水庫(kù)自壓供水設(shè)計(jì)管理論文

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隨著工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展，人口的逐漸增加，城市化進(jìn)程的加快，使本來(lái)就十分緊張的水資源更加危急，為充分合理利用水資源，各級(jí)水利部門(mén)選擇的共同突破點(diǎn)就是大、中、小型水庫(kù)灌區(qū)防滲配套建設(shè)，特別是對(duì)有自壓條件的中、小型水庫(kù)灌區(qū)實(shí)施管灌、噴灌、微噴灌、滴灌等先進(jìn)灌水方法，建設(shè)自壓供水水廠，解決人畜及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、生活用水，達(dá)到節(jié)約用水、合理科學(xué)用水的目的。如何成功將水源工程與用水系統(tǒng)聯(lián)接，滿足供水系統(tǒng)壓力要求，是水庫(kù)自壓供水的一個(gè)技術(shù)難題。該技術(shù)引起了費(fèi)縣水利部門(mén)的高度重視，幾年來(lái)抽出專(zhuān)門(mén)工程技術(shù)人員，從事中、小型水庫(kù)自壓節(jié)水灌溉技術(shù)和水庫(kù)自壓供水水廠技術(shù)開(kāi)發(fā)研究，現(xiàn)已建成自壓供水工程8處,發(fā)展大棚瓜菜滴灌、管灌2khm2，糧田噴灌1.5khm2，年增糧食920萬(wàn)kg，建自壓供水水廠2處，解決吃水人口2.5萬(wàn)人，年供水能力182萬(wàn)m3，年增經(jīng)濟(jì)效益1652萬(wàn)元，年節(jié)約燃料動(dòng)力費(fèi)84萬(wàn)元，該系列課題多次獲市、縣科技進(jìn)步獎(jiǎng)，在自壓供水方面也積累了一些經(jīng)驗(yàn)。現(xiàn)僅就首部系統(tǒng)取水方式及應(yīng)注意的問(wèn)題簡(jiǎn)述如下，以供參考。

1引水工程形式分析

1.1從水庫(kù)放水洞引水

該縣水庫(kù)放水洞多采用有壓涵管、有壓涵洞、無(wú)壓涵洞等幾種形式，為充分利用水庫(kù)水位壓力發(fā)展自壓供水，不同形式放水洞的水庫(kù)自壓引水應(yīng)采取不同的工程技術(shù)措施。

1.1.1有壓涵管或有壓涵洞自壓供水

從水庫(kù)放水洞有壓涵管或有壓涵洞引水進(jìn)行自壓供水，應(yīng)以不影響水庫(kù)調(diào)洪和其它方面的供水，且壓力不超過(guò)原設(shè)計(jì)壓力為原則，把放水洞出口進(jìn)行改造，安裝三通管進(jìn)行供水分流，并分別安裝閘閥或閥門(mén)，以滿足不同的供水要求。

1.1.2無(wú)壓放水涵洞自壓供水

無(wú)壓放水涵洞是設(shè)在水庫(kù)放水閘下游的無(wú)壓放水廊道，廊道多為拱形，斷面較大，水庫(kù)放水時(shí)，廊道內(nèi)水流為自由出水，無(wú)有壓力。從這種形式的放水洞內(nèi)進(jìn)行有壓引水，需在放水涵洞內(nèi)安裝壓力管道，其壓力管鋪設(shè)有兩種形式：一種是將壓力管道直接接到放水洞入口，原放水洞閘門(mén)即為壓力管總閘，接頭預(yù)埋鋼筋用混凝土或漿砌石固定，不得滲漏。這種方法即把原無(wú)壓放水涵洞改為有壓放水涵管，放水涵管按所用材料分鋼筋混凝土管、鋼管、鑄鐵管、PVC塑料管、PE塑料管，不論采用何種管材，均應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程施工，并加以保護(hù)。優(yōu)點(diǎn)是不受水庫(kù)水位的限制，施工條件較好，是水庫(kù)自壓供水較理想的連接方式。另一種是把壓力管在洞內(nèi)局部布設(shè)，在原放水洞水閘一側(cè)直通水庫(kù)，取水不受原放水洞閘門(mén)控制，此法缺點(diǎn)是放水洞放水時(shí)易沖刷洞內(nèi)壓力管，安裝時(shí)應(yīng)搞好管道固定，施工難度大，且受庫(kù)內(nèi)水位限制，只能降至一定水位時(shí)方可施工，這種接法一般不宜采用。

1.2破壩引水

破壩引水需對(duì)壩體進(jìn)行大開(kāi)挖，然后安裝有壓管道進(jìn)行自壓引水，這種方法需要破壞壩體，施工難度大，造價(jià)高，還有可能危及大壩安全，一般情況下不宜采用。

1.3倒虹吸引水

倒虹吸引水可把虹吸管埋設(shè)于壩坡下面，不需大范圍破壩，施工較簡(jiǎn)單，可縮短工期，節(jié)約投資，但需要抽真空設(shè)備，運(yùn)行管理要求嚴(yán)格，對(duì)管材質(zhì)量要求也較嚴(yán)格，其安裝高度需經(jīng)嚴(yán)格的水力計(jì)算。

2引水系統(tǒng)首部設(shè)計(jì)應(yīng)注意的問(wèn)題

自壓引水系統(tǒng)首部設(shè)計(jì)包括取水頭部設(shè)計(jì)、引水管道計(jì)算、引水口安裝高度，對(duì)倒虹吸管引水系統(tǒng)還應(yīng)計(jì)算倒虹吸管的安裝高度及抽真空設(shè)備的計(jì)算和選擇等。

2.1取水頭部的設(shè)計(jì)

取水頭部是取水工程的組成部分，主要作用是防止浮漂物等吸入管道，運(yùn)行中最大問(wèn)題是防止泥砂淤積和雜草阻塞。取水頭部形式很多，而作為水庫(kù)自壓取水的取水系統(tǒng)應(yīng)是構(gòu)造簡(jiǎn)單，安裝方便，易于檢修，使用效果較好的取水頭部。

取水頭部應(yīng)設(shè)在足夠的水深處，且底層進(jìn)水孔下緣距水體底部不得小于1.0m，進(jìn)水孔上緣在設(shè)計(jì)最低水位下的淹沒(méi)深度，頂部進(jìn)水時(shí)不小于0.5m，側(cè)面進(jìn)水時(shí)不少于0.3m，虹吸管和倒虹吸管進(jìn)水時(shí)不小于1.0m。設(shè)計(jì)時(shí)取水頭部進(jìn)水孔流速不宜過(guò)大或過(guò)小，水庫(kù)引水進(jìn)水孔流速一般取0.2m—0.6m/s。

2.2引水管道計(jì)算

引水管道計(jì)算包括管道直徑的選擇和水頭損失的計(jì)算，設(shè)計(jì)時(shí)管道直徑應(yīng)由流速確定，還要兼顧水頭損失綜合考慮，自流管管內(nèi)流速，一般不小于0.6m/s，虹吸管管內(nèi)流速，一般為1.0—1.5m/s，最小不宜小于0.6m/s。

2.3引水口安裝高度

引水口安裝高度不僅應(yīng)滿足下游用水系統(tǒng)的水壓要求，還應(yīng)滿足取水頭部安裝尺寸要求，并且要結(jié)合水庫(kù)水位和人畜飲水、工業(yè)供水和節(jié)水灌溉的設(shè)計(jì)保證率(一般為95%)綜合考慮，合理確定供水范圍、引水流量和引水口安裝高度。

2.4倒虹吸管引水系統(tǒng)計(jì)算

倒虹吸管除應(yīng)計(jì)算管徑及進(jìn)水口安裝高度外，還應(yīng)計(jì)算管頂最大允許安裝高度和啟動(dòng)系統(tǒng)的計(jì)算和選擇，倒虹吸管的啟動(dòng)一般采用真空泵抽真空充水啟動(dòng)。

2.5取水首部設(shè)計(jì)應(yīng)注意的其它問(wèn)題

2.5.1所選管道應(yīng)經(jīng)濟(jì)耐用，系統(tǒng)不漏水、漏氣，管路應(yīng)固定，接口要牢固。

2.5.2不能影響大壩的安全，對(duì)倒虹吸管應(yīng)采取一定的措施，防止水位過(guò)高時(shí)，水流沿管壁滲漏危及壩體安全。

2.5.3取水系統(tǒng)的選擇應(yīng)進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較合理選用。

2.5.4不同供水系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)有不同的要求，要根據(jù)要求安裝過(guò)濾設(shè)備。

2.5.5為充分利用水庫(kù)水壓，必要時(shí)在用水系統(tǒng)安裝管道加壓泵，以便在水壓達(dá)不到要求時(shí)用來(lái)增加管道壓力。

2.5.6引水系統(tǒng)首部設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)進(jìn)行地基承載力和管道(或涵洞)壓力校核。

3設(shè)計(jì)與應(yīng)用實(shí)例

3.1黃崖水庫(kù)低壓管道灌溉工程取水系統(tǒng)首部設(shè)計(jì)及應(yīng)用

位于費(fèi)縣大田莊鄉(xiāng)的黃崖水庫(kù)為小(一)型水庫(kù)，總庫(kù)容186萬(wàn)m3，興利庫(kù)容131.5萬(wàn)m3，設(shè)計(jì)灌溉面積266.6hm2，放水洞為無(wú)壓隧洞，底高程162.4m，設(shè)計(jì)流量為2.5m3/s，放水洞長(zhǎng)度51m，該水庫(kù)灌區(qū)由于灌水方法落后，渠系配套差，浪費(fèi)水極為嚴(yán)重，水的有效利用系數(shù)不足0.4，不能滿足日益發(fā)展的農(nóng)業(yè)灌溉需要，1999年9月實(shí)施自壓低壓管道灌溉工程措施，設(shè)計(jì)引水流量0.3m3/s。不同材料、不同取水方式計(jì)算成果列表如下：黃崖水庫(kù)自壓供水不同管材及取水方式計(jì)算成果表．

由上述計(jì)算成果經(jīng)經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析，采用了施工簡(jiǎn)單、造價(jià)低的不用原放水閘控制將UPVC塑料管沿原放水洞一側(cè)入庫(kù)的工程方案，并在引水口安裝了箱式取水頭部，其水壓、安裝高度均符合要求，運(yùn)行狀況良好。

3.2高家圍子自壓供水首部系統(tǒng)

高家圍子水庫(kù)為小(一)型水庫(kù)，位于方城鎮(zhèn)境內(nèi)，總庫(kù)容237萬(wàn)m3，其中興利庫(kù)容139.5萬(wàn)m3，1998年在該水庫(kù)建成自壓供水水廠，向該鎮(zhèn)及周?chē)迩f供水，由于該水廠的供水范圍擴(kuò)大，水廠需擴(kuò)建，并需要對(duì)水庫(kù)無(wú)壓放水涵洞進(jìn)行改造，經(jīng)過(guò)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，擬采用Φ800鋼管混凝土承插管，直接與原放水閘底座連接的方案，在涵管進(jìn)出口預(yù)留鋼筋，用以與原放水閘和出口三通管連接，承插口對(duì)接后在接縫內(nèi)澆筑環(huán)氧樹(shù)脂砂漿。

3.3后樓水庫(kù)自壓供水首部系統(tǒng)

后樓水庫(kù)位于汪溝鎮(zhèn)境內(nèi)，總庫(kù)容296萬(wàn)m3，其中興利庫(kù)容134萬(wàn)m3，放水洞為鋼筋混凝土壓力涵管，在進(jìn)行自壓供水改造時(shí)，把涵管出口進(jìn)行處理，露出原有涵管鋼筋，焊接鋼筋并澆筑混凝土三通管，在三通管出口分別安裝了蝴蝶閥和閘閥，達(dá)到了工程設(shè)計(jì)要求，滿足工程運(yùn)行需要，效果良好。

參考文獻(xiàn)：

1、楊天·節(jié)水灌溉技術(shù)手冊(cè)·第1版·北京·中國(guó)大地出版社·2002

2、水利部農(nóng)村水利司編·供水系統(tǒng)設(shè)計(jì)·第1版·北京·水利電力出版社·1995

作者簡(jiǎn)介：劉乃行，男，1971年5月出生，山東省費(fèi)縣人，工程師,從事水利工程建設(shè)管理工作

王兆鵬，男，1963年4月出生，山東省費(fèi)縣人，高級(jí)工程師，農(nóng)水站站長(zhǎng)