大伙房水庫輸水工程取水首部工程設(shè)計研究

劉艷芬

(義縣水利勘測設(shè)計隊， 遼寧 錦州 121100)

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大伙房水庫輸水工程取水首部工程設(shè)計研究

劉艷芬

(義縣水利勘測設(shè)計隊， 遼寧 錦州 121100)

大伙房水庫輸水二期工程主要是將一期工程調(diào)入大伙房水庫的水，通過隧洞和輸水管道有效地輸配給下游受水城市。工程通過設(shè)置攔污柵和旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，同時采取分層取水方式等措施，確保了城市生活用水水質(zhì)，較好地解決了已建成深水庫岸多層取水問題，也為類似工程提供了更多經(jīng)驗。

輸水工程； 取水口； 攔污系統(tǒng)； 攔污柵； 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)

1 工程概況

大伙房水庫輸水二期工程對地區(qū)經(jīng)濟、社會可持續(xù)發(fā)展和遼寧老工業(yè)基地振興具有十分重大的意義。大伙房水庫輸水二期工程分兩步實施，一步工程設(shè)計水平年為2015年，輸水量327萬t/d，其中撫順26萬t/d、沈陽175萬t/d、遼陽37萬t/d、鞍山38萬t/d、營口34萬t/d、盤錦17萬t/d；二步工程設(shè)計水平年為2030年，輸水量504萬t/d，其中撫順45萬t/d、沈陽227萬t/d、遼陽62萬t/d、鞍山58萬t/d、營口58萬t/d、盤錦57萬t/d；供水保證率為95%。針對取水口及隧洞輸水能力按總工程規(guī)模設(shè)計，引水規(guī)模為577萬m3/d(流量為66.78m3/s)。

2 取水首部工程

取水首部工程位于大伙房水庫庫區(qū)左岸，距壩址約700m，為岸塔式結(jié)構(gòu)，是工程供水控制的關(guān)鍵部位，兼具水利工程和城市供水工程雙重特點。工程全長131.14m，分引水明渠段、取水閘門段、進口格柵段、整流收縮段和快速啟閉事故閘門段5部分?？紤]水庫水位變化，為確保取水水質(zhì)，分3層取水。取水頭部單位工程編號DSS2G-1，位于沈陽市大伙房水庫水源工程取水口上游，靠近二副壩。工程場址具備良好的地形條件，巖體裸露，臨水面較陡，平面略成半島形，中部有凸脊伸向水庫，寬度約100m，兩側(cè)凹縮。巖石為弱風化花崗質(zhì)片麻巖，巖體較破碎—較完整，節(jié)理面平直光滑或起伏粗糙，微張或閉合，透水率為4.1Lu，屬弱透水，是優(yōu)良場址。取水頭部分為工作閘門段、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)段、收縮段和快速閘門段，其中快速閘門段布置加氯、加藥設(shè)備。工程主要特征坐標如下表所列。

工程主要特征坐標表

3 取水首部工程規(guī)劃設(shè)計

3.1 工程地質(zhì)條件

取水頭部位于大伙房水庫庫區(qū)左岸一突出的山梁[1]。山梁面向水庫水面一側(cè)坡角約45°，兩側(cè)較陡，自然坡角約70°～80°。巖石斷層延伸長寬規(guī)模均不大，且均位于取水建筑物外側(cè)，對基槽開挖的影響不大，但對預(yù)留巖坎的穩(wěn)定性、透水性的影響較大[2]。取水頭部位于大伙房水庫庫區(qū)左岸二副壩附近，根據(jù)勘察資料顯示，地下水補給庫區(qū)，從遠庫岸—近庫岸，地下水位高程145.72～124.6m。大伙房水庫校核水位139.3m，設(shè)計水位136.6m，正常高水位131.5m，防洪限制水位126.4m，死水位108m。水庫水位一年內(nèi)有335d在120～126m。取水頭部施工期水位按正常高水位131.5m考慮。

3.2 取水頭部水工結(jié)構(gòu)

大伙房水庫水質(zhì)為二類水體，受工業(yè)和生活污染較輕，是比較優(yōu)良的生活飲用水水源。因建水庫時沒有清理植被，因此每逢春﹑秋兩季，藻類含量很高。根據(jù)沈陽市大伙房水庫水源工程取水口運用經(jīng)驗，通過采取分層取水，可以明顯減少藻類和漂浮物對水質(zhì)的影響，在汛期通過調(diào)整取水窗口可避開濁度較高水層，保證水質(zhì)的清潔度，因此取水口設(shè)置分層取水十分必要。在分層布置上，各層窗口的運用既要保證在工程二步輸水規(guī)模時水庫運用情況合適(水庫年高水位運行天數(shù)較多)，又要考慮一步輸水規(guī)模時水庫運用情況合理(水庫年高水位運行天數(shù)較少)[3]。根據(jù)該工程規(guī)模、各頻率洪水水位分布及水庫調(diào)度運用方式，借鑒沈陽市取水口的成功經(jīng)驗，確定該工程取水窗口分3層。

3.3 水工建筑物布置

a.取水口前端為引水明渠，梯形復(fù)式斷面，分級開挖。取水頭部由工作閘門段、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)段、收縮段、快速閘門段組成，其中工作閘門段前端布置檢修閘門和攔污柵，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)段出口設(shè)置檢修閘門。

b.取水頭部分為3孔取水，單孔寬6m，通過進出口設(shè)置的檢修閘門可進行孔內(nèi)設(shè)備檢修。取水口底板頂高程98m，底板厚3m，基礎(chǔ)底高程95m。3孔取水口末端緊接弧形收縮段，收縮段長15.88m。取水頭部末端布置快速工作閘門井，在事故時起到迅速閉閘作用。取水建筑物總長64.2m。

c.工作閘門段的進口檢修閘門、攔污柵和分層取水閘門共用一臺2×1000kN雙向門式啟閉機配合各自的自動抓梁啟閉，門機軌道中心距18.5m[4]。門機上游側(cè)下部懸掛1套自動清污設(shè)備，順水流方向移動，用以清除攔污柵上的污物[4]。

d.旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)段設(shè)置3套XWC—4000型自動旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，每套濾網(wǎng)后面設(shè)置1孔事故檢修閘門門槽。3孔事故檢修閘門門槽配備1扇2.9m×34.2m×33.5m事故檢修閘門，利用1臺2×100kN臺車式啟閉機配自動抓梁啟閉[5]。

3.4 攔污柵及清污設(shè)備安裝

大伙房水庫輸水工程的攔污柵設(shè)置在輸水工程的進口處?？卓诔叽鐬?m×29m，為平面滑動攔污柵，焊接鋼結(jié)構(gòu)，設(shè)計水頭差4m，雙吊點，靜水啟閉，攔污柵數(shù)量為3扇(每扇分為5節(jié))，孔口數(shù)量為3孔。自動清污設(shè)備懸掛于雙向門機梁下，每次清污寬5500mm，工作負荷1200kgf，清污深度43m。安裝時采用50t汽車吊吊裝清污機導(dǎo)軌，并輔助于人工對正，采用人工扳手對連接螺栓進行預(yù)擰緊；導(dǎo)軌固定后采用氣動扳手對連接螺栓進行擰緊，并涂刷黃油。采用汽車吊將清污機吊裝至導(dǎo)軌上，安裝限位器。確保清污設(shè)備安裝后運行正常，無機械損傷現(xiàn)象發(fā)生。

3.5 取水頭部金屬結(jié)構(gòu)變更

取水頭部增加旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，相應(yīng)帶來頭部平面尺寸增大、金屬結(jié)構(gòu)及機電設(shè)備的增加。

a.格網(wǎng)型式確定。取水頭部最大設(shè)計流量577萬t/d。平板格網(wǎng)的過網(wǎng)流速0.3～0.5m/s，經(jīng)計算需要6m×6m的平板格網(wǎng)15個，工程難以布置。旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)的過網(wǎng)流速0.7～1m/s，經(jīng)計算需要旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)3套，濾網(wǎng)寬4m，采用網(wǎng)外雙面進水的型式，最低水位取水尺寸4m×10m(高)，過網(wǎng)流速0.75m/s。旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸5mm×5mm～10mm×10mm。因此工程采用旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的型式。

b.旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)布置。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)寬4m，其水深達40m，鋼絲網(wǎng)采用不銹鋼。共需3套旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，進水型式采用雙面網(wǎng)外進水內(nèi)出水，每孔旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)長45×2m，水下濾網(wǎng)轉(zhuǎn)彎半徑1610mm。

c.攔污柵布置。進水攔污柵3孔，攔污柵寬8m，共設(shè)3組。按著進水水流方向，取水最前端為檢修閘門，順次為攔污柵、分層工作閘門、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)、檢修門、整流區(qū)、洞前檢修門。3孔布置可保證濾網(wǎng)、攔污柵檢修不停止供水，并滿足供水70%。最后頭部布置3孔攔污柵，每個攔污柵寬8m，攔污柵最大流速0.51m/s，頭部總長64.2m，寬34m。

d.旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)反沖洗水量確定。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的反沖洗按著連續(xù)沖洗考慮，因此反沖洗總水量為3套旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)同時沖洗水量。由廠家提供的數(shù)據(jù)可知，每套旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)的沖洗水量為53m3/h，沖洗水壓力要求0.2MPa，考慮該工程水質(zhì)漂浮物季節(jié)性比較強，一年當中大部分時間水質(zhì)比較清澈，可不沖洗格網(wǎng)，因此該工程布置3臺水泵，分別對應(yīng)一套旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，通過管路連通實現(xiàn)互為備用，同時可滿足懸浮物最大量時的連續(xù)沖洗。水泵選用深井潛水泵，布置在頭部整流室，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)的驅(qū)動部分布置在上層地面，高程140.5m，反沖洗系統(tǒng)布置的高程142.5m，水庫的最低水位108m，所以水泵的凈揚程Hn=142.5-108=34.5m，沖洗水嘴壓力要求0.2MPa，水泵揚水管的水頭損失考慮2m，富裕水頭2m，則水泵全揚程H=34.5+20+2+2=58.5m，單泵流量q=53m3/h，選擇型號為200QJ(R)50—60/4潛水泵3臺，單泵額定流量Q=50m3/h，揚程H=60m，轉(zhuǎn)速n=2900r/min，配套電機型號YQS(U)200—15，單機容量N=15kW。

e.旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)驅(qū)動裝置。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)驅(qū)動裝置容量為每套7.5kW，電壓等級380V。取水頭部金屬結(jié)構(gòu)變更后的布置取水口增加旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)以提高系統(tǒng)安全，濾網(wǎng)寬4m，根據(jù)旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)過流計算，選用3扇旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)。取水口由取水閘門段、旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)段、收縮段、快速閘門段組成，總長64.2m。取水閘門段長22.8m，寬34m。設(shè)有檢修門槽﹑攔污柵、3層取水工作門。攔污柵為3孔6m寬，攔污柵過柵流速0.8m/s，柵條間距100mm。3層取水窗口底高程分別為98m、108m、117m，每層設(shè)置3孔6m×6m工作門，其縱向錯開布置。取水口閘邊墩3.5m，中墩4.5m。邊墩外側(cè)設(shè)有檢修閘門庫。在中墩下游側(cè)130m高程設(shè)置檢修閘門井。旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)段長14.9m，寬34m，底板頂高程98m，底板厚3m，基礎(chǔ)底高程95m，邊墻最小厚度2.5m，中墩最小厚度2.5m，墩頂高程140.5m，上部設(shè)置濾網(wǎng)檢修室。設(shè)有雙側(cè)進水的自動旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)寬4m，每套濾網(wǎng)后面設(shè)置1孔寬2.9m事故檢修閘門門槽。3孔事故檢修閘門門槽配備1扇事故檢修閘門。攔污柵及其前后的事故檢修閘門共用1臺門式啟閉機啟閉，同時門機下部懸掛攔污柵自動清污設(shè)備。收縮段長15.88m，由24m收縮至6m，收縮角度45°。靠近隧洞檢修快速閘門端設(shè)有集水井，井長4m，底高程95m。集水井后設(shè)隧洞進口事故閘門，快速閘門段長10.62m，閘門底坎高程96.5m，閘門孔口尺寸6m×6m。上部設(shè)置快速閘門啟閉機室。

3.6 旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)運行

為避免漂浮物進入隧洞和管道，對系統(tǒng)調(diào)流調(diào)壓設(shè)施形成危害，在取水頭部工作門后設(shè)置3套旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)，濾網(wǎng)寬4m，水深達40m，采用網(wǎng)外雙面進水的型式，最低水位取水尺寸為4m×10m(高)，過網(wǎng)流速0.75m/s。旋轉(zhuǎn)格網(wǎng)的網(wǎng)眼尺寸10mm×10mm。每孔旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)長45×2m，水下濾網(wǎng)轉(zhuǎn)彎半徑1610mm。當網(wǎng)前后水位差達到200mm(或者其他設(shè)定值)時，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)將自動啟動，運行30min；當水位差回落到200mm以下時，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)將停止運行[6]。當水質(zhì)較為潔凈時，旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)一般設(shè)定4～8h啟動1次，運行30min(事先調(diào)好)。

4 結(jié) 論

大伙房水庫水質(zhì)受季節(jié)影響較大，汛期漂浮物、懸浮物較多，水體藻類較多，對長距離引水輸水系統(tǒng)安全及水質(zhì)影響較大，如何在不影響水庫正常運行條件下，通過工程措施取得較優(yōu)水體并確保系統(tǒng)安全，是一個難題。該工程運用“水下爆破，明開前庭，多層取水”方案，設(shè)置國內(nèi)最大規(guī)格旋轉(zhuǎn)濾網(wǎng)使水質(zhì)進一步得到保證，提高了系統(tǒng)安全性。取水工程采取分層取水方式，在不同水位條件下，通過開啟分層窗口，可以避開漂浮物并減少水體藻類以取得較好水質(zhì)，滿足城市生活用水需求。

[1] 董婷婷.基于DEM的清河流域大中小型河流特征值自動提取[J].水利規(guī)劃與設(shè)計，2014(10)：26-29.

[2] 汪世國.瑪納斯河流域水資源優(yōu)化配置系統(tǒng)研究[J].水利建設(shè)與管理，2010(5)：72-75.

[3] 尹亭.電網(wǎng)EMS系統(tǒng)全數(shù)據(jù)記錄分析之研究[J].中國水能及電氣化，2015(1)：33-35，32.

[4] 楊錦華.佛寺水庫水源飲水安全與水環(huán)境保護[J].水利技術(shù)監(jiān)督，2006(3)：50-52.

[5] 李民，柳楊，汪海平.監(jiān)測自動化的發(fā)展及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對其的影響[J].中國農(nóng)村水利及電氣化，2005(Z1)：52-54.

[6] 遼寧省水利廳.遼寧省水利基礎(chǔ)信息集[M].北京：中國水利水電出版社，2013.

Research on water intake head engineering design in Dahuofang Reservoir Water Conveyance Project

LIU Yanfen

(YixianWaterConservancySurveyandDesignTeam,Jinzhou121100,China)

Dahuofang Reservoir Water Conveyance Stage II Project mainly refers that water diverted into Dahuofang Reservoir in stage I project is conveyed and supplied to downstream water-demand cities effectively through tunnel and water pipeline. The project ensures the water quality of urban domestic water quality through adopting layered water acquisition mode and other measures by setting trash rack and rotary filter screen. Layered water acquisition problem in the constructed deep-water reservoir bank is better solved, thereby providing more experience for similar projects.

water conveyance project; water intake; drain grating system; trash rack; rotating filter screen

10.16616/j.cnki.11- 4446/TV.2017.01.009

TV672

A

1005-4774(2017)01- 0032- 04