小型水庫輸水涵斜臥管進水口設(shè)施的改進創(chuàng)新與應(yīng)用

程永東，許定光，黎偉萍，詹小米

（1.廣東省水利水電科學研究院，510610，廣州；2.廣東江海機電工程有限公司，510610，廣州）

全國小型水庫星羅棋布，面廣量大，幾乎遍布全國每一個鄉(xiāng)鎮(zhèn)，在防洪、灌溉、供水等方面，與大中型水庫相輔相成，發(fā)揮了巨大的社會、經(jīng)濟和生態(tài)效益。隨著農(nóng)村城鎮(zhèn)化的迅速發(fā)展，小型水庫的服務(wù)功能也發(fā)生了顯著變化，特別對提高水庫安全水平和取水量提出了更高要求。

小型水庫輸水涵采用最多、最原始的一種結(jié)構(gòu)形式是：通過沿庫岸布置的斜臥管取水，經(jīng)消能設(shè)施后通過穿壩輸水涵往灌區(qū)供水。斜臥管進水口主要采用木塞、混凝土塞、泥包封堵。這種設(shè)施極不規(guī)范，也因此暴露出三方面的主要問題：①缺乏有效的管理設(shè)施；②用水不能有效控制；③管理困難，用水安全無法保證。

在廣東省科技廳、水利廳配套資金的支持下，筆者研究了一套適合小型水庫輸水涵斜臥管進水口改革的設(shè)施，并于2009年獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局授予的實用新型專利，對當前全國小型水庫除險加固工程的實施，提供了一項有效的技術(shù)支撐。

一、水庫輸水涵斜臥管進水口設(shè)施

1.技術(shù)方案

在小型水庫輸水涵斜臥管原進水口安裝一套設(shè)施，設(shè)施由底座、攔魚柵、蓋板、防盜裝置和開啟工具組成。底座通過膨脹螺栓固定在原斜臥管梯級表面，圓形進水口。底座下壓攔魚柵，上設(shè)蓋板，蓋板上設(shè)置防盜裝置，配備便攜啟閉工具啟閉蓋板，達到能夠規(guī)范用水管理、保障用水安全的目的。進水口設(shè)施布置示意圖見圖1。

2.結(jié)構(gòu)形式

（1）主要設(shè)計參數(shù)

斜臥管進水口設(shè)施的主要設(shè)計技術(shù)參數(shù)如下：

①最大工作水頭：H=25 m；②開啟要求：方便、簡單；③維護要求：維護要求低，能防止無關(guān)人員隨意開啟；④放水深度：不超過0.75 m；⑤放水方式：人工。

（2）設(shè)計方案

根據(jù)上述設(shè)計參數(shù)，介紹研究設(shè)計的2種不同材質(zhì)的斜臥管進水口設(shè)施方案。

①方案一（中試產(chǎn)品）為鉸鏈開啟式，設(shè)施的底座和蓋板及攔魚柵材質(zhì)采用球墨鑄鐵制造，外形為圓盤形（圖2）。強度高，開啟時采用特殊的內(nèi)六角螺栓防盜，外形美觀，開啟方便，耐久性好，造價偏高。該方案設(shè)計的內(nèi)孔直徑為200mm，攔魚柵與底座同時鑄造，防盜設(shè)施巧妙地被蓋隱蔽，開鎖、閉鎖靈活，啟閉上蓋方便。

②方案二（中試產(chǎn)品）也為鉸鏈開啟式，制造材料為目前最新型的聚合物基復(fù)合材料，外形為圓盤形。作為一種新材料的應(yīng)用嘗試，這種結(jié)構(gòu)外形美觀，重量輕，維護方便，造價低廉。設(shè)施開啟時采用特殊的內(nèi)六角螺栓防盜，避免無關(guān)人員開啟設(shè)施。該方案設(shè)計的內(nèi)孔直徑為200mm，攔魚柵與底座同時壓鑄，防盜設(shè)施巧妙地被蓋隱蔽，開鎖、閉鎖靈活，啟閉上蓋方便（圖3）。材料選用以線路板回收非金屬粉、玻璃纖維等為主要原材料，且內(nèi)輔鋼筋材料，經(jīng)140℃高溫、300余 t壓力，在特制的模具中模壓而成的高溫高壓模壓型聚合物基復(fù)合材料產(chǎn)品。

3.設(shè)施產(chǎn)品

（1）球墨鑄鐵材質(zhì)件

球墨鑄鐵材制的進水口設(shè)施由鑄態(tài)球墨鑄鐵組成，具有高強度、高延伸、高耐腐蝕性能：其強度高于#45優(yōu)質(zhì)碳素鋼，是混凝土、樹脂、鋼纖維等材料的10～30倍；耐腐蝕性能是普通鑄鐵和鋼材的3～5倍；耐磨性是普通鑄鐵和鋼材的2倍，是混凝土、樹脂、鋼纖維等材料的10～30倍。其化學、物理性能穩(wěn)定，不受日照、溫度、濕度等環(huán)境變化因素影響。

蓋與座的結(jié)合及蓋板防盜鎖的雙層防盜技術(shù)，使設(shè)施的使用更安全。球墨鑄鐵件輸水涵斜臥管進口設(shè)施見圖2。

（2）聚合物基復(fù)合材料件

聚合物基復(fù)合材料的進水口設(shè)施由高強度聚合物基復(fù)合材料組成，具有高強度、耐腐蝕、美觀等性能，是傳統(tǒng)鑄鐵和鋼纖維產(chǎn)品的替代品。蓋與座的結(jié)合及蓋板防盜鎖的雙層防盜技術(shù)，使設(shè)施的使用更安全。聚合物基復(fù)合材料輸水涵斜臥管進口設(shè)施見圖 3。

4.啟閉程序

該設(shè)施安裝于斜臥輸水管管口，出流形式為無壓孔流。某級臥管放水時，首先開啟防盜鎖，然后使用工具開啟孔口蓋，水流經(jīng)設(shè)施預(yù)先制作的攔魚柵，順流流經(jīng)斜臥輸水管、消力箱進入穿壩涵管。當該級臥管的工作水深小于本級孔口高程時，打開下一級臥管放水設(shè)施，重復(fù)本級開啟程序。

無輸水要求時，首先使用工具關(guān)閉孔口蓋，關(guān)閉防盜鎖。每級臥管關(guān)閉時，重復(fù)該步驟。

二、示范實例與應(yīng)用展望

輸水涵斜臥管進水口設(shè)施成功應(yīng)用于廣東省廣州市蘿崗區(qū)所屬的2個小型水庫。通過2個示范工程，驗證新型小型水庫輸水涵斜臥管進水口不同材質(zhì)的設(shè)施在不同地區(qū)小水庫上的適應(yīng)性。

本設(shè)施關(guān)注農(nóng)村供水與用水安全，可以改善農(nóng)村生態(tài)環(huán)境，增設(shè)小型水庫輸水涵進水口設(shè)施后，輸水可以得到有效的控制，防盜功能可以保證用水專人管理，使管理更規(guī)范。設(shè)施具有止水功能，可以保證節(jié)約用水。小型水庫輸水涵進水口設(shè)施具有攔魚功能，可保證庫內(nèi)養(yǎng)殖業(yè)的經(jīng)濟利益，規(guī)范的設(shè)備使水環(huán)境得到改善。

成果可推廣至全國，具有良好的應(yīng)用前景，適宜在全國的已建小型水庫輸水涵斜臥管進口安裝，并在新建的小型水庫、淤地壩結(jié)構(gòu)中推廣應(yīng)用，也可供其他行業(yè)金屬管道進人孔、檢修孔設(shè)計參考。

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