经验方面考 虑，年现值法较为常用。口

净现值法管道直径计算表

扬程(m)13137146

管线年成本(元/nva)179200275344

泵站年运行费(元/m-a)7682198336

年值投资(元/m-a)947420357380

表3

管径(mm)

800100012001400

管线土建( 元 /m)1990229432244081

土建投资(万元）3202369151886567

年值法管道直径计算表

扬程( m)13137146

泵站年运行费(元/nva)7682198336

运行费净现值

(万元）939326821014446

净现值(万元）12595637462027013

(接第17页）力作用形成的宏观裂隙。

二是按照以上4要素估测基质的 自由膨胀率。将潮湿土块沿宏观裂隙面 垂直方向掰断，显示新鲜清晰的断口， 仔细观测土的颜色、皂脂程度、裂隙、粘 胶粒含量。强膨胀土——油腻感强、蜡 脂感强、土体分布有大小不等的细密细 观裂隙、各向杂布、土体表面及内部均 富存裂面且光亮、土质细腻、粘胶粒一 般>50%可低至35%、不发育长大细观 裂隙、灰绿色为主、棕黄少量，自由膨胀 率逸90曰中等膨胀土——油腻感、蜡脂 中等一强、细观裂隙面丰富又光亮、各 向杂布、可见细观长大裂隙、土质细腻、 粘胶粒>35%可低至20%、灰绿或棕黄 色，65臆自由膨胀率<90;弱膨胀

土——有蜡脂感，无油腻感、土体散布

有细观裂隙、裂面有光泽、有长大细观 裂隙、粘胶粒>15%可低至10% 、灰绿 棕黄紫红色均有，40臆自由膨胀率 <65;无膨胀性土要一稍显皂脂感、无 细观裂隙、只有裂面粗糙暗淡的长大细 观裂隙，棕黄色居多，30<自由膨胀率 <40; —般黄土 一一无皂脂、无细观裂 隙、或有裂面粗糙暗淡的竖向宏观裂 隙，自由膨胀率<30。

三是进行加权累计。对由不同基质 或由不同颗粒组成的膨胀土，应分别判 定其自由膨胀率值，然后按各自权重值 进行累计，最终计算出该膨胀土的整体 自由膨胀率值。

3.结语

该估测法是根据多年野外实践、试

验经验及潜心研究所做的总结，适用于 广大工程技术人员学习和把握，已应用 于南水北调中线一期工程邯邢渠段膨 胀土施工中，取得了良好效果。此外，膨胀土自由膨胀率的大小还 与矿物成分、液限、含水率等多种因素 有关，对膨胀土膨胀性的判定还须有一 个从微观到宏观、从点到面、从局部到 全部的反复印证过程，避免以点盖面、 以偏概全现象。因此，在具体工程实践 中，应综合考虑各种因素，使估测方法 更科学、更完善，使判断成果更客观、更 准确。口

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