貴州省從江縣宰章水庫并聯(lián)式分層取水金屬結(jié)構(gòu)布置與設(shè)計

謝 濤，覃志強，謝晨希

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，貴州 貴陽 550002）

1 工程概況

宰章水庫工程位于貴州省從江縣丙妹鎮(zhèn)宰章村境內(nèi)，壩址距從江縣城6.0 km，距龍江村3.0 km。工程全部建成之后，向從江長寨灌區(qū)及老縣城和洛貫產(chǎn)業(yè)承接區(qū)供水，總供水量1762 萬 m3/a，其中 P=80%灌溉（5850 畝）177 萬 m3，P=95%供水1318 萬 m3，并下放環(huán)境用水 267 萬 m3/a。

工程建庫河流窩新河屬珠江流域都柳江水系窩新河的中游，窩新河為都柳江左岸的一級支流，主干流長15.0 km，河床平均比降為16.8‰。壩址以上集雨面積為41.1 km2，水庫正常蓄水位360.00 m，總庫容1200 萬m3，死水位310.00 m。工程等別為Ⅲ等，工程規(guī)模屬中型。水源工程樞紐布置由鋼筋混凝土面板堆石壩、右岸洞式溢洪道、左岸導(dǎo)流及取水兼放空隧洞等建筑物組成。水源樞紐區(qū)擋水建筑物屬2 級永久建筑物，洞式溢洪道及取水兼放空建筑物屬3 級永久建筑物，輸水建筑物屬4 級永久建筑物。

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，城市工業(yè)、生態(tài)、灌溉及生活用水對原水的質(zhì)量要求越來越高，希望從水庫源頭中取到優(yōu)質(zhì)水，作為大體積水體，水庫水溫、溶解氧、三氮、總大腸菌群及鐵錳主要水質(zhì)指標隨著水位的變化呈規(guī)律分布，本工程水庫取水范圍幅度較大，為了滿足引水和灌溉用水的質(zhì)量要求，實施分層取水[1-2]。合理的取水方式對取水方案設(shè)計的合理性很是重要。從國內(nèi)外來工程實踐看，目前較成熟及應(yīng)用較多的方案為多層取水口方案，金屬結(jié)構(gòu)就分層取水方案詳細介紹。

2 并聯(lián)式分層取水設(shè)計方案

根據(jù)庫水位的變幅及取水范圍的要求，于不同高程上下重疊布置三層取水口，每層取水口均設(shè)置一道隔水閘門，根據(jù)水庫水位的變化及取水深度的要求，開啟或關(guān)閉相應(yīng)高程閘門，達到取得表層水體的目的[3]。

在取水兼放空隧洞進口并聯(lián)式設(shè)置上、中、下三層攔污柵和三層隔水閘門；水工金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備共設(shè)置有閘門3 扇，門槽埋件3 孔，攔污柵3 扇，柵槽埋件3 孔。閘門、攔污柵的啟閉設(shè)備選用低揚程閉式移動臺車啟閉機6 臺。啟閉機等為外購成套設(shè)備，其具體布置見圖1～圖3。

（1）取水兼放空隧洞進口攔污柵

在放空兼引水隧洞進口處共設(shè)置有上、中、下3 層，每層分層取水口進口處各設(shè)置有1 套攔污柵，上、中、下3 層分層取水口進口共設(shè)置有3 套攔污柵。每套攔污柵的孔口尺寸均為1.5 m×2.5 m（寬×高）。上層攔污柵的底檻高程為340.00 m，中層攔污柵的底檻高程為322.50 m，下層攔污柵的底檻高程為305.97 m，攔污柵的設(shè)計水頭均為4 m。3 套攔污柵的檢修平臺都設(shè)置在壩頂高程上。

三層攔污柵均為潛孔平面直立活動式，靜水啟閉。Q235B碳素結(jié)構(gòu)鋼為柵體主材，柵槽埋件主材均為Q235B 碳素結(jié)構(gòu)鋼。上層攔污柵柵體（含拉桿）共重3 t，柵槽埋件共重10 t；中層攔污柵柵體(含拉桿)共重4 t，柵槽埋件共重12 t；下層攔污柵柵體(含拉桿)共重 5 t，柵槽埋件共重 15 t。

三層攔污柵均通過啟閉機連接吊桿啟閉，啟閉機型號為QP100kN-8 m 固定卷揚式，單吊點，啟柵容量為100 kN，揚程8 m。啟閉機室頂部設(shè)置有U 型吊鉤，用于啟閉機的日常檢修吊裝用，啟閉機布置高程為368.70 m。攔污柵與啟閉設(shè)施間用吊桿連接。

為確保攔污柵運行安全，三層攔污柵各設(shè)置有1 套水位差計（每套水位差計包含2 套水位儀、1 套帶防雷及報警裝置的顯示器、電纜長度分別約35 m、55 m 和75 m），水位差信號需接入啟閉機控制系統(tǒng)，當水位差大于2 m 時應(yīng)及時清污，以監(jiān)測攔污柵攔截污物情況。

由于本攔污柵所處隧洞（為放空兼引水隧洞，利用導(dǎo)流洞，即三洞合一）有引水、放空等功能，在隧洞尾部工作閥門開啟放水之前必須將本攔污柵開啟，使攔污柵底部置于攔污柵孔口頂部以上1 m，從而確保攔污柵運行安全。

（2）取水兼放空隧洞進口隔水閘門

為滿足取生態(tài)表層溫水要求，在取水兼放空隧洞進口三層攔污柵后分別設(shè)置3 扇隔水閘門，上層為1#隔水閘門，中層為2#隔水閘門，下層為3#隔水閘門。隔水閘門共3 扇，用于取用水庫的表層水，當庫水位在360.000 m～342.500 m 之間時開啟1#隔水閘門，水位在342.500 m～324.000 m 之間時開啟2#隔水閘門,水位在324.00-310 時開啟3#隔水閘門，各閘門關(guān)閉時的相應(yīng)水位同上[4]。

1）1 #隔水閘門

1#隔水閘門的底檻高程為340.00 m，孔口尺寸為1.5 m×1.5 m（寬×高），設(shè)計水頭為21 m，總水壓力為601.9 kN。1#隔水閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，主支承為懸臂輪。采用下游止水，共設(shè)置了刀型底止水和頂、側(cè)P 型止水。

門體和埋件主材均選用Q235B 碳素結(jié)構(gòu)鋼，門體重10 t（含吊桿），主軌、反軌、底檻和門楣埋件共重15 t。閘門利用自重加水柱閉門，動閉靜啟，采用啟閉機小開度提門進行充水平壓，水位差小于3 m 后靜水啟門。

1#隔水閘門啟閉機型號規(guī)格為QP250kN-8 m 的固定卷揚式啟閉機，閘門與啟閉機通過吊桿連接，單吊點，啟門容量為250 kN，揚程8 m。啟閉機室頂部設(shè)置有U 型吊鉤，用于啟閉機的日常檢修吊裝用。

根據(jù)取水要求，1#隔水閘門長期處于擋水狀態(tài)，在開啟取水時通過鎖定梁鎖定于壩頂高程362.700 m 上，3 扇隔水閘門的二期門槽后設(shè)置2 m×2 m（寬×高）通氣孔作為補氣孔兼進人孔，其上端設(shè)置欄桿等設(shè)施保證人員安全。

為確保閘門的安全運行與操作，1#隔水閘門設(shè)置有1 套水位差計（每套水位差計包含2 套水位儀、1 套帶防雷及報警裝置的顯示器、電纜長度約35 m），水位差信號需接入啟閉機控制系統(tǒng)，當水位差大于3 m 時不能進行啟門操作，便于監(jiān)控閘門的充水平壓等情況。

2）2 #隔水閘門

2#隔水閘門的底檻高程為322.50 m，孔口尺寸為1.5 m×1.5 m（寬×高），設(shè)計水頭為39 m，總水壓力為1137.6 kN。2#隔水閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，主支承為懸臂輪。采用下游止水，共設(shè)置了刀型底止水和頂、側(cè)P 型止水。

門體和埋件主材均選用Q235B 碳素結(jié)構(gòu)鋼，門體重12 t（含吊桿），主軌、反軌、底檻和門楣埋件共重17 t。閘門利用自重加水柱閉門，動閉靜啟，采用啟閉機小開度提門進行充水平壓，水位差小于3 m 后靜水啟門。

2#隔水閘門啟閉機型號規(guī)格為QP400kN-8 m 的固定卷揚式啟閉機，閘門與啟閉機通過吊桿連接，單吊點，啟門容量為400 kN，揚程8 m。啟閉機室頂部設(shè)置有U 型吊鉤，用于啟閉機的日常檢修吊裝用。

根據(jù)取水要求，2#隔水閘門長期處于擋水狀態(tài)，在開啟取水時通過鎖定梁鎖定于壩頂高程362.700 m 上，3 扇隔水閘門的二期門槽后設(shè)置2 m×2 m(寬×高)通氣孔作為補氣孔兼進人孔，其上端設(shè)置欄桿等設(shè)施保證人員安全。

為確保閘門的安全運行與操作，2#隔水閘門設(shè)置有1 套水位差計（每套水位差計包含2 套水位儀、1 套帶防雷及報警裝置的顯示器、電纜長度約55 m），水位差信號需接入啟閉機控制系統(tǒng)，當水位差大于3 m 時不能進行啟門操作，便于監(jiān)控閘門的充水平壓等情況。

3）3 #隔水閘門

3#隔水閘門的底檻高程為305.97 m，孔口尺寸為1.5 m×1.5 m（寬×高），設(shè)計水頭為57 m，總水壓力為1673.3 kN。3#隔水閘門為潛孔式平面定輪鋼閘門，主支承為懸臂輪。采用下游止水，共設(shè)置了刀型底止水和頂、側(cè)P 型止水。

門體主材選用Q345B 低合金結(jié)構(gòu)鋼，門體重15 t（含吊桿），主軌、反軌、底檻和門楣埋件共重20 t。閘門利用自重加水柱閉門，動閉靜啟，采用啟閉機小開度提門進行充水平壓，水位差小于3 m 后靜水啟門。

3#隔水閘門啟閉機型號規(guī)格為QP630kN-8 m 的固定卷揚式啟閉機，閘門與啟閉機通過吊桿連接，單吊點，啟門容量為400 kN，揚程8 m。啟閉機室頂部設(shè)置有U 型吊鉤，用于啟閉機的日常檢修吊裝用。

根據(jù)取水要求，3#隔水閘門長期處于擋水狀態(tài)，在開啟取水時通過鎖定梁鎖定于壩頂高程362.700 m 上，3 扇隔水閘門的二期門槽后設(shè)置2 m×2 m（寬×高）通氣孔作為補氣孔兼進人孔，其上端設(shè)置欄桿等設(shè)施保證人員安全。

為確保閘門的安全運行與操作，3#隔水閘門設(shè)置有1 套水位差計（每套水位差計包含2 套水位儀、1 套帶防雷及報警裝置的顯示器、電纜長度約75 m），水位差信號需接入啟閉機控制系統(tǒng)，當水位差大于3 m 時不能進行啟門操作，便于監(jiān)控閘門的充水平壓等情況。

3 結(jié)語

1）解決未設(shè)置分層取水設(shè)施，供水管內(nèi)水質(zhì)奇臭難聞，偏酸，直接影響供水質(zhì)量，水處理后水質(zhì)仍未達標的難題。金屬結(jié)構(gòu)合理的布置和選型有效達到了取生態(tài)表層溫水要求。

2）水庫蓄水初期，淹沒的植物腐爛將釋放出有機物質(zhì)對水庫水質(zhì)可能產(chǎn)生一定的影響，雖庫底清理可解決上述問題，但考慮到庫底清理難度較大，對金屬結(jié)構(gòu)分層取水的合理布置和優(yōu)化選型設(shè)計后，可提高水庫供水水質(zhì)保證率。

3）3 #、2#、1# 事故閘門及閘門前攔污柵各采用 1 臺啟閉機，避免了雙向臺車或門機的使用，降低了水工井筒和啟閉機室等建筑物投資。金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備的布置選型對整個工程設(shè)計管理有著重要的意義。