陳 苗
(廣西水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司,南寧 530023)
百色水庫灌區(qū)位于百色市右江河谷內(nèi),范圍涉及百色市的右江區(qū)、田陽縣和田東縣共12 個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)。規(guī)劃擬從百色水庫引水,通過新建輸水管道,連通該灌區(qū)內(nèi)現(xiàn)有的水源工程,形成一個(gè)水量充足、調(diào)配能力強(qiáng)和覆蓋面廣的灌溉區(qū)域。
百色水庫灌區(qū)規(guī)劃范圍為百色水庫以下至田東縣思林鎮(zhèn)沿河兩岸相對(duì)成片的耕地及果園,以百色水庫為龍頭水源,通過管道灌溉工程建設(shè),聯(lián)合下游現(xiàn)有中小型灌片灌溉渠網(wǎng),在右江河谷構(gòu)建一個(gè)大型現(xiàn)代化灌區(qū),惠及百色市的右江區(qū)、田陽縣和田東縣3個(gè)縣(區(qū)),提高灌區(qū)人飲供水保證率,供水人口20.5 萬人。同時(shí)百色水庫還通過管道在空閑期向現(xiàn)有右江大型灌區(qū)骨干水源——百東河水庫補(bǔ)水,有效解決右江灌區(qū)日益凸顯的農(nóng)業(yè)用水與城市用水矛盾。
進(jìn)水口布置于銀屯副壩左壩肩上游420 m 處,放水塔為岸塔式,采用活動(dòng)孔口浮筒式圓盤閘門分層取水,自上游起進(jìn)水口布置1 扇攔污柵[1],并設(shè)置清污機(jī)清除柵前雜物,柵后布置1扇疊梁檢修閘門,然后布置分層取水閘門(浮筒式圓盤閘門),隨后布置旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng),旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后為攔污柵和疊梁檢修閘門門庫,最后布置1扇事故閘門;浮筒式圓盤閘門由底部流道連接至事故閘門前,進(jìn)水口后接銀屯隧洞。
放水塔進(jìn)口攔污柵共設(shè)1 孔1 扇,孔口尺寸為9.0 m×32.0 m(寬×高),設(shè)計(jì)水頭4 m。
(1)攔污柵型式。采用活動(dòng)式,雙吊點(diǎn)操作,采用平面多節(jié)滑動(dòng)式,柵體沿高度方向根據(jù)運(yùn)輸要求分節(jié)制造,柵體沿高度方向分成10節(jié),每節(jié)高度3.2 m,每節(jié)單獨(dú)一個(gè)單元。每節(jié)攔污柵的支承框架采用雙主梁同層等荷布置,每節(jié)底部設(shè)有彎鉤,便于提柵清污時(shí)帶走污物。柵條間距根據(jù)經(jīng)驗(yàn)采用100 mm,柵條截面為矩形截面。側(cè)向裝置采用懸臂側(cè)輪,為槽外式布置。攔污柵柵體主要材料采用Q235鋼。柵葉單重104.7 t。柵槽尺寸為0.93 m×0.5 m,埋件單重17.01 t。
(2)攔污柵清污方式。正常情況下,采用耙斗式清污機(jī)進(jìn)行清污,必要時(shí),也可分節(jié)提柵至塔頂,進(jìn)行人工清污,清污平臺(tái)設(shè)在塔頂232.3 m高程處,動(dòng)水提柵時(shí)考慮前后水位差不大于1.5 m,計(jì)算啟吊力為479.98 kN,采用1 臺(tái)2×500 kN/100 kN 橋式起重機(jī)[2]通過機(jī)械鉤環(huán)式自動(dòng)抓梁雙吊點(diǎn)分節(jié)啟吊,清污后的攔污柵可存放于專用門庫中。攔污柵的專用門庫設(shè)在旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后側(cè)。門庫埋件單重約為6.3 t。
攔污柵之后設(shè)1 孔1 扇取水疊梁檢修閘門,孔口尺寸為9.0 m×31.14 m(寬×高),底檻高程197.50 m,校核洪水位為228.67 m,正常蓄水位為228.17 m,閘門按下游無水時(shí)擋最高水頭設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)水頭30.67 m,設(shè)計(jì)總水壓力為43 081.72 kN。
采用平面滑動(dòng)鋼閘門,雙吊點(diǎn)操作,閘門沿高度方向分成9 節(jié),每節(jié)高度3.46 m,結(jié)構(gòu)完全相同。每節(jié)閘門為三主梁同層布置型式。主支承采用鑄鐵滑塊。側(cè)向裝置采用懸臂側(cè)輪,為槽外式布置。閘門結(jié)構(gòu)承重材料采用Q365 鋼。門葉單重約為209.4 t,門槽尺寸為1.26 m×0.6 m,埋件單重約為14.8 t。
疊梁檢修閘門在水頭不大于3 m情況下動(dòng)水啟閉,計(jì)算得啟閉力為571.45 kN。與進(jìn)口攔污柵共用1 臺(tái)2×500 kN/100 kN 橋式起重機(jī)通過液壓穿軸式自動(dòng)抓梁雙吊點(diǎn)分節(jié)操作。閘門頂節(jié)門葉平時(shí)存放在專用門庫內(nèi),檢修時(shí),將其吊至疊梁檢修閘門孔口內(nèi),檢修平臺(tái)設(shè)在塔頂232.3 m高程處。
疊梁檢修閘門專用門庫設(shè)在旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后側(cè)。門庫埋件單重約為6.3 t。
根據(jù)國家生態(tài)環(huán)境部的批復(fù)意見,為了減緩低溫水的不利影響,灌溉用水應(yīng)盡量取表層水,為此,進(jìn)水塔應(yīng)采用分層取水措施。分層取水閘門型式進(jìn)行浮筒式圓盤閘門和分層取水疊梁閘門兩種門型比選。
2.3.1 方案一:浮筒式圓盤閘門
采用浮筒式圓盤取水閘門方案時(shí),銀屯取水口放水塔進(jìn)口依次設(shè)有攔污柵、疊梁檢修閘門、浮筒式圓盤閘門、清污旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、事故閘門。
浮筒式圓盤閘門由可調(diào)浮箱、取水盤、下浮室、伸縮套筒式導(dǎo)水管等主要部件組成。
取水盤與可調(diào)浮箱構(gòu)成取水口,口高1.0 m,是決定取水性能的主要部位,取水盤直徑為6.2 m,由環(huán)形水平導(dǎo)水板與截錐形過渡段組成,其下與下浮室第一節(jié)套筒頂部連接;可調(diào)浮箱及下浮室是實(shí)現(xiàn)水力自控的關(guān)鍵裝置,其作用是提供承受取水閘門重量所需的浮力,并使導(dǎo)水管隨庫水位的變化而伸縮,帶動(dòng)取水口升降,使取水深度保持在0~2.0 m范圍內(nèi),達(dá)到表層取水目的;伸縮套筒式導(dǎo)水管采用上大下小8節(jié)套筒,筒壁厚度為1.2 cm。
浮筒式圓盤閘門井內(nèi)設(shè)置導(dǎo)向軌道,以防止圓盤取水閘門及伸縮套筒式導(dǎo)水管的橫向擺動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)。
與進(jìn)口攔污柵共用1 臺(tái)2×500 kN 橋式起重機(jī)作為低水位或者檢修時(shí)提升取水閘門用。
2.3.2 方案二:分層取水疊梁閘門
方案二中,銀屯取水口放水塔進(jìn)口布置依次設(shè)有攔污柵、分層取水疊梁閘門、清污旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、事故閘門。
分層取水疊梁閘門兼做檢修閘門,具體參數(shù)與疊梁檢修閘門相同。
2.3.3 方案比較
(1)技術(shù)比較。①取水方面:浮筒式圓盤閘門取水深度一般不大于2.0 m,通過水力自控實(shí)現(xiàn)取水功能;分層取水疊梁閘門取水深度范圍在0~5.0 m,可以通過電腦監(jiān)控水位,通過啟閉機(jī)進(jìn)行每節(jié)閘門的啟閉,從而起到取水功能。兩種方案均能滿足6.6 m3/s的最大引用流量要求,但分層取水疊梁閘門取表層水的控制難度較大,取水深度變化,難以滿足生態(tài)取水要求,有可能還會(huì)出現(xiàn)斷流情況,影響灌溉供水安全。②布置方面:分層取水疊梁閘門總圖布置較簡(jiǎn)單,進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)尺寸較小,浮筒式圓盤閘門方案進(jìn)水塔結(jié)構(gòu)尺寸較大。③運(yùn)行維護(hù)方面:分層取水疊梁閘門需要配備動(dòng)力,需人工操作或電腦自動(dòng)操控,浮筒式圓盤閘門不需要配置動(dòng)力,靠水力浮力自動(dòng)升降;相對(duì)于分層取水疊梁閘門檢修方式簡(jiǎn)單,浮筒式圓盤閘門檢修較麻煩,且需保留上游側(cè)的疊梁檢修閘門。
(2)經(jīng)濟(jì)比較。機(jī)電金結(jié)工程量上,分層取水疊梁閘門方案耗鋼量約為483.4 t,投資約為604.52萬元,浮筒式圓盤閘門方案耗鋼量為914 t,投資約為1 225.78 萬元。土建投資,分層取水疊梁閘門方案投資為2 222.55 萬,浮筒式圓盤閘門方案投資為3 481.47 萬元。運(yùn)行費(fèi)用上,分層取水疊梁閘門啟閉機(jī)每年需要電力費(fèi)用,浮筒式圓盤閘門依靠水力自控,一般不需要運(yùn)行費(fèi)用,只需要檢修費(fèi)用。
在金結(jié)投資上,浮筒式圓盤閘門方案比分層取水疊梁閘門方案投資多621.26 萬元,在土建投資上,浮筒式圓盤閘門方案比分層取水疊梁閘門方案投資多1 258.92萬元,但相對(duì)而言,浮筒式圓盤閘門方案運(yùn)行費(fèi)用較小,且通過水位的漲落取表層水的效果較好。綜合考慮,設(shè)計(jì)推薦浮筒式圓盤閘門方案。
百色水庫自流輸水系統(tǒng)支管及分支管上設(shè)置了大量口徑DN250至DN1600的流量調(diào)節(jié)閥用于控制各支管及分支管流量,如果污物進(jìn)入供水管道堵塞流量調(diào)節(jié)閥,將會(huì)造成流量調(diào)節(jié)閥失去調(diào)節(jié)功能。若污物短時(shí)間快速堵塞流量調(diào)節(jié)閥,還將引起劇烈的水錘,對(duì)輸水系統(tǒng)造成安全隱患。但進(jìn)口攔污柵最小間距僅能做到50 mm,無法滿足流量調(diào)節(jié)閥防堵的需求,故考慮采用攔污范圍為3 mm×3 mm至10 mm×10 mm清污旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。
清污旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng),是由工作鏈輪、網(wǎng)板機(jī)構(gòu)、主軸傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、沖洗水系統(tǒng)及導(dǎo)槽等組成。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)攔截污物主要靠網(wǎng)板組成的密封網(wǎng)室來實(shí)現(xiàn),并且網(wǎng)板在主動(dòng)軸帶動(dòng)下往復(fù)循環(huán)運(yùn)動(dòng),被攔截附著在網(wǎng)板上的污物被帶至地面以上,網(wǎng)板上的污物在沖水洗系統(tǒng)作用下被沖至導(dǎo)槽,從而實(shí)現(xiàn)污物攔截和清洗的過程、達(dá)到排污凈化水的目的。本工程采用“外進(jìn)內(nèi)出”式側(cè)面進(jìn)水旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng),水由外而內(nèi)從兩側(cè)網(wǎng)面進(jìn)入網(wǎng)室,再由一端的出水口流出網(wǎng)室,污物被攔截在網(wǎng)室外側(cè),集污槽設(shè)在網(wǎng)室的外側(cè),沖洗水系統(tǒng)設(shè)在網(wǎng)室的內(nèi)側(cè)。
旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)有自動(dòng)控制、手動(dòng)控制、就地、遠(yuǎn)控等多種運(yùn)行方式,正常運(yùn)行為自動(dòng)控制,其運(yùn)行程序?yàn)椋寒?dāng)濾網(wǎng)前后水位差≥200 mm(可調(diào))時(shí),沖洗閥門自啟動(dòng),經(jīng)5~30 s(可調(diào))后,濾網(wǎng)自動(dòng)啟動(dòng)慢速運(yùn)行;濾網(wǎng)連續(xù)運(yùn)行20~30 min且濾網(wǎng)前后水位差低于50 mm 時(shí),旋網(wǎng)及其沖洗系統(tǒng)停止自動(dòng)工作;手動(dòng)操作一般在設(shè)備安裝調(diào)試或檢修時(shí)使用;當(dāng)濾網(wǎng)前后水位差不足200 mm 時(shí),每隔4~8 h(可調(diào))自動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)一次,清污20~30 min(可調(diào)),然后自動(dòng)停運(yùn);當(dāng)濾網(wǎng)前后水位差≥400 mm(可調(diào))時(shí),濾網(wǎng)及沖洗系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)高速連續(xù)運(yùn)行,并立即向值班室(或控制室)發(fā)出警報(bào)信號(hào);當(dāng)濾網(wǎng)前后水位差≥600 mm(可調(diào))時(shí),濾網(wǎng)及沖洗系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)高速連續(xù)運(yùn)行,并立即向值班室(或控制室)發(fā)出緊急警報(bào)信號(hào)。
旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)后設(shè)有2 個(gè)門庫,分別用于存放攔污柵及疊梁檢修閘門。
浮筒式圓盤閘門后設(shè)事故閘門,閘門孔口尺寸(寬×高)為2.8 m×2.8 m,底檻高程192.5 m。閘門以百色水庫正常蓄水位228.17 m設(shè)計(jì),相應(yīng)設(shè)計(jì)水頭35.67 m;以百色水庫校核洪水位231.66 m 校核,相應(yīng)校核水頭39.16 m;用設(shè)計(jì)水位計(jì)算相應(yīng)設(shè)計(jì)總水壓力2 508.24 kN。
閘門采用平面滑動(dòng)鋼閘門,閘門為多主梁同層布置型式;利用水柱閉門,閘門面板與底止水布置在上游側(cè),頂、側(cè)止水布置在下游側(cè);主支承采用銅合金鑲嵌自潤滑復(fù)合材料,側(cè)向裝置采用懸臂式側(cè)輪,為槽外式布置;閘門結(jié)構(gòu)承重材料采用Q355鋼,門葉單重約為7.52 t,門槽尺寸為0.85 m×0.55 m,埋件單重約為13.3 t。
在靠近閘門下游側(cè)孔口頂部設(shè)2Φ400 通氣孔進(jìn)行補(bǔ)氣;通氣孔直通塔頂,出口布置在校核洪水位以上的塔壁外側(cè)。
閘門的操作方式為動(dòng)水啟閉,按百色水庫校核水位231.66 m計(jì)算得最大啟門力為613.67 kN;采用1臺(tái)QP-1000 kN 卷揚(yáng)式啟閉機(jī)單吊點(diǎn)整扇啟吊。
平時(shí)閘門鎖定在閘門井上部232.30 m 高程檢修平臺(tái)處。
為了減緩低溫水對(duì)農(nóng)作物的不利影響,灌溉用水應(yīng)盡量取表層水,銀屯取水口放水塔采用了浮筒式圓盤閘門,既保證了取表層水的需求,提高了取水效率,又為今后的工程管理創(chuàng)造智能、便利的運(yùn)行條件,設(shè)計(jì)理念可以為其他類似項(xiàng)目提供參考。