西山水庫引水兼泄水系統(tǒng)的金屬結構研究

李維緯

(貴州新中水工程有限公司，貴陽 550000)

0 引 言

水庫中的引水兼泄水系統(tǒng)，是維系工程建設安全可靠目標達成的關鍵，其金屬結構更是保證系統(tǒng)運行耐久性的基礎。為提高系統(tǒng)金屬結構布置的科學合理性，工程建設者應對水庫建設要求與引水兼泄水系統(tǒng)設置情況進行分析，以找出最具適用性的金屬結構設備布置。如此，水庫工程建設就可達到地區(qū)對灌溉、工業(yè)供水以及人畜供水的目標需求，進而推動現代化經濟建設的全面發(fā)展進程。

1 工程概況

西山水庫位于從江縣西山鎮(zhèn)頂洞村，水庫所在河流晚都河(頂洞河)為珠江流域柳江水系都柳江二級支流，一級支流為翠里河。工程任務為人畜供水、灌溉供水及工業(yè)供水。主要建筑物由高填充自密實混凝土砌石重力壩+壩身開敞式溢洪道+溢洪道左側引水兼泄水系統(tǒng)等組成。推薦壩型為自密實混凝土砌石壩，最大壩高53.5m。水庫的正常蓄水位294.00m，死水位266.00m，興利調節(jié)庫容為465.8萬m3，總庫容697萬m3。為使工程建設滿足所處地區(qū)各類水資源使用需求，相關建設者應對水庫引水兼泄水系統(tǒng)金屬結構的布置現狀進行分析，以找出優(yōu)化控制策略。

2 西山水庫引水兼泄水系統(tǒng)金屬結構的布置現狀

為了滿足灌溉用水水溫和水質的要求，引水兼泄水系統(tǒng)設置分層取水。引水兼泄水系統(tǒng)金屬結構設備布置在溢洪道左側，從取水兼放空管進口順水流方向依次設置有攔污柵、分層取水隔水閘門、事故閘門和壩后放空偏心半球閥、灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥及生態(tài)放水偏心半球閥，其主要功能是保證正常放空、供水和生態(tài)環(huán)境水下放[1]。

此外，為進一步滿足西山水庫的灌溉要求，按照分層原則對取水口進行了布置。具體來說，就是攔污柵采用靜水啟閉操作運行方式；分層取水隔水閥門采用靜水啟閉運行方式，且與攔污柵共用一臺臺車式啟閉機操作，并以鋼絲繩和拉桿方式連接攔污柵和隔水閘門；事故閘門則采用動閉靜啟操作方式[2]。

值得注意的是，由于攔污柵、隔水閘門、事故閘門的埋件都處于淹沒狀態(tài)，其檢修維護需將水位降至取水口底檻以下，因此，在布置水庫放空檢修作業(yè)時，應一并檢修維護。其中門(柵)體檢修應在檢修平臺上進行，以保障作業(yè)安全穩(wěn)定性[3]。

3 西山水庫引水兼泄水系統(tǒng)金屬結構的優(yōu)化布置策略

3.1 取水兼放空管進口攔污柵

攔污柵設置在取水兼放空管進口喇叭口處，孔口尺寸為1.5×17.0-3.0m(寬×高-設計水頭，下同)，單節(jié)攔污柵孔口尺寸為1.5×2.43-3.0m，共計7節(jié)攔污柵，采用多節(jié)攔污柵的方式，節(jié)與節(jié)之間采用不銹鋼螺栓連接。底檻高程263.00m，檢修平臺高程301.00m，設計引用流量為0.835m3/s，生態(tài)水流量為0.265m3/s，合計為1.1m3/s，平均過柵流速0.062m/s，放空最大流量為16.02m3/s，設計水頭3.0m，型式為平面滑動式攔污柵，操作運行條件為靜水啟閉，主支承采用增強四氟型滑塊，單節(jié)攔污柵重量為1.07t，柵體總重7.5t，拉桿重2.5t，合計重10.0t，柵槽埋件重12.0t，柵體及埋件主材均選用Q235B。選用1臺安裝在304.50mm高程的QPT250KN-13m臺車式移動卷揚啟閉機控制，啟閉機容量為250KN，揚程為13m，啟閉機電動機功率為11kW，行走裝置電動機功率為5.5kW。啟閉機上設置荷載限制器、揚程指示裝置、上下極限位置限制器及行程限制器[4]。

攔污柵長期放置于取水兼放空管進口攔截污物，當水庫需要放空時，靜水整體提柵并分節(jié)放置于檢修平臺上。攔污柵前后設置有可靠的水位差檢測裝置(與其后1#隔水閘門共用)，以監(jiān)視攔污柵前后水位差，當攔污柵前后水位差檢測裝置顯示水位差超過3m時，需關閉其后事故閘門，靜水提柵至清污平臺人工清污，避免出現超過設計水頭的運行工況，防止事故發(fā)生。

3.2 取水兼放空管進口分層取水隔水閘門

在攔污柵下游設置分層取水隔水閘門2扇，孔口尺寸均為1.5m×1.5m，順水流方向依次是設置在263.00m高程的1#隔水閘門，設置在278.00m高程的2#隔水閘門。在水庫取水時段，水庫水位高于279.50m(含279.50m)時，開啟2#隔水閘門取水，1#隔水閘門處于關閉狀態(tài)；水庫水位低于279.50m時，開啟1#隔水閘門取水，2#隔水閘門處于關閉狀態(tài)；當下游不需要取水時，可關閉其后事故閘門擋水。

分層取水隔水閘門孔口尺寸均為1.5m×1.5m，1#隔水閘門底檻高程263.00m，檢修平臺高程299.50m，設計水頭37m，總水壓為899kN，閘門型式為平面定輪鋼閘門，操作運行條件是靜水啟閉，主支承采用定輪，采用下游面板和下游止水的布置方式，門體及埋件主材均選用Q235B，門體重5.0t，拉桿重4.0t，合計重9.0t，埋件重14.0t。2#隔水閘門底檻高程278.00m，檢修平臺高程299.50m，設計水頭22m，總水壓為567kN，閘門型式為平面定輪鋼閘門，操作運行條件是靜水啟閉，主支承采用定輪，采用下游面板和下游止水的布置方式，門體及埋件主材均選用Q235B，門體重5.0t，拉桿重2.0t，合計重7.0t，埋件重10.0t。隔水閘門與其前攔污柵共用1臺QPT250KN-13m臺車式移動卷揚啟閉機控制，啟閉機容量為250KN，揚程為13m，啟閉機電動機功率為11kW，行走裝置電動機功率為5.5kW[5]。

對于啟閉機，應設置荷載限制器、揚程指示裝置、上下極限位置限制器及行程限制器。當隔水閘門需要啟閉時，先關閉其后事故閘門，再靜水啟閉隔水閘門。值的注意的是，隔水閘門前后設置均有可靠的水位差檢測裝置，當隔水閘門前后水位差檢測裝置顯示水位差不超過3m時方能啟閉隔水閘門。

3.3 取水兼放空管進口事故閘門

對于2#隔水閘門下游，應設置1扇事故閘門，孔口尺寸為1.5×1.5-37.0m，底檻高程263.00m，檢修平臺高程299.50m，設計水頭37.0m，總水壓為899kN，閘門型式為平面定輪鋼閘門，操作運行條件是動閉靜啟，主支承采用定輪，采用下游面板和下游止水的布置方式，門體及埋件主材均主材選用Q235B，門體重5.0t，埋件重14.0t。選用1臺安裝在304.50mm高程的QPG400KN-39.0m高揚程卷揚式啟閉機控制，啟閉機容量為400KN，揚程為39.0m，電動機功率為11.0kW。啟閉機上設置荷載限制器、揚程指示裝置及上下極限位置限制器[6]。

當管道、壩后放空偏心半球閥、灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥、生態(tài)放水偏心半球閥需要檢修，動水下閘擋水，待檢修工作完成，先關閉壩后放空偏心半球閥、灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥和生態(tài)放水偏心半球閥，采用小開度提門充水平壓，當閘門前后水壓差<3m時(水位差檢測裝置監(jiān)控，與2#隔水閘門共用)靜水啟門，提升并鎖錠于檢修平臺高程，最后開啟灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥、生態(tài)放水偏心半球閥向下游供水和下放生態(tài)環(huán)境水。事故閘門下游側設置有1個φ400mm通氣孔。

3.4 壩后放空閥門布置

對于壩后放空閘門的順水流方向，應在放空管出口φ1200mm主管末端位置設置1套DN1200mm放空閥門，管道中心高程263.75m，設計水頭為36m，該閥為工作閥門，選用型號為PQ947H-06-DN1200偏心半球閥，公稱壓力為0.6MPa，操作方式為手電兩用，電機功率5.5kW，運行條件為動水啟閉，平時處于關閉狀態(tài)，當水庫需要放空時開啟該閥。放空管末端接入溢洪道下游消力池護坦內，經消能后流入下游河床。放空偏心半球閥下游側鋼管上設置有法蘭式管道伸縮節(jié)，型號為VSSJA-2-0.6MPa。為了防止偏心半球閥震動，在二期混凝土中預埋地腳螺栓，用地腳螺栓固定偏心半球閥底座。

當水庫需要放空時，先動水關閉進口事故閘門、壩后灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥和生態(tài)放水偏心半球閥，靜水提啟取水兼放空管進口攔污柵和隔水閘門，攔污柵分節(jié)放置在檢修平臺上，隔水閘門提到孔口以上1.5m左右鎖錠，再靜水提啟事故閘門，最后開啟放空偏心半球閥放空水庫。待放空任務完成后，先關閉放空偏心半球閥，靜水復位攔污柵，按取水要求關閉隔水閘門，再開啟灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥、生態(tài)放水偏心半球閥供水和下放生態(tài)環(huán)境水[7]。

4 結 語

綜上所述，水庫引水兼泄水系統(tǒng)金屬結構的布置，應結合工程建設要求與結構作用狀態(tài)來提升取水兼放空管進口攔污柵、取水兼放空管進口分層取水隔水閘門、取水兼放空管進口事故閘門以及壩后放空閥門布置的質量效果，進而使其高效服務于所處地區(qū)水資源的優(yōu)化控制建設。