水庫(kù)臥管涵管進(jìn)水口現(xiàn)狀分析及改造型式研究★

牛利敏 高大水 嚴(yán) 晶

(長(zhǎng)江勘測(cè)規(guī)劃設(shè)計(jì)研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010)

1 概述

我國(guó)現(xiàn)在已擁有各類水庫(kù)大壩9.8萬(wàn)余座，是世界上擁有水庫(kù)大壩最多的國(guó)家，水庫(kù)臥管涵管等放水設(shè)施大多修建于二十世紀(jì)五六十年代，進(jìn)水口設(shè)施存在結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)陋、漏水嚴(yán)重、淤積堵塞等問(wèn)題［1，2］。雖然規(guī)定了水庫(kù)的除險(xiǎn)加固工作每5年～10年進(jìn)行一次，但大壩、溢洪道等顯著影響大水庫(kù)安全的建筑物往往是水庫(kù)除險(xiǎn)加固的重點(diǎn)，而直接影響水庫(kù)供水或灌溉效益的放水設(shè)施卻由于資金和技術(shù)的限制，在除險(xiǎn)加固過(guò)程中著重于通過(guò)加固或改建確保其放水功能，卻忽略了現(xiàn)有水庫(kù)臥管涵管進(jìn)水口普遍存在著運(yùn)行管理不便、檢查維修困難、存在安全隱患等諸多問(wèn)題［3，4］。本文旨在通過(guò)分析現(xiàn)有水庫(kù)臥管涵管進(jìn)水口型式現(xiàn)狀分析及運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題，研究進(jìn)水口改造型式，消除水庫(kù)放水設(shè)施運(yùn)行管理中的安全隱患、提升放水設(shè)施的安全性能、提高水庫(kù)運(yùn)行管理信息化水平。

2 進(jìn)水口現(xiàn)狀分析

針對(duì)水庫(kù)臥管涵管進(jìn)水口存在的問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外各地均作了一定研究，提出了一些水庫(kù)臥管涵管進(jìn)水口改造技術(shù)。根據(jù)進(jìn)水口的布置及運(yùn)行方式，現(xiàn)有進(jìn)水口型式可歸納為四大類，即閥式進(jìn)水口、斜拉門(mén)式進(jìn)水口、塔式進(jìn)水口和浮動(dòng)式進(jìn)水口。本節(jié)主要介紹這四種進(jìn)水口的典型布置型式，并對(duì)實(shí)際工程運(yùn)用過(guò)程中的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析。

2.1 閥式進(jìn)水口

二十世紀(jì)五六十年代建設(shè)的水庫(kù)臥管進(jìn)水口多采用木塞、混凝土塞或泥包封堵，這種均屬于閥式進(jìn)水口，這種進(jìn)水口在運(yùn)行和管理中存在較多弊病:

1)人為操作隨意性大，非管理人員安全意識(shí)不足，私自取水現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，曾多次發(fā)生因水庫(kù)放水而引發(fā)的悲劇;

2)管理不便，工作人員需要經(jīng)常下水操作，勞動(dòng)強(qiáng)度大，安全系數(shù)低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的需求。

2.2 斜拉門(mén)式進(jìn)水口

針對(duì)需要人工下水啟閉的問(wèn)題，一些省份對(duì)水庫(kù)閥式進(jìn)水口進(jìn)行了改造［5］，如拍門(mén)式進(jìn)水口、斜拉閘門(mén)式進(jìn)水口，雖然這種閘門(mén)較最初的人工下水開(kāi)啟閥門(mén)有了較大的改進(jìn)，但自身的缺點(diǎn)也很明顯。如斜拉拍門(mén)運(yùn)行穩(wěn)定性較差，鋼絲繩在水下易腐蝕，耐久性較差;斜拉閘門(mén)中采用鋼筋混凝土或鑄鐵閘門(mén)操作笨重、關(guān)閉不嚴(yán)、自動(dòng)化程度不高等問(wèn)題?，F(xiàn)有水庫(kù)斜拉門(mén)式進(jìn)水口一般都無(wú)法電動(dòng)控制，無(wú)法實(shí)現(xiàn)分層取水，難以滿足農(nóng)作物生長(zhǎng)及下游生態(tài)環(huán)境保護(hù)要求。

2.3 豎井式進(jìn)水口

豎井式進(jìn)水口包括單層進(jìn)水口和多層進(jìn)水口，進(jìn)水口閥門(mén)一般設(shè)在豎井底部，有些采用長(zhǎng)柄閥在工作平臺(tái)人工操作，從而避免了人工下井啟閉的安全問(wèn)題。豎井式進(jìn)水塔內(nèi)未設(shè)置通風(fēng)裝置，人員下井檢修時(shí)仍存在安全隱患，且取水塔距大壩較遠(yuǎn)，交通不便，閘閥只能手動(dòng)控制，存在運(yùn)行管理不便的問(wèn)題。

2.4 浮動(dòng)式進(jìn)水口

隨著社會(huì)的發(fā)展，浮動(dòng)式取水裝置在國(guó)內(nèi)外都應(yīng)用，浮動(dòng)取水裝置屬定型產(chǎn)品、制造安裝簡(jiǎn)單，價(jià)格低廉，可取水庫(kù)表層水。浮動(dòng)取水裝置適用的管徑一般較小，且軟管容易老化使用壽命低，進(jìn)口無(wú)法進(jìn)行流量控制且穩(wěn)定性較差，難以大規(guī)模推廣應(yīng)用。日本的浮子式取水塔對(duì)加工制造要求精度高且造價(jià)較高，不利于防盜保護(hù)，在我國(guó)推廣應(yīng)用受限制。

2.5 小結(jié)

從進(jìn)水口改造技術(shù)的安全性、耐久性、防盜功能、制造工藝、自動(dòng)控制功能、分層取水功能、造價(jià)等方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，現(xiàn)有水庫(kù)進(jìn)水口型式及改造技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)如表1所示。

綜上，國(guó)內(nèi)外進(jìn)水口各種型式的改造技術(shù)均只能部分解決放水設(shè)施進(jìn)水口存在的問(wèn)題，在運(yùn)行管理中仍存在各種不足，無(wú)法推廣應(yīng)用;放水設(shè)施以閘門(mén)或者閥門(mén)為主，但缺乏工藝簡(jiǎn)單、安全經(jīng)濟(jì)、穩(wěn)定可靠的分層取水設(shè)施;各種進(jìn)水口均只有手動(dòng)操作功能，無(wú)電動(dòng)操作功能和遠(yuǎn)程控制功能，自動(dòng)化程度較低。隨著我國(guó)水資源矛盾日益凸顯和用戶取水需求的日益多元化，傳統(tǒng)的水庫(kù)放水設(shè)施不僅存在著各種安全隱患和運(yùn)行管理問(wèn)題，而且難以滿足我國(guó)節(jié)約用水、合理利用水資源的基本國(guó)策以及多元化的用戶取水需求。因此，研究適用于我國(guó)水庫(kù)臥管涵管進(jìn)水口改造型式具有十分重要的意義。

表1 國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有水庫(kù)進(jìn)水口型式及改造技術(shù)優(yōu)缺點(diǎn)

3 進(jìn)水口改造型式研究

3.1 進(jìn)水口改造原則

根據(jù)水庫(kù)放水設(shè)施進(jìn)水口現(xiàn)狀問(wèn)題，結(jié)合國(guó)內(nèi)外小型水庫(kù)放水設(shè)施進(jìn)水口改造技術(shù)現(xiàn)狀問(wèn)題，進(jìn)水口改造方案原則如下:

1)應(yīng)滿足水庫(kù)不分層取水要求;

2)制造工藝簡(jiǎn)單，形成定型產(chǎn)品，能在現(xiàn)場(chǎng)快速裝配施工;

3)盡量利用現(xiàn)有進(jìn)水口結(jié)構(gòu)，力求經(jīng)濟(jì)安全，具有防盜功能和較長(zhǎng)的使用壽命;

4)進(jìn)水口閘門(mén)或閥門(mén)啟閉操作安全、可靠，不需人工下水操作。

考慮閥式進(jìn)水口需要人工下水啟閉，不能保證操作人員的安全，浮動(dòng)式進(jìn)水口結(jié)構(gòu)存在壽命較低、取水流量較少、應(yīng)用較少而難以大規(guī)模推廣，同時(shí)考慮到水庫(kù)進(jìn)水口結(jié)構(gòu)布置現(xiàn)狀，本次進(jìn)水口結(jié)構(gòu)布置方案主要研究斜拉式進(jìn)水口布置和取水塔式進(jìn)水口布置，依據(jù)水庫(kù)分層取水要求，分為多級(jí)斜拉閘門(mén)進(jìn)水口方案和分層塔式進(jìn)水口方案。

3.2 多級(jí)斜拉閘門(mén)

目前，國(guó)內(nèi)尚無(wú)多級(jí)斜拉式進(jìn)水口應(yīng)用實(shí)例，對(duì)于傳統(tǒng)的斜拉門(mén)式進(jìn)水口不能實(shí)現(xiàn)分層取水且手動(dòng)操作相對(duì)復(fù)雜的弊端提出了串聯(lián)式多級(jí)斜拉門(mén)式進(jìn)水口。多級(jí)進(jìn)水口根據(jù)放水設(shè)施取水流量和高程要求沿同一斜坡布置，各進(jìn)水口頂部均通過(guò)一套斜拉閘門(mén)及啟閉設(shè)施控制，進(jìn)水口采用串聯(lián)式布置可利用現(xiàn)有臥管進(jìn)水口。同時(shí)，考慮到多級(jí)斜拉進(jìn)水口采用串聯(lián)式布置能利用現(xiàn)有臥管且節(jié)省投資便于推廣，其多級(jí)進(jìn)水口的開(kāi)啟和關(guān)閉通過(guò)閘門(mén)控制，閘門(mén)通過(guò)串聯(lián)欄桿與啟閉機(jī)的螺桿連接，可實(shí)現(xiàn)手電兩用操作。多級(jí)串聯(lián)斜拉閘門(mén)改造型式能夠?qū)崿F(xiàn)水庫(kù)的分層取水，具有整體穩(wěn)定性好，操作安全可靠的特點(diǎn)。

3.3 分層塔式進(jìn)水口

除臥管外，塔式進(jìn)水口也是水庫(kù)放水設(shè)施進(jìn)水口較多采用的一種型式。對(duì)于現(xiàn)有塔式進(jìn)水口存在結(jié)構(gòu)或人工下井開(kāi)啟閘閥的問(wèn)題，則采取拆除重建或加固現(xiàn)有進(jìn)水塔的方式進(jìn)行改造。分層塔式進(jìn)水口采用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，設(shè)置多層取水口，采用鋼管閘閥取水，每層取水口設(shè)置工作閘閥及檢修閘閥各一個(gè)，工作閘閥采用加長(zhǎng)桿在塔頂啟閉平臺(tái)操作。取水塔根據(jù)流量和水深設(shè)置分層取水口，分層取水口之間采用鋼管連接，取水塔與原涵管連接，鋼管出水至放水涵管內(nèi)。為防止塔底有毒氣體聚集，取水塔內(nèi)設(shè)排氣管，并在塔頂工作平臺(tái)設(shè)置一臺(tái)排風(fēng)機(jī)為取水塔內(nèi)換氣。分層塔式進(jìn)水口改造型式應(yīng)用到具體工程中可實(shí)現(xiàn)水庫(kù)分層取水功能，并能實(shí)現(xiàn)在取水塔上部的操作平臺(tái)上操作各級(jí)進(jìn)水口閥門(mén)的開(kāi)啟和關(guān)閉，避免人工進(jìn)入取水塔底部啟閉閥門(mén)，保障工作人員安全，具有結(jié)構(gòu)合理，功能實(shí)用，操作安全方便等優(yōu)點(diǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有放水設(shè)施進(jìn)水口改造技術(shù)調(diào)研研究基礎(chǔ)上，針對(duì)現(xiàn)有進(jìn)水口改造技術(shù)存在的安全性、耐久性、功能不完整等現(xiàn)狀問(wèn)題，提出了進(jìn)水口改造原則，對(duì)進(jìn)水口結(jié)構(gòu)布置方案進(jìn)行了深入研究。針對(duì)臥管式進(jìn)水口提出了串聯(lián)式多級(jí)斜拉閘門(mén);針對(duì)塔式進(jìn)水口提出了配加長(zhǎng)桿的彈性座封閘閥的改造型式。所提出的進(jìn)水口改造技術(shù)解決了現(xiàn)有進(jìn)水口人工下水、下井啟閉操作的安全問(wèn)題。改造后的進(jìn)水口集防盜、攔污、分層取水、流量控制等多種功能于一體，可滿足手動(dòng)控制、電動(dòng)控制、遠(yuǎn)程控制等多種使用需求，實(shí)現(xiàn)了水庫(kù)放水設(shè)施的安全操作、按需取水、智能控制等一體化運(yùn)行管理要求。