長江南水北調(自海底敷設管道)自壓輸水方案兩套的製作方法

2023-05-24 22:59:31 3

專利名稱：長江南水北調(自海底敷設管道)自壓輸水方案兩套的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種輸水方案，特別是一種自長江江底、東海海底敷設水下倒虹吸管道自壓向京津塘、膠東半島、遼東半島等北方缺水城市輸水新方案(一)。
目前，我國正在計劃實施的長江南水北調東線調水工程方案，是在陸地上開溝挖渠，埋設地下輸水管道，沿線挖隧洞、架橋涵、沿途需要13級(據報載數據)提水才能到達京津地區。因此本方案不僅每時每刻需要耗費巨大的能源，增加水費成本，而且還要佔用沿線大量的寶貴土地資源，工程耗資巨大，建設周期長，得不償失。
本發明的目的就是要提供一種不耗能，不佔土地，不需要開挖回填，利用水位差，在長江江底和東海海底敷設水下倒虹吸管道，將長江水利用水頭壓力自動輸送到北方京津塘、膠東半島和遼東半島等地區缺水城市海邊，節省工程投資，降低城市水費價格。
本發明的目的是這樣實現的一種自長江與海底水下敷設管道的南水北調自壓輸水方案，其特徵在於選擇揚子江畔某地修建一座高位進水池(1)，使進水池(1)的進水口高程(即該點的長江歷史平均最低水位)大於北方某城市(如天津)海邊海拔高程5-10米；在北方某城市(如天津)海邊建一低位出水池(2)，使出水口高程≤0(海拔)；在長江、東海水下敷設一組大口徑(其輸水能力大於某城市的日平均高峰用水量)的塑料壓力管道(3)，將高位進水池(1)與低位出水池(2)相連接，形成一個封閉式的水下百萬米(上海至天津海上距離1378km，上海至大連為1022km，上海至煙臺為961km，上海至青島為756km)倒吸虹，利用兩池之間的水位差，將長江水自壓輸送到千裡以外的北方缺水城市海邊出水池，然後調入城區。
本發明的一個最佳實施方案是在揚子江畔選擇一高水位，即在大於海拔高程5米或10米的江邊修建一座高位進水池(1)；在北方某市(如大連)海邊建一低位出水池(2)，使其出水口高程≤0(海拔)，然後將一組大口徑塑料壓力管道(3)在輪船的甲板上進行安裝、試壓合格後，再分段、逐條、有序吊裝沉入江底或海底。在每節管道(長度≥20米)的底部等距配置數個適當的橡膠袋(14)，袋內充滿泥沙作為管道的配重體和支墊，確保塑料管在水下不漂浮、不滾動，增強管道的穩定性。為防止管道發生意外斷裂漏水，在每間距100米管道上安裝一個逆止閥(4)，防止前方管內大量淡水回流或海水入侵。為了能夠及時發現水下管道斷裂準確位置，還要在每節管道外層附加一層充滿空氣的橡膠袋(5)包裹，在橡膠袋(5)上連接一根塑料管與海面上球形的橡膠袋浮標(6)相連通，當某節管道破裂漏水後，在水壓力的作用下，將管道外層包裹的橡膠袋內空氣膨脹，並將袋(5)內的空氣壓到海面浮標膠袋(6)內，使浮標膨脹增大，當發現水面某橡膠袋發生膨脹、破裂、冒氣泡時，便知該節水下管道破裂，需進行更換檢修。為了便於檢修更換管道，在管道上每隔200米設一塑料截止閥(7)，一旦某節管道出現斷裂漏水時，其前方逆止閥(4)自動關閉，截住前方管內淡水回流；此時將漏水管段的後方截止閥(7)吊出水面關閉；撤下斷裂漏水管後，再將兩端管內的淡鹹混合水排淨，更換新管，兩端連接，再打開截止閥(7)重新吊裝管道沉入水下原位。為了防止年長日久管道內泥沙沉積堵塞管道，在管道上每間隔1000米安裝一個垂直向下的泥沙沉積彎管(8)，彎管底部安裝一個異徑三通(9)，在異徑三通(9)的出口上連接一同徑的軟橡膠排汙管(10)，軟橡膠管(10)出口用尼龍繩扎死，沉入三通(9)的原地。為了便於查找，在軟管的出口一端用尼龍繩連接一個半園環式的浮標(12)；當需排除彎管內的淤泥時，依據浮標(12)的指示，將軟橡膠管(10)提出水面，打開出口後，此時在管道水頭壓力作用下，連泥帶水噴出管外，若出口流量太小，可將軟橡膠管出口再伸入水下一定的深度，使其壓力增大，此時可將彎管內的汙泥濁水快速排進海洋中。但要定時將排汙管(10)提出水面觀察排汙情況，當出口水質變清時，說明彎管內的存積淤泥已經排完，可重新將軟橡膠管管口扎死拋置原地。
為了防止管道在安裝敷設、檢修過程中吊上吊下，管道受力不均發生斷裂；需在每一節管道最外層套一層尼龍繩網(13)，以便在吊裝過程中使管道受力均勻，避免管道斷裂。
本發明與陸地調水方案技術相比具有如下優點由於採用水下敷設管道，依靠水壓力自動輸水方案，因而可節省調水能源，降低水費價格；節省沿線永久性佔用土地資源，節省陸上方案沿線開挖、回填以及修建大量的橋、涵、閘、洞、槽等項目的浩大工程投資；由於採用水下輸水方案還可避免人為損壞，避免外來水源入侵汙染。因此，採用水下自壓輸水方案具有不耗能、投資小、成本低、不佔地，易於安裝，建設周期短，見效快等多項優點。尤其本輸水方案所需用的大量聚氯乙烯塑料(無毒)壓力給水管道，國內許多廠家均可生產，貨源供應充足。
方案(一)附圖及圖面說明

圖1 為海底倒虹吸管道敷設工程示意圖1、高位水池；2、低位水池；3、塑料壓力管道圖2 為海底敷設壓力管道工藝示意圖4、帶逆止閥管；5、管外充氣橡膠袋；6、塑料連通管及球形橡膠浮標；7、帶截止閥塑料管；8、泥沙沉積彎管；9、異徑三通；10、軟橡膠排汙管；11、園環式截止閥浮標；12、半園環形彎管浮標(本浮標代表水下彎管、異徑三通、軟橡膠排汙管，一標三用)；13、管道外層尼龍繩網；14、泥沙橡膠袋配重體；15、塑料連通管與菱形浮標。
圖3 為方案(二)海底敷設承插式壓力水龍膠管設計圖16、內層輸水管道；17、外部上層充氣層；18、外部下層配重體；19剛性塑料承口；20、剛性塑料插口；21、充氣孔；22、球浮標；23、充填泥沙進口。
實施例管道安裝時，可在輪船甲板上進行安裝試壓；待試壓合格後即分段吊裝逐漸沉入水下。本方案所用的塑料管道的一個主要特徵是，每節管道均有一端帶有橡皮止水膠圈的承口，而另一端為光滑的插口；安裝時先將橡皮止水膠圈套在插口一端，然後與承口對接；運用一種塑料管道安裝專用的拉力器(圖略)，即可很省力地將兩節管道接牢；反之，兩節管道拆除時，利用這種拉力器也可十分容易地將兩節管道拉開。因此，本方案的主體工程管道安裝十分快捷。當然，在安裝敷設管道前，還應依據海洋地形圖，預先選擇好海上最佳管路敷設方案，做到有的放矢進行安裝敷設。
本發明的另一方案(二)是水下敷設壓力管道採用大口徑壓力水龍膠管(參見圖3)；其特徵是分內外兩層，內層(16)為輸水管道，外層上部(17)為充氣層，以便檢查管內漏水情況；外層下部為填充泥沙配重體(18)，管道的進口(19)為帶有橡皮止水膠圈的剛性的塑料承口，出口(20)為剛性的光滑的塑料插口，水龍膠管內外兩層均與兩端承插口塑料管膠結為一體；在上部充氣層(17)的一端留有一充氣孔(21)，在充氣層的中心部位連接一柔性塑料管與水上球形浮標(22)相貫通，以觀察管道有無漏水情況；在水龍膠管的底部泥沙配重體(23)的一端留有一充填泥沙的進口，當泥沙充填滿袋後用尼龍繩將口扎死。此外，方案二採用壓力水龍膠管仍然需要每間隔100米設一個塑料逆止閥(4)；每間隔200米設塑料截止閥(7)；每間隔1000米設一塑料異徑三通(9)作為積汙、排汙管；其出口依然要連接一軟橡膠排汙管(10)；只是因為水龍膠管是柔性的，可省略去存汙彎管(8)，由於壓力水龍膠管是柔性的，故而可順著海底凹凸不平的地勢而起伏，每遇有凹地處在最低點即加設一個排汙異徑三通(9)與軟橡膠排汙管(10)。由於採用壓力水龍膠管具有柔性，故而它具有可盤卷運輸和重量輕、體積小、更加易於安裝敷設等優點。採用壓力水龍膠管在安裝過程中依然需用專用拉力器，如果建好長江岸邊高位進水池(1)和渤海岸低位出水池(2)的前提下，可在半年內甚至三個月內即可安裝敷設完一千公裡的水下管道，讓北方城市居民及早吃上長江水。採用方案(二)的壓力水龍膠管的另一優越性是，國內眾多的消防器材廠家均可大量生產，滿足工程需要。因此，若採用方案二相比之下，工程上馬後可使速度更快，工期更短，投資更省，可謂是長江南水北調東線工程的一個既快，又好且省的最佳實施方案。
兩個方案相比方案(一)比較牢固、經久耐用，但安裝、敷設、檢修中比較麻煩；方案(二)在安裝敷設過程中容易被利器刺破和鯊魚咬碎，但比較經濟，且易於安裝敷設和檢修。
權利要求
1.一種長江南水北調水下敷設管道自壓輸水新方案(一)，其特徵在於利用長江下遊岸邊某一高水頭處建一座高位進水池(1)；自高位進水池(1)連接一組塑料壓力管道(3)，經長江、東海水下敷設與北方某缺水城市海邊修建的一座低位水池(2)相連；形成一個千公裡以上的水下封閉式自壓倒虹吸，從而利用兩池之間的水頭壓力將長江水自動輸送到北方缺水城市海邊。
2.根據權利要求1所述的塑料壓力管道(3)，其特徵在於將每一節管道外層都包裹一充滿空氣的橡膠袋(5)；橡膠袋上連接一塑料連通管與水面之上的球形橡膠袋浮標(6)相貫通；當某節管道發生意外斷裂漏水時，管道內冒出來的水，其壓力將外層橡膠充氣袋內的空氣排擠至水面上的浮標(6)橡膠袋內，使浮標(6)膨脹，即可及時發現該處水下管道破裂漏水，須立即吊出水面更換維修，保證輸水管道正常運行。
3.根據權利要求2所述的塑料壓管道(3)，其特徵在於將塑料壓力管道(3)每間隔100米安裝一帶逆上閥(4)，一旦某節管道發生漏水，前方管道內的回流水將逆止閥自動關閉，防止管內的淡水大量排洩入海洋中；為防止斷裂處後方的塑料壓力管道(3)內淡水大量洩入海洋，需將塑料壓力管道(3)每間距200米再安裝一截止閥(7)，一旦某段管道斷裂漏水，除了前方逆止閥自動關閉外，還應及時將斷裂管道段的後方截止閥(7)吊出水面關閉，拆除斷裂管，再排盡兩端管內的淡鹹混合水後，更換新管，再打開截止閥(7)，重新將管道吊裝沉入水下復位。為防止天長日久長江水帶來泥沙淤積管道，還需在塑料壓力管道(3)上每相距1000米安裝一個垂直向下的彎管(8)，並在彎管的底部再安裝一個異徑三通(9)，作為排汙出口；並在異徑三通(9)出口上連接一軟橡膠排汙管(10)，使軟橡膠管(10)的長度≥該點的海水深度，然後再用尼龍繩紮緊軟橡膠管出口，置於原地水下。為了便於查找軟橡膠排汙管(10)，在其出口上連結一個水上半園式的橡膠浮標(12)，需要排汙時尋著浮標(12)將水下軟橡膠排汙管(10)提出水面，打開軟橡膠管(10)出口，此時在管內的水頭壓力作用下，立即將彎管(8)內積存的汙泥濁水一起噴射出來，從而達到利用水壓力自動排汙的目的。如排汙壓力太小，可將軟橡膠管(10)再伸入水下適當深度，降低出口高程，加大排汙速度，但要定時將排汙管(10)提出水面觀察排汙情況，當軟管(10)排出來的水變清時，說明彎管(8)內存積泥沙已排完，可重新將出口扎死拋置原處。由於軟管內的水壓力大於管外的海水壓力，故而軟管內的水只能排進海洋，而海水卻不會侵入軟管內。
4.根據權利要求1所述一種水下敷設塑料壓力管道(3)的輸水新方案(一)，其特徵在於將每節塑料壓力管道(3)兩端及中間部位等距安裝4個以上的充滿泥沙的橡膠袋(14)，作為每節管道的水下配重體和支墊；一是當沉入水下的塑料管為空管時可確保塑料管不漂浮；二是防止管道在水下不滾動；三是可作為管道支墊，增強管道在水下的穩定性；四是防止海底局部凹凸不平，管道受力不均，造成管道彎曲折斷。為了防止管道在吊裝過程中受力不均發生斷裂，還需將每節管道的最外層再附加一層尼龍繩網(13)，將塑料壓力管道(3)、與外層充氣橡膠袋(5)及泥沙橡膠袋配重體(14)均包羅在尼龍繩網之內，以免在管道安裝、檢修吊進吊出過程中，管道受力不均，發生管道折斷現象。
5.根據權利要求2、權利要求3、權利要求4所述，其特徵在於將水下每個截止閥(7)都連接一個園環式的水上橡膠浮標(11)，以便及時吊出截止閥(7)關閉搶修；凡是帶逆止閥的塑料管外的充氣橡膠袋(5)均連接一塑料連通管與水上菱形的橡膠浮標(15)相貫通，以便識別檢查。
6.根據權利要求2所述的管外充氣橡膠袋(5)，其特徵在於充氣袋為內外兩層，其兩端為園形彈性橡皮圈將內外兩層橡膠壓結為一體。《詳見(5)大樣圖》。在袋的一端留有一充氣孔，以備充氣之用。
7.根據權利要求2、權利要求3、權利要求5所述，其特徵在於所有水上的各種浮標，均可在浮標上印製上到該浮標處水下敷設管道的實際長度，作為管道裡程標誌，一標兩用。
8.一種長江南水北調水下敷設壓力水龍膠管(16)方案(二)，其特徵在於壓力水龍管分為內外兩層，內層(16-1)為輸水管道，外層上部(16-2)為充氣層，以便檢查管內有無漏水情況；其外層的下部為填充泥沙配重體(16-3)，管道的進口(16-4)為帶有橡皮止水膠圈的剛性塑料承口；出口(16-5)為剛性的光滑的塑料插口；壓力水龍膠管的內外層兩端均與承插口塑料管膠結為一體；在上部充氣層(16-2)的一端留有一充氣孔(16-6)，在充氣層的中心部位連接一柔性的塑料管與水面上的球形浮標(16-7)相貫通，以觀察水下管道有無漏水情況；在水龍膠管的底部泥沙配重體(16-8)的一端，留有一個填充泥沙的進口，當泥沙充滿袋後用尼龍繩將口扎死。
9.根據權利要求8所述，其特徵在於每間隔100米在壓力水龍膠管上安裝一逆止閥(4)，每間隔200米在壓力水龍膠管上安裝一截止閥(7)，以防水管漏水檢修；為了便於清淤排汙，特別應每間距1000米或在海底最低點處安設上一積汙異徑三通(9)和軟橡膠排汙管(10)，以便及時排汙。
全文摘要
本發明公開了一種長江南水北調自江底、海底敷設水下倒虹吸管道自壓輸水兩套新方案，特別適合於長江南水北調東線工程。它是在長江下遊岸邊修建一座高位進水池，在北方缺水城市海邊修建一低位出水池，利用兩池間的水位差，在江底、海底敷設水下塑料壓力管道或壓力水龍膠管將高位進水池與低位出水池相連接，形成一個封閉的海底千公裡長的大倒虹吸，依靠水頭壓力將長江水自壓至北方缺水城市海邊，然後再調水入城。
文檔編號E03B1/02GK1526888SQ0211024
公開日2004年9月8日 申請日期2002年4月1日 優先權日2002年4月1日
發明者王樹功 申請人:王樹功