小型水庫無壓放水洞改建為有壓管道的技術應用

彭 浩

（長沙縣水利局，湖南 長沙 410100）

長沙縣位于湖南省東部偏北，地形以崗地平原為主，自然攔蓄條件差，缺乏大型骨干蓄水工程，可利用的水資源量并不豐富?？h域內無大型灌區，有中型灌區15 處，其中重點中型灌區3 處，一般中型灌區12 處。2019 年，長沙縣為著重解決影響灌區骨干渠系正常運行的“卡脖子”問題，同時兼顧推進農業水價綜合改革、量測水設施建設和灌區標準化規劃化建設工作，積極向上級水利部門爭取實施了北山灌區節水配套改造項目。

1 項目概況

北山灌區位于長沙縣西北部，地處長沙、望城、汨羅3 縣交界處，土地相對集中連片，是長沙縣的糧食主產區。灌區建成于20 世紀70 年代，設計灌溉面積5.02萬畝，是以白溪沖與英婆沖等4 座?。á瘢┬退畮鞛橹饕础⒏叩凸歉汕到M成的重點中型灌區。由于灌區多條干渠傍丘崗坡地修建，穿山跨河，經過多年運行失修，存在隧洞坍塌、渡槽滲漏、倒虹吸堵塞、明渠淤積、部分渠段徹底斷流現象，實際灌溉面積萎縮，部分農田“靠天吃飯”。為此，項目在前期工作階段通過現場詳細勘查和技術經濟方案比選，采用低壓管道替代傳統渠道輸水，發揮管道灌溉節水、省時、省工、省地、省電、增產增效、便于管理等優點。

項目于2019 年末開始實施，改造取水首部工程2處，鋪設管道47.6 km，砌筑管井266 處，安裝管道電磁流量計7 處。2020 年中項目完工即投入使用，灌溉效果明顯，群眾十分滿意。

2 方案分析

從長沙縣多年管灌項目建設經驗來看，將管道與水源工程直接連通，利用小型水庫（塘壩）蓄水產生的水頭壓力給管道進行自壓供水，是管灌效益發揮最大化的關鍵。要實現這種管道引水方式，有以下幾種方案：

1）破壩。管道破壩引水需對水源壩體進行大開挖，然后安裝有壓管道。這種方案需要破壞壩體，施工難度大，建設周期長，造價高，對壩體整體結構不利，存在安全風險，適合小型灌區壩體不高的水源塘壩采用。

2）倒虹吸。管道倒虹吸引水可將虹吸管埋設在壩體內外坡面上，不需要進行大范圍破壩，施工簡單，工期短，造價低，但需要安裝抽真空設備和供電設施，運行管理難度大，對管材質量要求高，其安裝高度還需要經過嚴格的水力計算。

3）無壓放水涵管改建有壓管道。放水涵管一般埋設在小型水庫及塘壩壩體內，結構以箱涵或預制承插管為主，斷面較小，前端有放水控制和消能設施，涵管內為無壓出流。無壓放水涵管改建有壓管道，一種方案是將有壓管道與放水管涵尾端閉縫對接，使放水涵管無壓出流變為有壓出流，這種取水方案雖然施工簡單造價低，但改變了放水涵管的設計運行模式，易造成涵管接頭（縫）承壓漏水，給壩體安全帶來極大風險，不建議采用。另一種方案是將有壓管道從放水涵管尾端推入到前端消力井內，然后在消力井出水口處封堵有壓管道與放水涵之間的空隙，放水時有壓流通過消力井直接進入有壓管道。實施這種方案要求放水管涵縱向筆直不能彎曲，不然易造成管壁磨損或推入失敗，同時對消力井結構、進水口形式、施工人員、材料設備能否進入也有要求，只適合部分滿足條件的無壓放水涵管進行改建。

4）無壓放水洞改建有壓管道。放水洞是設在水庫放水控制和消能設施下游的無壓出流廊道，多為城門洞形，斷面較大，可以將有壓管道架設在洞內一側，通過工程措施直接連通水庫，洞內不再過水可變成檢修廊道。此方案對放水設施影響小，水庫整體結構無影響，安全風險低，缺點是放水洞如果縱向彎曲，會增加有壓管道安裝難度和固定措施工程量。

北山灌區白溪沖與英婆沖等4 座小（Ⅰ）型水庫壩高在19～33 m 之間，均已完成除險加固工程建設，水庫放水設施為城門洞形放水洞。根據項目情況和現狀條件，經技術經濟方案比選，決定采用無壓放水洞改建有壓管道方案。

3 技術措施

以北山灌區白溪沖水庫無壓放水洞改建有壓管道為例。白溪沖水庫集雨面積4.66 km2，壩高27.5 m，壩長156.4 m，正常庫容284 萬m3，壩體為均質土壩。放水洞位于右側壩肩山體巖層內，襯砌斷面為城門洞形，長度168 m，高1.8 m，寬1.2 m。放水洞前端連接消力井，尾端連接低干渠。消力井進水口為D400 圓形斜拉閘門啟閉。

1）管道選型?？紤]到放水洞內管道要求強度高，承受內水壓力大，為避免運行事故發生，管道采用DN 400 鋼管，單節長度6 m，管端焊接法蘭盤，并進行全面除銹防腐處理。

2）管道運輸與安裝。將單根管道吊運至制作的四輪平板小車上，人工推入洞內適當位置后，在四輪平板小車上將管道滾動調整與前一根管道法蘭螺孔位置對應，然后采用千斤頂將管道頂起平推至預先砌好的支墩上，再落管進行組對安裝。如遇放水洞縱向彎曲段，可配合適應角度彎頭連接，并砌筑鎮墩固定。安裝順序按倒退式進行，直至管道安裝至放水洞出口后，依次安裝管道流量計、限位伸縮器、管道閘閥及自動進排氣閥，起到管道量測水、檢修及降低水錘影響的作用。

3）管道與斜拉閘連接。水庫水位降至消力井進水口底部后，可在進水口前端進行臨時圍堰阻截來水，待消力井底部積水抽干后，按照設計尺寸將管道從消力井內部插入進水口，至斜拉閘基座底板孔口處進行焊接，管道另一端配合豎向彎頭與放水洞內管道進行對接，焊接期間注意井內通風排煙。對于消力井內彎管應砌筑鎮墩予以固定保護，可以采用砌磚墻充當鎮墩外模，內扎鋼筋分層澆筑混凝土。

圖1 為管道在消力井和放水洞內安裝剖面圖。

圖1 管道在消力井和放水洞內安裝剖面

4 結 語

從該項目建成的效益來看，小型水庫無壓放水洞改建有壓管道不會對水庫消力井和放水洞造成結構破壞，不影響水庫運行安全，提升了灌區水源供水能力，對緩解農業灌溉與農村供水矛盾，合理配置區域水資源，保障現代農業發展及鄉村振興奠定了良好的基礎，是一種可以參考借鑒的技術方法。