水库卧管涵管进水口现状分析及改造型式研究★

牛利敏 高大水 严 晶

(长江勘测规划设计研究有限责任公司，湖北武汉 430010)

1 概述

我国现在已拥有各类水库大坝9.8万余座，是世界上拥有水库大坝最多的国家，水库卧管涵管等放水设施大多修建于二十世纪五六十年代，进水口设施存在结构简陋、漏水严重、淤积堵塞等问题［1，2］。虽然规定了水库的除险加固工作每5年～10年进行一次，但大坝、溢洪道等显著影响大水库安全的建筑物往往是水库除险加固的重点，而直接影响水库供水或灌溉效益的放水设施却由于资金和技术的限制，在除险加固过程中着重于通过加固或改建确保其放水功能，却忽略了现有水库卧管涵管进水口普遍存在着运行管理不便、检查维修困难、存在安全隐患等诸多问题［3，4］。本文旨在通过分析现有水库卧管涵管进水口型式现状分析及运行过程中存在的问题，研究进水口改造型式，消除水库放水设施运行管理中的安全隐患、提升放水设施的安全性能、提高水库运行管理信息化水平。

2 进水口现状分析

针对水库卧管涵管进水口存在的问题，国内外各地均作了一定研究，提出了一些水库卧管涵管进水口改造技术。根据进水口的布置及运行方式，现有进水口型式可归纳为四大类，即阀式进水口、斜拉门式进水口、塔式进水口和浮动式进水口。本节主要介绍这四种进水口的典型布置型式，并对实际工程运用过程中的优缺点进行分析。

2.1 阀式进水口

二十世纪五六十年代建设的水库卧管进水口多采用木塞、混凝土塞或泥包封堵，这种均属于阀式进水口，这种进水口在运行和管理中存在较多弊病:

1)人为操作随意性大，非管理人员安全意识不足，私自取水现象时有发生，曾多次发生因水库放水而引发的悲剧;

2)管理不便，工作人员需要经常下水操作，劳动强度大，安全系数低，无法实现自动控制的需求。

2.2 斜拉门式进水口

针对需要人工下水启闭的问题，一些省份对水库阀式进水口进行了改造［5］，如拍门式进水口、斜拉闸门式进水口，虽然这种闸门较最初的人工下水开启阀门有了较大的改进，但自身的缺点也很明显。如斜拉拍门运行稳定性较差，钢丝绳在水下易腐蚀，耐久性较差;斜拉闸门中采用钢筋混凝土或铸铁闸门操作笨重、关闭不严、自动化程度不高等问题。现有水库斜拉门式进水口一般都无法电动控制，无法实现分层取水，难以满足农作物生长及下游生态环境保护要求。

2.3 竖井式进水口

竖井式进水口包括单层进水口和多层进水口，进水口阀门一般设在竖井底部，有些采用长柄阀在工作平台人工操作，从而避免了人工下井启闭的安全问题。竖井式进水塔内未设置通风装置，人员下井检修时仍存在安全隐患，且取水塔距大坝较远，交通不便，闸阀只能手动控制，存在运行管理不便的问题。

2.4 浮动式进水口

随着社会的发展，浮动式取水装置在国内外都应用，浮动取水装置属定型产品、制造安装简单，价格低廉，可取水库表层水。浮动取水装置适用的管径一般较小，且软管容易老化使用寿命低，进口无法进行流量控制且稳定性较差，难以大规模推广应用。日本的浮子式取水塔对加工制造要求精度高且造价较高，不利于防盗保护，在我国推广应用受限制。

2.5 小结

从进水口改造技术的安全性、耐久性、防盗功能、制造工艺、自动控制功能、分层取水功能、造价等方面进行综合评价，现有水库进水口型式及改造技术的优缺点如表1所示。

综上，国内外进水口各种型式的改造技术均只能部分解决放水设施进水口存在的问题，在运行管理中仍存在各种不足，无法推广应用;放水设施以闸门或者阀门为主，但缺乏工艺简单、安全经济、稳定可靠的分层取水设施;各种进水口均只有手动操作功能，无电动操作功能和远程控制功能，自动化程度较低。随着我国水资源矛盾日益凸显和用户取水需求的日益多元化，传统的水库放水设施不仅存在着各种安全隐患和运行管理问题，而且难以满足我国节约用水、合理利用水资源的基本国策以及多元化的用户取水需求。因此，研究适用于我国水库卧管涵管进水口改造型式具有十分重要的意义。

表1 国内外现有水库进水口型式及改造技术优缺点

3 进水口改造型式研究

3.1 进水口改造原则

根据水库放水设施进水口现状问题，结合国内外小型水库放水设施进水口改造技术现状问题，进水口改造方案原则如下:

1)应满足水库不分层取水要求;

2)制造工艺简单，形成定型产品，能在现场快速装配施工;

3)尽量利用现有进水口结构，力求经济安全，具有防盗功能和较长的使用寿命;

4)进水口闸门或阀门启闭操作安全、可靠，不需人工下水操作。

考虑阀式进水口需要人工下水启闭，不能保证操作人员的安全，浮动式进水口结构存在寿命较低、取水流量较少、应用较少而难以大规模推广，同时考虑到水库进水口结构布置现状，本次进水口结构布置方案主要研究斜拉式进水口布置和取水塔式进水口布置，依据水库分层取水要求，分为多级斜拉闸门进水口方案和分层塔式进水口方案。

3.2 多级斜拉闸门

目前，国内尚无多级斜拉式进水口应用实例，对于传统的斜拉门式进水口不能实现分层取水且手动操作相对复杂的弊端提出了串联式多级斜拉门式进水口。多级进水口根据放水设施取水流量和高程要求沿同一斜坡布置，各进水口顶部均通过一套斜拉闸门及启闭设施控制，进水口采用串联式布置可利用现有卧管进水口。同时，考虑到多级斜拉进水口采用串联式布置能利用现有卧管且节省投资便于推广，其多级进水口的开启和关闭通过闸门控制，闸门通过串联栏杆与启闭机的螺杆连接，可实现手电两用操作。多级串联斜拉闸门改造型式能够实现水库的分层取水，具有整体稳定性好，操作安全可靠的特点。

3.3 分层塔式进水口

除卧管外，塔式进水口也是水库放水设施进水口较多采用的一种型式。对于现有塔式进水口存在结构或人工下井开启闸阀的问题，则采取拆除重建或加固现有进水塔的方式进行改造。分层塔式进水口采用钢筋混凝土结构，设置多层取水口，采用钢管闸阀取水，每层取水口设置工作闸阀及检修闸阀各一个，工作闸阀采用加长杆在塔顶启闭平台操作。取水塔根据流量和水深设置分层取水口，分层取水口之间采用钢管连接，取水塔与原涵管连接，钢管出水至放水涵管内。为防止塔底有毒气体聚集，取水塔内设排气管，并在塔顶工作平台设置一台排风机为取水塔内换气。分层塔式进水口改造型式应用到具体工程中可实现水库分层取水功能，并能实现在取水塔上部的操作平台上操作各级进水口阀门的开启和关闭，避免人工进入取水塔底部启闭阀门，保障工作人员安全，具有结构合理，功能实用，操作安全方便等优点。

4 结语

通过对国内外现有放水设施进水口改造技术调研研究基础上，针对现有进水口改造技术存在的安全性、耐久性、功能不完整等现状问题，提出了进水口改造原则，对进水口结构布置方案进行了深入研究。针对卧管式进水口提出了串联式多级斜拉闸门;针对塔式进水口提出了配加长杆的弹性座封闸阀的改造型式。所提出的进水口改造技术解决了现有进水口人工下水、下井启闭操作的安全问题。改造后的进水口集防盗、拦污、分层取水、流量控制等多种功能于一体，可满足手动控制、电动控制、远程控制等多种使用需求，实现了水库放水设施的安全操作、按需取水、智能控制等一体化运行管理要求。