牛利敏 高大水 嚴(yán) 晶

(長江勘測規(guī)劃設(shè)計研究有限責(zé)任公司，湖北武漢 430010)

1 概述

我國現(xiàn)在已擁有各類水庫大壩9.8萬余座，是世界上擁有水庫大壩最多的國家，水庫臥管涵管等放水設(shè)施大多修建于二十世紀(jì)五六十年代，進水口設(shè)施存在結(jié)構(gòu)簡陋、漏水嚴(yán)重、淤積堵塞等問題［1，2］。雖然規(guī)定了水庫的除險加固工作每5年～10年進行一次，但大壩、溢洪道等顯著影響大水庫安全的建筑物往往是水庫除險加固的重點，而直接影響水庫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，在除險加固過程中著重于通過加固或改建確保其放水功能，卻忽略了現(xiàn)有水庫臥管涵管進水口普遍存在著運行管理不便、檢查維修困難、存在安全隱患等諸多問題［3，4］。本文旨在通過分析現(xiàn)有水庫臥管涵管進水口型式現(xiàn)狀分析及運行過程中存在的問題，研究進水口改造型式，消除水庫放水設(shè)施運行管理中的安全隱患、提升放水設(shè)施的安全性能、提高水庫運行管理信息化水平。

2 進水口現(xiàn)狀分析

針對水庫臥管涵管進水口存在的問題，國內(nèi)外各地均作了一定研究，提出了一些水庫臥管涵管進水口改造技術(shù)。根據(jù)進水口的布置及運行方式，現(xiàn)有進水口型式可歸納為四大類，即閥式進水口、斜拉門式進水口、塔式進水口和浮動式進水口。本節(jié)主要介紹這四種進水口的典型布置型式，并對實際工程運用過程中的優(yōu)缺點進行分析。

2.1 閥式進水口

二十世紀(jì)五六十年代建設(shè)的水庫臥管進水口多采用木塞、混凝土塞或泥包封堵，這種均屬于閥式進水口，這種進水口在運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不足，私自取水現(xiàn)象時有發(fā)生，曾多次發(fā)生因水庫放水而引發(fā)的悲劇;

2)管理不便，工作人員需要經(jīng)常下水操作，勞動強度大，安全系數(shù)低，無法實現(xiàn)自動控制的需求。

2.2 斜拉門式進水口

針對需要人工下水啟閉的問題，一些省份對水庫閥式進水口進行了改造［5］，如拍門式進水口、斜拉閘門式進水口，雖然這種閘門較最初的人工下水開啟閥門有了較大的改進，但自身的缺點也很明顯。如斜拉拍門運行穩(wěn)定性較差，鋼絲繩在水下易腐蝕，耐久性較差;斜拉閘門中采用鋼筋混凝土或鑄鐵閘門操作笨重、關(guān)閉不嚴(yán)、自動化程度不高等問題?，F(xiàn)有水庫斜拉門式進水口一般都無法電動控制，無法實現(xiàn)分層取水，難以滿足農(nóng)作物生長及下游生態(tài)環(huán)境保護要求。

2.3 豎井式進水口

豎井式進水口包括單層進水口和多層進水口，進水口閥門一般設(shè)在豎井底部，有些采用長柄閥在工作平臺人工操作，從而避免了人工下井啟閉的安全問題。豎井式進水塔內(nèi)未設(shè)置通風(fēng)裝置，人員下井檢修時仍存在安全隱患，且取水塔距大壩較遠(yuǎn)，交通不便，閘閥只能手動控制，存在運行管理不便的問題。

2.4 浮動式進水口

隨著社會的發(fā)展，浮動式取水裝置在國內(nèi)外都應(yīng)用，浮動取水裝置屬定型產(chǎn)品、制造安裝簡單，價格低廉，可取水庫表層水。浮動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，進口無法進行流量控制且穩(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加工制造要求精度高且造價較高，不利于防盜保護，在我國推廣應(yīng)用受限制。

2.5 小結(jié)

從進水口改造技術(shù)的安全性、耐久性、防盜功能、制造工藝、自動控制功能、分層取水功能、造價等方面進行綜合評價，現(xiàn)有水庫進水口型式及改造技術(shù)的優(yōu)缺點如表1所示。

綜上，國內(nèi)外進水口各種型式的改造技術(shù)均只能部分解決放水設(shè)施進水口存在的問題，在運行管理中仍存在各種不足，無法推廣應(yīng)用;放水設(shè)施以閘門或者閥門為主，但缺乏工藝簡單、安全經(jīng)濟、穩(wěn)定可靠的分層取水設(shè)施;各種進水口均只有手動操作功能，無電動操作功能和遠(yuǎn)程控制功能，自動化程度較低。隨著我國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)的水庫放水設(shè)施不僅存在著各種安全隱患和運行管理問題，而且難以滿足我國節(jié)約用水、合理利用水資源的基本國策以及多元化的用戶取水需求。因此，研究適用于我國水庫臥管涵管進水口改造型式具有十分重要的意義。

表1 國內(nèi)外現(xiàn)有水庫進水口型式及改造技術(shù)優(yōu)缺點

3 進水口改造型式研究

3.1 進水口改造原則

根據(jù)水庫放水設(shè)施進水口現(xiàn)狀問題，結(jié)合國內(nèi)外小型水庫放水設(shè)施進水口改造技術(shù)現(xiàn)狀問題，進水口改造方案原則如下:

1)應(yīng)滿足水庫不分層取水要求;

2)制造工藝簡單，形成定型產(chǎn)品，能在現(xiàn)場快速裝配施工;

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

4)進水口閘門或閥門啟閉操作安全、可靠，不需人工下水操作。

考慮閥式進水口需要人工下水啟閉，不能保證操作人員的安全，浮動式進水口結(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，同時考慮到水庫進水口結(jié)構(gòu)布置現(xiàn)狀，本次進水口結(jié)構(gòu)布置方案主要研究斜拉式進水口布置和取水塔式進水口布置，依據(jù)水庫分層取水要求，分為多級斜拉閘門進水口方案和分層塔式進水口方案。

3.2 多級斜拉閘門

目前，國內(nèi)尚無多級斜拉式進水口應(yīng)用實例，對于傳統(tǒng)的斜拉門式進水口不能實現(xiàn)分層取水且手動操作相對復(fù)雜的弊端提出了串聯(lián)式多級斜拉門式進水口。多級進水口根據(jù)放水設(shè)施取水流量和高程要求沿同一斜坡布置，各進水口頂部均通過一套斜拉閘門及啟閉設(shè)施控制，進水口采用串聯(lián)式布置可利用現(xiàn)有臥管進水口。同時，考慮到多級斜拉進水口采用串聯(lián)式布置能利用現(xiàn)有臥管且節(jié)省投資便于推廣，其多級進水口的開啟和關(guān)閉通過閘門控制，閘門通過串聯(lián)欄桿與啟閉機的螺桿連接，可實現(xiàn)手電兩用操作。多級串聯(lián)斜拉閘門改造型式能夠?qū)崿F(xiàn)水庫的分層取水，具有整體穩(wěn)定性好，操作安全可靠的特點。

3.3 分層塔式進水口

除臥管外，塔式進水口也是水庫放水設(shè)施進水口較多采用的一種型式。對于現(xiàn)有塔式進水口存在結(jié)構(gòu)或人工下井開啟閘閥的問題，則采取拆除重建或加固現(xiàn)有進水塔的方式進行改造。分層塔式進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，工作閘閥采用加長桿在塔頂啟閉平臺操作。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，并在塔頂工作平臺設(shè)置一臺排風(fēng)機為取水塔內(nèi)換氣。分層塔式進水口改造型式應(yīng)用到具體工程中可實現(xiàn)水庫分層取水功能，并能實現(xiàn)在取水塔上部的操作平臺上操作各級進水口閥門的開啟和關(guān)閉，避免人工進入取水塔底部啟閉閥門，保障工作人員安全，具有結(jié)構(gòu)合理，功能實用，操作安全方便等優(yōu)點。

4 結(jié)語

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