小型水庫輸水設施設計方案探討

吳堅定

（平江縣水利水電勘測設計院 岳陽市 414500）

1 平江縣小型水庫輸水設施概況

在湖南省平江縣的33座小 （Ⅰ）型、178座小（Ⅱ）型水庫輸水設施主要是采用涵臥管輸水，少數取水口采用啟閉塔，極少數采用其它取水方式，如碧源堰水庫、鵝食盤水庫采用出口閘閥控制鋼管取水。小型水庫輸水設施主要包括進口取水設施、過水涵洞及之間連接池（消力井）。取水設施有分級臥管式、斜拉閘門式、塔式等；輸水有壩下涵管、隧洞。圖1為小型水庫輸水設施主要構造。

圖1 小型水庫輸水設施主要構造

小型水庫大都是在20世紀60、70年代修建的土石壩，受當時資金、技術限制，輸水設施采用條石箱涵或瓦涵和漿砌條石臥管，運行過程中大都存在漏水現象，威脅大壩安全運行。除險加固后少數開挖了隧洞，重建了臥管。大部份是對臥管進行修補，運行不久就脫落裂縫，滲漏仍舊嚴重。原涵管老化后易沖刷斷陷，造成大壩沉洞、滑坡、穿孔或啞管等險情，又不易更換。現有小型水庫運行中，出現頻率較高的壩下涵管堵塞（啞管）險情對水庫大壩威脅嚴重，在汛期不能控制汛前水位來安全渡汛；在灌溉時期不能放水抗旱發揮水庫效益。出現此險情常在壩頂上采用虹吸管，運行管理復雜繁鎖，效益較低，并且險情未被解除。分析“啞管”原因，涵管尺寸較小，質量差，有的涵管存在彎道，加上水流速度經過消力井后減小，水流中夾帶物易沉降淤積堵塞涵管，再就是涵管本身條石老化，斷裂堵塞涵管。

2 除險加固設計

近些年國家加重扶持小型病險水庫加固除險，為徹底解決此險情，我們對所有除險加固水庫輸水設施進行了優化設計。對有條件的水庫都采用隧洞輸水，并對隧洞進行鋼混凝土襯砌，同時做好回填灌漿，封堵壩下原涵管；需采用涵臥管，采用PVC管作內模，外現澆鋼筋混凝土，隧洞或涵管，以人能進出適宜。因壩下涵管對大壩安全運行存在隱患，加上基礎必須落在巖基上，除險加固施工需截壩，壩高時施工難度較大，輸水除險方案推薦采用隧洞，避免輸水運行對大壩安全運行的不良影響。所以全縣在小（Ⅱ）型水庫處險中對輸水設施都采用統一的除險模式（臥管加隧洞)，臥管采用Φ300 PVC作內模，放水孔 Φ150 PVC 作內模，臥管臺階高（0.3～0.35）m，放水隧洞采用凈空為1.0 m×1.6 m，頂部為半圓拱，消力井采用凈空為1.0 m×1.6 m×1.6 m。

取水口設計型式多樣，小型水庫大都在實踐中探索，根據需要設置不同的取水口設施。我們在飲用水取水中設計了“浮筒式”取水設施，并取得了良好的效果。

灌溉型水庫通常用臥管放水，這種型式是沿山坡修筑臺階式斜臥管，在每個臺階上設進水口，孔徑（100～300）mm，也有采用方形進水口，用木（混凝土）塞或閘門控制放水，臥管的最高處設通氣孔，下部與消力池或消能井相連，使水流在消力池（井）內充分消能，平穩水流，再經壩下涵管（或隧洞）送至下游渠道。它的優點是：結構簡單、施工方便，并可放溫度較高的表層水，該層水含氧較高，對農作物生長有利，其缺點是孔口較多，容易漏水，木塞閘門運行操作不便，不易準確控制引水流量。此類取水方式全縣90%以上小型水庫都采用。

采有斜接閘門式，這種進水口型式沿庫區山坡或上游壩面的斜坡上設置閘門軌道，進水口在斜坡底部，啟閉機安裝在山坡平臺上或壩頂。這種布置方式構造簡單、操作方便、造價低、啟閉力小，取用水庫底層水。其缺點閘門傾斜，不易靠自重關閉閘門，檢修困難，對于多泥沙及水頭較高時不宜采用。如丁溪水庫、官塘水庫、五星水庫等在除險加固前采用此方式取水，又叫磨盤式閘門。除險加固后都改為塔式取水和臥管取水。

塔式取水方式主要用于水頭較高、流量較大、水量控制要求較嚴的取水方式，灌溉取水多做成分層取水的封閉塔。病險水庫除險加固后有幾座小（Ⅰ）型水庫改用此取水方式，如五星、江東水庫，多用在隧洞取水口。

小型水電站建有水庫進行調節，其取水一般采用鋼管和隧洞結合，出口利用閘閥控制，進口設置攔污刪和檢修閘門。

為人畜安全飲水，城鄉供水一體化需要，建有專供飲水的水源水庫，此類水庫取水設施與灌溉取水有不同之處，需取水庫中水質較好的中上層水，因此，需對放空供水底孔取水口布置進行調整，實施分層取水。

根據水質監測和運行經驗，在小型水源水庫水面以下（1～2）m范國內取水較理想。為解決此類取水，我們設計采用浮筒式取水，浮筒可根據取水管大小采用不同型式，小型的一般做成“筒”型并錨定，浮筒可以隨水上下浮動。再將取水頭掛在浮洞下，控制取水位置在水面以下1.0 m左右。圖2所示為平江縣萬古村飲水工程取水設計，在水源水庫鋪設了二根鋼管，一根為放空管（低涵），用于放水與排放庫內深層污水；另一根為水廠取水管，在庫內采用浮筒帶軟管取面層水，避免水庫中下層因缺氧生成的懸浮、膠狀物，確保原水水質。軟管與鋼管相聯，二根鋼管都通至下游壩腳閘閥房，由閘閥控制放水，水廠取水，輸水管從閘閥房中將水引出。

圖2 平江縣萬古村飲水工程取水設計布置

若為取水較大的飲水工程，取水軟管可用鋼管替代，浮筒采用浮船，鋼管采用萬向節與下端相連，上端掛控在浮船上，取水頭水深可根據需要調節，在堯塘水庫中飲用水取水設施優化正以此方式進行改造。

3 結 語

總之，輸水設施型式多樣，取水方式應根據需要設置，保障用水要求，確保運行安全和操作方便，適用可靠的原則不斷進取，優化設計；輸水方式采用隧洞，并應考慮人員進出檢修，在土石壩中不宜布置涵管。

1 鄭萬勇，楊振華.水工建筑物[M].鄭州：黃河水利出版社，2004.

2 唐素娟，湯文，周劍雄，等.水庫分層取水方案的探討[J].小水電，2011，（2）.