斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)在臨汾市小水庫加固工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用及思考

賈瑋瑋

（臨汾市水利勘測(cè)設(shè)計(jì)院 山西臨汾 041000）

斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)是在20世紀(jì)50年代，我國中、小型（特別是小型）灌溉水庫中，較普遍采用的取水形式，該取水結(jié)構(gòu)是沿庫坡面設(shè)傾斜臥管，臥管上部在水庫水位變化范圍內(nèi)開設(shè)一系列進(jìn)水孔，多做成臺(tái)階型引取表層水。斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)由于不需用金屬閘門，臥管本身可以利用磚石等當(dāng)?shù)夭牧辖ㄔ?，技術(shù)性要求不高，便于群眾掌握等優(yōu)點(diǎn)，因此在50年代至80年代期間尢其是大躍進(jìn)和文革時(shí)期斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)被廣泛應(yīng)用。近幾十年來，隨著我國水利科技水平及經(jīng)濟(jì)實(shí)力不斷提高,該取水結(jié)構(gòu)已不被采用。近幾年來，隨著臨汾市對(duì)病險(xiǎn)小水庫的除險(xiǎn)加固工程的增多，由于其在舊有工程中的普遍存在，使我們?cè)趯?duì)臨汾市小型水庫工程，尤其是以均質(zhì)土壩擋水建筑物的小水庫除險(xiǎn)加固工程設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)如何處理進(jìn)行了思考和實(shí)踐。

1 斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)簡介[1]

斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)由臥管及消力池水箱組成，臥管設(shè)計(jì)置在壩前岸坡上，臥管上部在水庫水位變化范圍內(nèi)開設(shè)一系列進(jìn)水孔，多做成臺(tái)階型，臺(tái)階高度為0.3～0.5 m，孔徑0.2～0.5 m。放水時(shí)從上到下逐級(jí)打開，水從進(jìn)水孔流到臥管底部，再經(jīng)壩底涵管流到下游。臥管的坡度一般為1:2～1:4。當(dāng)放水流量較大時(shí)可布置二條或幾條臥管，或同一臺(tái)階布置二或三個(gè)進(jìn)水孔，以免進(jìn)水直徑過大，啟閉困難。

孔口的啟閉方式：一是木塞或混凝土塞，適用于孔口尺寸較小處；二是斜拉平面閘板式；三是鉸支轉(zhuǎn)動(dòng)平閘板。

2 臨汾市現(xiàn)有工程斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)利用概況

臨汾市擁有小型水庫共72座，其中?。ㄒ唬┬退畮?6座，小（二）型水庫中46座，大多為均質(zhì)土壩，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，大部分小（二）型以及部分?。ㄒ唬┬退畮旃喔榷吹娜∷潘蕉嗖捎玫男迸P管式分層取水結(jié)構(gòu)。由于當(dāng)時(shí)特定的歷史條件，這些小水庫土壩的工程質(zhì)量普遍偏低，加上小水庫多年運(yùn)行失修，水庫存在著不同程度的病險(xiǎn)問題，輸水洞洞身存在著局部損壞、滲漏，取水設(shè)施陳舊老化等問題，臥管也存在著如取水孔閘口堵，取水孔閘塞銹蝕，漏水嚴(yán)重，啟閉機(jī)損壞，工作橋損壞嚴(yán)重等問題不能正常使用等問題。而在小型病險(xiǎn)水庫除險(xiǎn)加固過程中，必然涉及到取水設(shè)施的改造。而“如何合理改造取水設(shè)施，采用何種型式改造？”就成設(shè)計(jì)工作不得不考慮的問題?，F(xiàn)階段對(duì)待斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)態(tài)度主要有二種：1）拆除舊的斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)，新建進(jìn)水塔取水。此種改造方式的優(yōu)點(diǎn)是，進(jìn)水塔能設(shè)立閘門和啟閉機(jī)，可以方便可靠地控制進(jìn)水流量，并易于檢修；但造價(jià)太高。2）保持原有的斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)，進(jìn)行局部維修，或更換閘板和啟閉設(shè)施。其優(yōu)點(diǎn)是造價(jià)低，構(gòu)造和施工簡單，流入涵洞的水流為無壓流，能引用水庫表層溫度較高的水灌溉，且技術(shù)性要求不高便于普通人員掌握；但其缺點(diǎn)是操作不安全，易漏水，取水流量不能準(zhǔn)確控制。20世紀(jì)80年代，我國有些水庫進(jìn)行了改進(jìn)，在取水口上方加設(shè)水平蓋板門以控制取水流量，并使進(jìn)流方向轉(zhuǎn)為水平向，可用于選擇取水，且各孔可配合開啟以調(diào)節(jié)并選取有利的取水溫度，使其在工程中應(yīng)用大大的提高。因此小型水庫斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)取水設(shè)施依然有其自身的優(yōu)勢(shì)，不能草率地棄之不用。下面結(jié)合臨汾現(xiàn)有的斜臥式分層取水結(jié)構(gòu)在典型工程—故城水庫除險(xiǎn)加固工程中的具體應(yīng)用,進(jìn)行論述。

3 故城水庫除險(xiǎn)加固工程中斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)

故城水庫位于翼城縣南梁鎮(zhèn)故城村西南，是黃河流域汾河水系澮河支流天河上一座以灌溉為主的小(1)型水庫，水庫控制流域面積1.18 km2，設(shè)計(jì)總庫容136.6萬m3，水庫始建于1958年，1962年投入使用，由翼城縣利民灌區(qū)負(fù)責(zé)管理。大壩為均質(zhì)碾壓土壩，壩頂長500 m，原狀最大壩高18.24 m，壩頂寬10 m，上游壩坡1:3，下游壩坡1：2.5。灌溉洞位于壩軸線樁號(hào)0+194處，軸線與大壩壩軸線基本垂直，最大過流能力為2.4 m3/s，縱坡1/50，涵洞斷面為半圓拱涵，底寬0.8 m，側(cè)墻高1.2 m，灌溉洞全長137 m為無壓涵洞。臥管位于主壩0+300處，是灌溉洞的取水建筑物，垂直于副壩壩軸線，長60 m，矩形斷面，寬0.6 m，深0.8 m，底板及側(cè)墻為漿砌石結(jié)構(gòu)，上部為砼蓋板，蓋板呈臺(tái)階狀分布，階高0.25 m，階長1.0 m，隔一級(jí)設(shè)一個(gè)取水孔，因取水孔漏水嚴(yán)重、灌溉洞又無閘門控制，1990年更換成4臺(tái)孔徑φ0.5 m閘塞，配套1t螺桿啟閉機(jī)，螺桿長4.5 m，其余取水孔全部封死。同時(shí)為便于管理，以臥管側(cè)墻為基礎(chǔ)修建了一座階梯式的工作橋，橋墩為砌磚結(jié)構(gòu)，橋板為預(yù)制板，寬1.8 m，兩側(cè)設(shè)砌磚欄桿。

工程存在的主要問題:

1）土壩上游坡為土坡，現(xiàn)狀沖蝕淘刷破壞嚴(yán)重；下游無排水設(shè)施，壩基長年滲漏；

2）灌溉洞洞身年久失修，底板與側(cè)墻勾縫脫落，洞后明渠、節(jié)制閘、泄水閘、泄水渠破壞嚴(yán)重，危及壩體安全；

3）臥管取水孔閘塞銹蝕，漏水嚴(yán)重，啟閉機(jī)損壞，水量無法控制，工作橋損壞嚴(yán)重，不能正常使用。

本次設(shè)計(jì)灌溉洞取水設(shè)施擬選了三種方案進(jìn)行比較，方案一：新建灌溉洞進(jìn)水塔及工作橋，拆除現(xiàn)狀取水臥管及工作橋；方案二：對(duì)現(xiàn)狀的取水臥管進(jìn)行維修，工作橋根據(jù)破損程度分別進(jìn)行維修和改建，改建工作橋橋面高程584.20 m；方案三：對(duì)現(xiàn)狀的取水臥管進(jìn)行維修，工作橋根據(jù)破損程度分別進(jìn)行維修和改建，改建工作橋橋面高程588.25 m。

方案一：新建灌溉洞進(jìn)水塔及工作橋方案的優(yōu)點(diǎn)是取水、泄水流量容易控制，運(yùn)行管理方便，整體性好，美觀大方，排除了以后管理上的隱患。投資58.40萬元。

方案二：對(duì)現(xiàn)狀臥管進(jìn)行維修，工作橋進(jìn)行維修和改建，改建工作橋橋面高程584.20 m。投資15.23萬元，優(yōu)點(diǎn)是投資小，缺點(diǎn)是改建工作橋橋面高程低于正常蓄水位，除險(xiǎn)加固工程完工后，水庫正常蓄水運(yùn)用時(shí)，橋面位于正常蓄水位以下，啟閉機(jī)長期位于水下易損壞，管理不方便，在以后的管理中還會(huì)出現(xiàn)臥管取水孔閘塞銹蝕，漏水，水量無法控制等問題。

方案三：對(duì)現(xiàn)狀臥管進(jìn)行維修，更換閘塞及閘啟閉機(jī)，更換后的閘塞啟閉機(jī)為手動(dòng)螺桿式啟閉機(jī)，螺桿長分別為4.9 m、5.4 m、9.84 m、14.25 m；對(duì)工作橋進(jìn)行維修和改建，工作橋橋面高程588.25 m，其投資為18.13萬元。改建工作橋橋面高程與壩頂高程一致，除險(xiǎn)加固工程完工后，水庫正常蓄水運(yùn)用時(shí)，管理較方便，并且在今后有條件改建取水設(shè)施時(shí)，工作橋還可以利用，但是在以后的管理中還會(huì)出現(xiàn)臥管取水孔閘塞銹蝕，漏水，水量無法控制等弊端。

通過以上分析比較，方案一新建進(jìn)水塔優(yōu)點(diǎn)較多，但投資較大；方案二、方案三維修現(xiàn)有取水設(shè)施盡管存在一些弊端，但不影響工程安全運(yùn)行及工程效益的發(fā)揮，并且投資較少，方案二比方案一少43.17萬元；方案三投資比方案一少40.3萬元，方案三比方案二多2.90萬元，雖投資較高，可較方案二管理方便，并且在今后有條件改建取水設(shè)施時(shí)，工作橋還可以利用。綜合考慮最終選定了方案三，即對(duì)現(xiàn)狀的取水臥管進(jìn)行維修，工作橋進(jìn)行維修和改建從而大大節(jié)省了投資，并且使工程的年運(yùn)費(fèi)從方案一10.68萬元，減少為方案三的9.5萬元。

對(duì)于方案一和方案三還可從經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)角度來分析，故城水庫除險(xiǎn)加固工程的經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)有：

1）經(jīng)濟(jì)效益費(fèi)用比，方案一為2.25和方案三為2.54；

2）經(jīng)濟(jì)凈現(xiàn)值，方案一為668.24萬元和方案三為730.61萬元；

3）經(jīng)濟(jì)內(nèi)部收益率，方案一為28.2%和方案三為28.2%。

從以上對(duì)比中發(fā)現(xiàn)方案三的三個(gè)經(jīng)濟(jì)綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)均明顯優(yōu)于方案一，由此得出結(jié)論方案三在本次設(shè)計(jì)中最是可行的。

4 小結(jié)

以上通過對(duì)斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)的介紹，聯(lián)系其在臨汾市小水庫工程中應(yīng)用，并結(jié)合典型工程—故城水庫除險(xiǎn)加固工程，對(duì)斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)的改造設(shè)計(jì)進(jìn)行了探討,認(rèn)識(shí)到，在病除水庫除險(xiǎn)加固設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)人員應(yīng)當(dāng)結(jié)合樞紐工程的現(xiàn)狀，來擬定合理的工程方案，切不可不顧實(shí)際片面求大求全，而是應(yīng)在水庫樞紐建筑物能夠正常運(yùn)行，灌溉效益能夠正常發(fā)揮，水庫管理方便可行的條件下，結(jié)當(dāng)?shù)睾辖?jīng)濟(jì)條件，確定切實(shí)可行的改建項(xiàng)目。

因此，綜上所述：斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)在工程應(yīng)用中尤其是在小型水庫建設(shè)中依然能發(fā)揮重要作用，對(duì)于小型水庫取水設(shè)施改造設(shè)計(jì)，應(yīng)該把在保持原有的斜臥管式分層取水結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上對(duì)其維修改造作為首先考慮的設(shè)計(jì)方向,以使小水庫除險(xiǎn)固工程設(shè)計(jì)更加合理可行。

［1］清華大學(xué)水利系《農(nóng)田水利工程》編寫組.農(nóng)田水利工程.[M].北京:科學(xué)出版社，1977:523.