德厚水庫引水隧洞塔式進(jìn)水口分層取水設(shè)計(jì)

冉海林 楊必嫻

(云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

德厚水庫引水隧洞塔式進(jìn)水口分層取水設(shè)計(jì)

冉海林 楊必嫻

(云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，云南 昆明 650021)

為實(shí)現(xiàn)取用水庫表層優(yōu)質(zhì)水，減輕下泄深層低溫水對(duì)人畜飲水安全及農(nóng)作物生長和下游水生生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，德厚水庫采用“平面重合、立面分層、一電多控”的平面鋼閘門分層取水。各取水口在平面布置上重合，立面分設(shè)于進(jìn)水塔不同高程，多扇取水閘門共用一個(gè)門槽和一套啟閉設(shè)備。該方案具有結(jié)構(gòu)布置簡單、土建及金屬結(jié)構(gòu)工程量小、工程投資少，運(yùn)行操作及養(yǎng)護(hù)維修簡單方便等優(yōu)點(diǎn)，可供類似工程設(shè)計(jì)借鑒。

塔式進(jìn)水口；分層取水；德厚水庫；引水隧洞

1 工程概況

德厚水庫位于云南省文山州文山市德厚鎮(zhèn)，是一座以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，兼顧一定發(fā)電功能的大(2)型水利樞紐。水庫壩址以上流域面積565km2，死水位為1341.5m，正常蓄水位為1377.5m，校核洪水位為1980.27m；水庫死庫容為306萬m3，正常蓄水位相應(yīng)庫容為9281萬m3，總庫容1.13億m3，為多年調(diào)節(jié)水庫。樞紐主要由大壩、溢洪道、導(dǎo)流泄洪隧洞、引水隧洞及團(tuán)結(jié)大溝輸水隧洞等組成。大壩為黏土心墻堆石壩，最大壩高70.9m。

2 引水隧洞功能及布置

2.1 引水隧洞功能

除庫水位高于1370m時(shí)可由團(tuán)結(jié)大溝輸水隧洞向馬塘黃龍壩區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉供水外，其余的水庫供水均由引水隧洞取水供給。引水隧洞主要功能包括：?平遠(yuǎn)片供水；?馬塘、花莊片供水；?馬塘工業(yè)供水；?壩后電站用水；?下游河道生態(tài)用水。隧洞最大設(shè)計(jì)引水流量9.35m3/s，最小設(shè)計(jì)引水流量5.04m3/s。

2.2 引水隧洞布置

德厚水庫引水隧洞布置于右岸，根據(jù)供水需要采用有壓隧洞。引水隧洞進(jìn)口底板高程為1337.2m，由引渠段、塔式進(jìn)水口及洞身段組成，隧洞全長347.95m，其中，引渠段長11.25m，塔式進(jìn)水口長13.5m，洞身段長323.2m。洞身斷面為直徑2.2m的圓形斷面，末端與壓力鋼管相接。

3 分層取水緣由

已建水利水電工程資料調(diào)查[1-3]顯示，具有多年調(diào)節(jié)性能的深庫高壩，庫水具有以下特性：?水溫垂向分層現(xiàn)象明顯，表層水溫高、深層水溫低；?深層水存在一些礦物指標(biāo)超標(biāo)，如Fe、Mn、N、P超標(biāo)等；?深層水體富營養(yǎng)化，具有一定的腥臭味。綜上所述，深層取水不能提供優(yōu)質(zhì)水源，難以保障供水質(zhì)量。

德厚水庫工程任務(wù)以城鄉(xiāng)生活和工業(yè)供水、農(nóng)業(yè)灌溉為主，工程供水水質(zhì)的好壞直接關(guān)系到當(dāng)?shù)厝嗣袢罕姷娘嬎踩肮まr(nóng)業(yè)的健康發(fā)展。水庫正常運(yùn)行水位變幅達(dá)36m，為了保障取水水質(zhì)，減輕下泄深層礦物質(zhì)超標(biāo)、富營養(yǎng)化、低溫水對(duì)人畜飲水安全及農(nóng)作物生長和下游生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生不利影響，根據(jù)環(huán)評(píng)要求，需進(jìn)行分層取水，以實(shí)現(xiàn)取用水庫表層優(yōu)質(zhì)水。

4 分層取水方案設(shè)計(jì)

4.1 分層取水口底板高程確定

總結(jié)國內(nèi)已建工程分層取水口高程布置經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合該工程環(huán)評(píng)論證結(jié)果，分層取水口底板高程布置如下：水庫最大壩高70.9m，正常蓄水位1377.5m，死水位1341.5m，高差達(dá)36m，為取到優(yōu)質(zhì)原水，確定分4層取水。取水口底板高程分別為：1號(hào)取水口1368.5m，2號(hào)取水口1358.5m，3號(hào)取水口1348.5m，4號(hào)取水口1337.2m(與引水隧洞進(jìn)口底板高程相同)。

4.2 分層取水結(jié)構(gòu)布置

分層取水設(shè)施采用“平面重合、立面分層、一電多控”的平面鋼閘門。4層取水口在平面布置上重合，立面分設(shè)于進(jìn)水塔不同高程，各取水口閘門孔口尺寸均為2.2m×2.2m。4扇取水閘門共用一個(gè)門槽，在每孔門槽孔口底部設(shè)置定位鎖定，依靠每扇閘門不同尺寸的橫向外伸鎖定定位每扇閘門位置；4扇閘門共用一臺(tái)前后移動(dòng)的臺(tái)車，通過一套專用的自動(dòng)液壓式抓梁控制閘門。運(yùn)行時(shí)根據(jù)庫水位變化情況開啟相應(yīng)的取水閘門，關(guān)閉的下部閘門浸泡在水中擋住深層水流，在平面鋼閘門與引水隧洞進(jìn)口間形成豎向流道，以達(dá)到取表層優(yōu)質(zhì)水的目的。進(jìn)水塔頂部設(shè)置2個(gè)門庫，平時(shí)閘門開啟時(shí)放置于門庫中。取水口前從進(jìn)水塔底板至塔頂檢修平臺(tái)垂直布置1道攔污柵，孔口尺寸為3.2m×44.3m。進(jìn)水塔下游側(cè)設(shè)置2.2m×2.2m事故閘門一道，事故閘門后設(shè)置直徑0.6m的通氣孔。分層取水剖面結(jié)構(gòu)如圖1、圖2所示。

圖1 分層取水縱剖面結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 取水閘門槽剖面示意圖

4.3 分層取水金屬結(jié)構(gòu)配套設(shè)計(jì)

4.3.1 攔污柵

分層取水口前從進(jìn)水塔底板至塔頂檢修平臺(tái)垂直布置1道攔污柵，孔口尺寸為3.2m×44.3m，設(shè)計(jì)水頭為4m，攔污柵采用疊梁門式設(shè)計(jì)，每節(jié)攔污柵在邊梁處采用穿軸連接。每節(jié)攔污柵均采用實(shí)腹板焊接組合工字鋼梁，自潤滑復(fù)合材料式滑道主支承，并設(shè)有反向、側(cè)向支承和節(jié)間對(duì)位等裝置。攔污柵采用懸掛機(jī)械式清污機(jī)清污和提柵清污方式，清污耙斗為全跨懸掛式設(shè)計(jì)，清污機(jī)安裝在臺(tái)車式啟閉機(jī)上，為前后一體結(jié)構(gòu)。清污機(jī)可在動(dòng)水不停機(jī)情況下連續(xù)清污。攔污柵上、下游側(cè)均設(shè)有水位計(jì)，測量柵前、柵后水位差，在水頭差大于0.5m時(shí)應(yīng)及時(shí)清污，攔污柵的最大過柵流速不超過1m/s。攔污柵檢修或提柵清污時(shí)，可由GT630的臺(tái)車通過一套專用的平衡梁與攔污柵連接，完成整體提柵檢修和提柵清污。

4.3.2 取水閘門

4扇取水閘門孔口尺寸均為2.2m×2.2m，隨其孔口位置高程不同閘門設(shè)計(jì)水頭分別為：1號(hào)：10m、2號(hào)：20m、3號(hào)：30m、4號(hào)：41m。1～3號(hào)閘門均采用P45型環(huán)形水封，上游止水，主支承為自潤滑復(fù)合材料滑道；4號(hào)閘門采用P45型頂側(cè)水封，板式底水封，上游止水，主支承為自潤滑復(fù)合材料滑道。平時(shí)閘門開啟時(shí)放置于進(jìn)水塔頂部門庫中，關(guān)閉的閘門浸泡在水中，其操作條件均為靜水啟閉。4扇閘門共用一個(gè)門槽，在每孔門槽孔口底部設(shè)置定位鎖定，依靠每扇閘門不同尺寸的橫向外伸鎖定定位每扇閘門位置。4扇閘門共用一臺(tái)前后移動(dòng)的臺(tái)車，通過一套專用的自動(dòng)液壓式抓梁控制閘門，臺(tái)車升力為630kN，揚(yáng)程為45m。

4.3.3 事故閘門

事故閘門孔口尺寸為2.2m×2.2m，設(shè)計(jì)水頭41m，閘門采用P45型頂側(cè)水封，板式底水封，下游止水，懸臂式定輪主支承設(shè)計(jì)。平時(shí)閘門鎖定在門槽頂部，其操作條件為動(dòng)水閉門小開度充水平壓后靜水提門。閘門啟閉機(jī)采用一臺(tái)高揚(yáng)程卷揚(yáng)機(jī)。

5 分層取水方案評(píng)價(jià)

傳統(tǒng)分層取水多采用“平面交錯(cuò)、立面分層”式[4]或疊梁門式[5]。

平面交錯(cuò)、立面分層式取水布置形式相對(duì)復(fù)雜，結(jié)構(gòu)尺寸較大，土建工程量及投資較大。疊梁門分層取水高度靈活可調(diào)，經(jīng)過嚴(yán)格的管理與精細(xì)的控制能夠能充分取到表層水，但該方案存在如下問題：?閘門節(jié)數(shù)多，結(jié)構(gòu)布置上需增加儲(chǔ)門槽數(shù)量；?為防止運(yùn)行中疊梁閘門在操作中發(fā)生混淆，每節(jié)閘門需能互換，因此，在閘門設(shè)計(jì)上每節(jié)閘門均需按最高水頭設(shè)計(jì)，工程量大；?疊梁閘門的節(jié)間封水效果一旦不能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)(制造、安裝及調(diào)試都是造成封水效果不理想的原因)，漏水量將很大；?門槽的平直度和每一節(jié)疊梁閘門的門頂制造精度偏差都會(huì)對(duì)自動(dòng)抓梁成功抓取閘門產(chǎn)生影響，而多節(jié)疊梁閘門增加了更多的不確定性；?疊梁閘門的日常維護(hù)工作量大，且靠底部的幾節(jié)閘門維護(hù)難度較大[6]。

與傳統(tǒng)分層取水方案相比，德厚水庫工程分層取水方案每層取水口在平面布置上重合，立面分設(shè)于進(jìn)水塔不同高程處，多扇取水閘門共用一個(gè)門槽和一套啟閉設(shè)施，在每孔門槽孔口底部設(shè)置定位鎖定，依靠每扇閘門不同尺寸的橫向外伸鎖定定位每扇閘門位置。該方案分層取水結(jié)構(gòu)布置簡單，土建工程量小，同時(shí)，采用“一電多控”的啟閉方法，充分節(jié)約了工程投資。從技術(shù)及運(yùn)行維護(hù)方面來看，采用平面鋼閘門分層取水，技術(shù)成熟、結(jié)構(gòu)可靠、耐久性好、操作簡單，平常閘門維修養(yǎng)護(hù)在塔頂檢修平臺(tái)上進(jìn)行，安全方便。

6 結(jié) 語

德厚水庫引水隧洞進(jìn)水口采用“平面重合、立面分層、一電多控”的平面鋼閘門分層取水設(shè)計(jì)方案，能有效改善取水水質(zhì)，基本達(dá)到取用水庫表層優(yōu)質(zhì)水的目的，滿足環(huán)評(píng)相關(guān)要求，對(duì)水資源進(jìn)行合理開發(fā)利用的同時(shí)實(shí)現(xiàn)了工程建設(shè)與生態(tài)環(huán)境的和諧發(fā)展；同時(shí)，該方案具有結(jié)構(gòu)布置簡單、土建及金屬結(jié)構(gòu)工程量小、工程投資少、運(yùn)行操作及養(yǎng)護(hù)維修簡單方便等優(yōu)點(diǎn)，其經(jīng)驗(yàn)可供類似工程設(shè)計(jì)借鑒。

[1] 吳莉莉，王惠民，吳時(shí)強(qiáng).水庫的水溫分層及其改善措施[J].水電站設(shè)計(jì)，2007,23(3):97-100.

[2] 黃劍東.上寨水庫壩前垂向與壩下水溫預(yù)測分析[J].吉林水利，2013(3):22-24.

[3] 胡曉明，吳文華，蔡新明.碗窯水庫分層取水設(shè)施設(shè)計(jì)[J].浙江水利科技，2009(6):28-29.

[4] 謝玲麗，仇金長，高文，等.聚仙廟水庫平面鋼閘門分層取水設(shè)計(jì)及應(yīng)用[J].人民黃河，2015，37(12):139-141.

[5] 邵年，廖遠(yuǎn)志，林學(xué)鋒.嘉陵江亭子口水電站進(jìn)水口分層取水口設(shè)計(jì)[J].人民長江，2014,45(4):32-35.

[6] 符鋒，陳若煒，冉海林,等.云南省文山州德厚水庫工程初步設(shè)計(jì)報(bào)告[R].昆明：云南省水利水電勘測設(shè)計(jì)研究院，2015.

Stratified Water Intake Design for Water Diversion Tunnel Tower Water Inlet in Dehou Reservoir

RAN Hailin, YANG Bixian

(YunnanInstituteofWaterHydropowerEngineeringInvestigation,Designand
Research,Kunming650021,China)

Plane steel gate stratified water intake of ‘plane superposition, elevation stratification and multi-control for one power supply’ is adopted in Dehou Reservoir in order to access of reservoir surface high-quality water, and reduce the adverse influence of discharge deep low temperature water on human and animal drinking water safety, crop growth and downstream aquatic ecological environment. All water intakes are superposed in plane layout. The elevation is respectively set at different elevation of the water intake tower. Many water intake gates share one gate slot and one set of hoisting equipment. The plan has the advantages of simple structure layout, small civil construction and metal structure engineering, little engineering investment, easy operation and maintenance, etc., and it can provide design reference for similar projects.

tower water inlet; stratified water intake; Dehou Reservoir; water diversion tunnel

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.07.014

TV674

A

1673-8241(2017)07- 0048- 04