水庫臥管涵管進水口現狀分析及改造型式研究★

牛利敏 高大水 嚴 晶

(長江勘測規劃設計研究有限責任公司，湖北武漢 430010)

1 概述

我國現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施大多修建于二十世紀五六十年代，進水口設施存在結構簡陋、漏水嚴重、淤積堵塞等問題［1，2］。雖然規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施卻由于資金和技術的限制，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有水庫臥管涵管進水口型式現狀分析及運行過程中存在的問題，研究進水口改造型式，消除水庫放水設施運行管理中的安全隱患、提升放水設施的安全性能、提高水庫運行管理信息化水平。

2 進水口現狀分析

針對水庫臥管涵管進水口存在的問題，國內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。根據進水口的布置及運行方式，現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缺點進行分析。

2.1 閥式進水口

二十世紀五六十年代建設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，私自取水現象時有發生，曾多次發生因水庫放水而引發的悲劇;

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

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、關閉不嚴、自動化程度不高等問題。現有水庫斜拉門式進水口一般都無法電動控制，無法實現分層取水，難以滿足農作物生長及下游生態環境保護要求。

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。豎井式進水塔內未設置通風裝置，人員下井檢修時仍存在安全隱患，且取水塔距大壩較遠，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

隨著社會的發展，浮動式取水裝置在國內外都應用，浮動取水裝置屬定型產品、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定性較差，難以大規模推廣應用。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，在我國推廣應用受限制。

2.5 小結

從進水口改造技術的安全性、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，現有水庫進水口型式及改造技術的優缺點如表1所示。

綜上，國內外進水口各種型式的改造技術均只能部分解決放水設施進水口存在的問題，在運行管理中仍存在各種不足，無法推廣應用;放水設施以閘門或者閥門為主，但缺乏工藝簡單、安全經濟、穩定可靠的分層取水設施;各種進水口均只有手動操作功能，無電動操作功能和遠程控制功能，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，傳統的水庫放水設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 國內外現有水庫進水口型式及改造技術優缺點

3 進水口改造型式研究

3.1 進水口改造原則

根據水庫放水設施進水口現狀問題，結合國內外小型水庫放水設施進水口改造技術現狀問題，進水口改造方案原則如下:

1)應滿足水庫不分層取水要求;

2)制造工藝簡單，形成定型產品，能在現場快速裝配施工;

3)盡量利用現有進水口結構，力求經濟安全，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，浮動式進水口結構存在壽命較低、取水流量較少、應用較少而難以大規模推廣，同時考慮到水庫進水口結構布置現狀，本次進水口結構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，國內尚無多級斜拉式進水口應用實例，對于傳統的斜拉門式進水口不能實現分層取水且手動操作相對復雜的弊端提出了串聯式多級斜拉門式進水口。多級進水口根據放水設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施控制，進水口采用串聯式布置可利用現有臥管進水口。同時，考慮到多級斜拉進水口采用串聯式布置能利用現有臥管且節省投資便于推廣，其多級進水口的開啟和關閉通過閘門控制，閘門通過串聯欄桿與啟閉機的螺桿連接，可實現手電兩用操作。多級串聯斜拉閘門改造型式能夠實現水庫的分層取水，具有整體穩定性好，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施進水口較多采用的一種型式。對于現有塔式進水口存在結構或人工下井開啟閘閥的問題，則采取拆除重建或加固現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構，設置多層取水口，采用鋼管閘閥取水，每層取水口設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。取水塔根據流量和水深設置分層取水口，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。為防止塔底有毒氣體聚集，取水塔內設排氣管，并在塔頂工作平臺設置一臺排風機為取水塔內換氣。分層塔式進水口改造型式應用到具體工程中可實現水庫分層取水功能，并能實現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，具有結構合理，功能實用，操作安全方便等優點。

4 結語

通過對國內外現有放水設施進水口改造技術調研研究基礎上，針對現有進水口改造技術存在的安全性、耐久性、功能不完整等現狀問題，提出了進水口改造原則，對進水口結構布置方案進行了深入研究。針對臥管式進水口提出了串聯式多級斜拉閘門;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解決了現有進水口人工下水、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、遠程控制等多種使用需求，實現了水庫放水設施的安全操作、按需取水、智能控制等一體化運行管理要求。