西山水庫引水兼泄水系統的金屬結構研究

李維緯

(貴州新中水工程有限公司，貴陽 550000)

0 引 言

水庫中的引水兼泄水系統，是維系工程建設安全可靠目標達成的關鍵，其金屬結構更是保證系統運行耐久性的基礎。為提高系統金屬結構布置的科學合理性，工程建設者應對水庫建設要求與引水兼泄水系統設置情況進行分析，以找出最具適用性的金屬結構設備布置。如此，水庫工程建設就可達到地區對灌溉、工業供水以及人畜供水的目標需求，進而推動現代化經濟建設的全面發展進程。

1 工程概況

西山水庫位于從江縣西山鎮頂洞村，水庫所在河流晚都河(頂洞河)為珠江流域柳江水系都柳江二級支流，一級支流為翠里河。工程任務為人畜供水、灌溉供水及工業供水。主要建筑物由高填充自密實混凝土砌石重力壩+壩身開敞式溢洪道+溢洪道左側引水兼泄水系統等組成。推薦壩型為自密實混凝土砌石壩，最大壩高53.5m。水庫的正常蓄水位294.00m，死水位266.00m，興利調節庫容為465.8萬m3，總庫容697萬m3。為使工程建設滿足所處地區各類水資源使用需求，相關建設者應對水庫引水兼泄水系統金屬結構的布置現狀進行分析，以找出優化控制策略。

2 西山水庫引水兼泄水系統金屬結構的布置現狀

為了滿足灌溉用水水溫和水質的要求，引水兼泄水系統設置分層取水。引水兼泄水系統金屬結構設備布置在溢洪道左側，從取水兼放空管進口順水流方向依次設置有攔污柵、分層取水隔水閘門、事故閘門和壩后放空偏心半球閥、灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥及生態放水偏心半球閥，其主要功能是保證正常放空、供水和生態環境水下放[1]。

此外，為進一步滿足西山水庫的灌溉要求，按照分層原則對取水口進行了布置。具體來說，就是攔污柵采用靜水啟閉操作運行方式；分層取水隔水閥門采用靜水啟閉運行方式，且與攔污柵共用一臺臺車式啟閉機操作，并以鋼絲繩和拉桿方式連接攔污柵和隔水閘門；事故閘門則采用動閉靜啟操作方式[2]。

值得注意的是，由于攔污柵、隔水閘門、事故閘門的埋件都處于淹沒狀態，其檢修維護需將水位降至取水口底檻以下，因此，在布置水庫放空檢修作業時，應一并檢修維護。其中門(柵)體檢修應在檢修平臺上進行，以保障作業安全穩定性[3]。

3 西山水庫引水兼泄水系統金屬結構的優化布置策略

3.1 取水兼放空管進口攔污柵

攔污柵設置在取水兼放空管進口喇叭口處，孔口尺寸為1.5×17.0-3.0m(寬×高-設計水頭，下同)，單節攔污柵孔口尺寸為1.5×2.43-3.0m，共計7節攔污柵，采用多節攔污柵的方式，節與節之間采用不銹鋼螺栓連接。底檻高程263.00m，檢修平臺高程301.00m，設計引用流量為0.835m3/s，生態水流量為0.265m3/s，合計為1.1m3/s，平均過柵流速0.062m/s，放空最大流量為16.02m3/s，設計水頭3.0m，型式為平面滑動式攔污柵，操作運行條件為靜水啟閉，主支承采用增強四氟型滑塊，單節攔污柵重量為1.07t，柵體總重7.5t，拉桿重2.5t，合計重10.0t，柵槽埋件重12.0t，柵體及埋件主材均選用Q235B。選用1臺安裝在304.50mm高程的QPT250KN-13m臺車式移動卷揚啟閉機控制，啟閉機容量為250KN，揚程為13m，啟閉機電動機功率為11kW，行走裝置電動機功率為5.5kW。啟閉機上設置荷載限制器、揚程指示裝置、上下極限位置限制器及行程限制器[4]。

攔污柵長期放置于取水兼放空管進口攔截污物，當水庫需要放空時，靜水整體提柵并分節放置于檢修平臺上。攔污柵前后設置有可靠的水位差檢測裝置(與其后1#隔水閘門共用)，以監視攔污柵前后水位差，當攔污柵前后水位差檢測裝置顯示水位差超過3m時，需關閉其后事故閘門，靜水提柵至清污平臺人工清污，避免出現超過設計水頭的運行工況，防止事故發生。

3.2 取水兼放空管進口分層取水隔水閘門

在攔污柵下游設置分層取水隔水閘門2扇，孔口尺寸均為1.5m×1.5m，順水流方向依次是設置在263.00m高程的1#隔水閘門，設置在278.00m高程的2#隔水閘門。在水庫取水時段，水庫水位高于279.50m(含279.50m)時，開啟2#隔水閘門取水，1#隔水閘門處于關閉狀態；水庫水位低于279.50m時，開啟1#隔水閘門取水，2#隔水閘門處于關閉狀態；當下游不需要取水時，可關閉其后事故閘門擋水。

分層取水隔水閘門孔口尺寸均為1.5m×1.5m，1#隔水閘門底檻高程263.00m，檢修平臺高程299.50m，設計水頭37m，總水壓為899kN，閘門型式為平面定輪鋼閘門，操作運行條件是靜水啟閉，主支承采用定輪，采用下游面板和下游止水的布置方式，門體及埋件主材均選用Q235B，門體重5.0t，拉桿重4.0t，合計重9.0t，埋件重14.0t。2#隔水閘門底檻高程278.00m，檢修平臺高程299.50m，設計水頭22m，總水壓為567kN，閘門型式為平面定輪鋼閘門，操作運行條件是靜水啟閉，主支承采用定輪，采用下游面板和下游止水的布置方式，門體及埋件主材均選用Q235B，門體重5.0t，拉桿重2.0t，合計重7.0t，埋件重10.0t。隔水閘門與其前攔污柵共用1臺QPT250KN-13m臺車式移動卷揚啟閉機控制，啟閉機容量為250KN，揚程為13m，啟閉機電動機功率為11kW，行走裝置電動機功率為5.5kW[5]。

對于啟閉機，應設置荷載限制器、揚程指示裝置、上下極限位置限制器及行程限制器。當隔水閘門需要啟閉時，先關閉其后事故閘門，再靜水啟閉隔水閘門。值的注意的是，隔水閘門前后設置均有可靠的水位差檢測裝置，當隔水閘門前后水位差檢測裝置顯示水位差不超過3m時方能啟閉隔水閘門。

3.3 取水兼放空管進口事故閘門

對于2#隔水閘門下游，應設置1扇事故閘門，孔口尺寸為1.5×1.5-37.0m，底檻高程263.00m，檢修平臺高程299.50m，設計水頭37.0m，總水壓為899kN，閘門型式為平面定輪鋼閘門，操作運行條件是動閉靜啟，主支承采用定輪，采用下游面板和下游止水的布置方式，門體及埋件主材均主材選用Q235B，門體重5.0t，埋件重14.0t。選用1臺安裝在304.50mm高程的QPG400KN-39.0m高揚程卷揚式啟閉機控制，啟閉機容量為400KN，揚程為39.0m，電動機功率為11.0kW。啟閉機上設置荷載限制器、揚程指示裝置及上下極限位置限制器[6]。

當管道、壩后放空偏心半球閥、灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥、生態放水偏心半球閥需要檢修，動水下閘擋水，待檢修工作完成，先關閉壩后放空偏心半球閥、灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥和生態放水偏心半球閥，采用小開度提門充水平壓，當閘門前后水壓差<3m時(水位差檢測裝置監控，與2#隔水閘門共用)靜水啟門，提升并鎖錠于檢修平臺高程，最后開啟灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥、生態放水偏心半球閥向下游供水和下放生態環境水。事故閘門下游側設置有1個φ400mm通氣孔。

3.4 壩后放空閥門布置

對于壩后放空閘門的順水流方向，應在放空管出口φ1200mm主管末端位置設置1套DN1200mm放空閥門，管道中心高程263.75m，設計水頭為36m，該閥為工作閥門，選用型號為PQ947H-06-DN1200偏心半球閥，公稱壓力為0.6MPa，操作方式為手電兩用，電機功率5.5kW，運行條件為動水啟閉，平時處于關閉狀態，當水庫需要放空時開啟該閥。放空管末端接入溢洪道下游消力池護坦內，經消能后流入下游河床。放空偏心半球閥下游側鋼管上設置有法蘭式管道伸縮節，型號為VSSJA-2-0.6MPa。為了防止偏心半球閥震動，在二期混凝土中預埋地腳螺栓，用地腳螺栓固定偏心半球閥底座。

當水庫需要放空時，先動水關閉進口事故閘門、壩后灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥和生態放水偏心半球閥，靜水提啟取水兼放空管進口攔污柵和隔水閘門，攔污柵分節放置在檢修平臺上，隔水閘門提到孔口以上1.5m左右鎖錠，再靜水提啟事故閘門，最后開啟放空偏心半球閥放空水庫。待放空任務完成后，先關閉放空偏心半球閥，靜水復位攔污柵，按取水要求關閉隔水閘門，再開啟灌溉供水活塞式多功能控制閥、人飲供水活塞式多功能控制閥、生態放水偏心半球閥供水和下放生態環境水[7]。

4 結 語

綜上所述，水庫引水兼泄水系統金屬結構的布置，應結合工程建設要求與結構作用狀態來提升取水兼放空管進口攔污柵、取水兼放空管進口分層取水隔水閘門、取水兼放空管進口事故閘門以及壩后放空閥門布置的質量效果，進而使其高效服務于所處地區水資源的優化控制建設。