淺談水庫自壓供水首部設計的若干問題

吐爾遜·扎克爾

【摘要】自壓引水系統首部設計包括取水頭部設計、引水管道計算、引水口安裝高度，對倒虹吸管引水系統還應計算倒虹吸管的安裝高度及抽真空設備的計算和選擇等。

【關鍵詞】水庫；自壓供水；供水系統；工程措施

隨著工農業生產的發展，人口的逐漸增加，城市化進程的加快，使本來就十分緊張的水資源更加危急，為充分合理利用水資源，各級水利部門選擇的共同突破點就是大、中、小型水庫灌區防滲配套建設，特別是對有自壓條件的中、小型水庫灌區實施管灌、噴灌、微噴灌、滴灌等先進灌水方法，建設自壓供水水廠，解決人畜及工農業生產、生活用水，達到節約用水、合理科學用水的目的?，F就首部系統取水方式及應注意的問題簡述如下，以供參考。

1. 引水工程形式分析

1.1從水庫放水洞引水。該水庫放水洞多采用有壓涵管、有壓涵洞、無壓涵洞等幾種形式，為充分利用水庫水位壓力發展自壓供水，不同形式放水洞的水庫自壓引水應采取不同的工程技術措施。

1.1.1有壓涵管或有壓涵洞自壓供水。從水庫放水洞有壓涵管或有壓涵洞引水進行自壓供水，應以不影響水庫調洪和其它方面的供水，且壓力不超過原設計壓力為原則，把放水洞出口進行改造，安裝三通管進行供水分流，并分別安裝閘閥或閥門，以滿足不同的供水要求。

1.1.2無壓放水涵洞自壓供水。無壓放水涵洞是設在水庫放水閘下游的無壓放水廊道，廊道多為拱形，斷面較大，水庫放水時，廊道內水流為自由出水，無有壓力。從這種形式的放水洞內進行有壓引水，需在放水涵洞內安裝壓力管道，其壓力管鋪設有兩種形式：一種是將壓力管道直接接到放水洞入口，原放水洞閘門即為壓力管總閘，接頭預埋鋼筋用混凝土或漿砌石固定，不得滲漏。這種方法即把原無壓放水涵洞改為有壓放水涵管，放水涵管按所用材料分鋼筋混凝土管、鋼管、鑄鐵管、PVC塑料管、PE塑料管，不論采用何種管材，均應嚴格按操作規程施工，并加以保護。優點是不受水庫水位的限制，施工條件較好，是水庫自壓供水較理想的連接方式。另一種是把壓力管在洞內局部布設，在原放水洞水閘一側直通水庫，取水不受原放水洞閘門控制，此法缺點是放水洞放水時易沖刷洞內壓力管，安裝時應搞好管道固定，施工難度大，且受庫內水位限制，只能降至一定水位時方可施工，這種接法一般不宜采用。

1.2破壩引水。破壩引水需對壩體進行大開挖，然后安裝有壓管道進行自壓引水，這種方法需要破壞壩體，施工難度大，造價高，還有可能危及大壩安全，一般情況下不宜采用。

1.3倒虹吸引水。倒虹吸引水可把虹吸管埋設于壩坡下面，不需大范圍破壩，施工較簡單，可縮短工期，節約投資，但需要抽真空設備，運行管理要求嚴格，對管材質量要求也較嚴格，其安裝高度需經嚴格的水力計算。

2. 引水系統首部設計應注意的問題

自壓引水系統首部設計包括取水頭部設計、引水管道計算、引水口安裝高度，對倒虹吸管引水系統還應計算倒虹吸管的安裝高度及抽真空設備的計算和選擇等。

2.1取水頭部的設計。取水頭部是取水工程的組成部分，主要作用是防止浮漂物等吸入管道，運行中最大問題是防止泥砂淤積和雜草阻塞。取水頭部形式很多，而作為水庫自壓取水的取水系統應是構造簡單，安裝方便，易于檢修，使用效果較好的取水頭部。

取水頭部應設在足夠的水深處，且底層進水孔下緣距水體底部不得小于1.0m，進水孔上緣在設計最低水位下的淹沒深度，頂部進水時不小于0.5m，側面進水時不少于0.3m，虹吸管和倒虹吸管進水時不小于1.0m。設計時取水頭部進水孔流速不宜過大或過小，水庫引水進水孔流速一般取0.2m～0.6m/s。

2.2引水管道計算。引水管道計算包括管道直徑的選擇和水頭損失的計算，設計時管道直徑應由流速確定，還要兼顧水頭損失綜合考慮，自流管管內流速，一般不小于0.6m/s，虹吸管管內流速，一般為1.0～1.5m/s，最小不宜小于0.6m/s。

2.3引水口安裝高度。引水口安裝高度不僅應滿足下游用水系統的水壓要求，還應滿足取水頭部安裝尺寸要求，并且要結合水庫水位和人畜飲水、工業供水和節水灌溉的設計保證率（一般為95%）綜合考慮，合理確定供水范圍、引水流量和引水口安裝高度。

2.4倒虹吸管引水系統計算。倒虹吸管除應計算管徑及進水口安裝高度外，還應計算管頂最大允許安裝高度和啟動系統的計算和選擇，倒虹吸管的啟動一般采用真空泵抽真空充水啟動。

2.5取水首部設計應注意的其它問題。

2.5.1所選管道應經濟耐用，系統不漏水、漏氣，管路應固定，接口要牢固。

2.5.2不能影響大壩的安全，對倒虹吸管應采取一定的措施，防止水位過高時，水流沿管壁滲漏危及壩體安全。

2.5.3取水系統的選擇應進行技術經濟比較合理選用。

2.5.4不同供水系統對水質有不同的要求，要根據要求安裝過濾設備。

2.5.5為充分利用水庫水壓，必要時在用水系統安裝管道加壓泵，以便在水壓達不到要求時用來增加管道壓力。

2.5.6引水系統首部設計時，應進行地基承載力和管道（或涵洞）壓力校核。

3. 設計與應用實例

3.1某水庫1低壓管道灌溉工程取水系統首部設計及應用。某水庫為?。ㄒ唬┬退畮欤値烊?86萬m3，興利庫容131.5萬m3，設計灌溉面積266.6hm2，放水洞為無壓隧洞，底高程162.4m，設計流量為2.5m3/s，放水洞長度51m，該水庫灌區由于灌水方法落后，渠系配套差，浪費水極為嚴重，水的有效利用系數不足0.4，不能滿足日益發展的農業灌溉需要，1999年9月實施自壓低壓管道灌溉工程措施，設計引水流量0.3m3/s。

由上述計算成果經經濟技術分析，采用了施工簡單、造價低的不用原放水閘控制將UPVC塑料管沿原放水洞一側入庫的工程方案，并在引水口安裝了箱式取水頭部，其水壓、安裝高度均符合要求，運行狀況良好。

3.2某水庫2自壓供水首部系統。某水庫2為小（一）型水庫，總庫容237萬m3，其中興利庫容139.5萬m3，1998年在該水庫建成自壓供水水廠，向該鎮及周圍村莊供水，由于該水廠的供水范圍擴大，水廠需擴建，并需要對水庫無壓放水涵洞進行改造，經過技術經濟分析，擬采用800鋼管混凝土承插管，直接與原放水閘底座連接的方案，在涵管進出口預留鋼筋，用以與原放水閘和出口三通管連接，承插口對接后在接縫內澆筑環氧樹脂砂漿。

3.3某水庫3自壓供水首部系統。某水庫3總庫容296萬m3，其中興利庫容134萬m3，放水洞為鋼筋混凝土壓力涵管，在進行自壓供水改造時，把涵管出口進行處理，露出原有涵管鋼筋，焊接鋼筋并澆筑混凝土三通管，在三通管出口分別安裝了蝴蝶閥和閘閥，達到了工程設計要求，滿足工程運行需要，效果良好。

[文章編號]1619-2737（2013）07-12-591