小型水库输水设施设计方案探讨

吴坚定

（平江县水利水电勘测设计院 岳阳市 414500）

1 平江县小型水库输水设施概况

在湖南省平江县的33座小 （Ⅰ）型、178座小（Ⅱ）型水库输水设施主要是采用涵卧管输水，少数取水口采用启闭塔，极少数采用其它取水方式，如碧源堰水库、鹅食盘水库采用出口闸阀控制钢管取水。小型水库输水设施主要包括进口取水设施、过水涵洞及之间连接池（消力井）。取水设施有分级卧管式、斜拉闸门式、塔式等；输水有坝下涵管、隧洞。图1为小型水库输水设施主要构造。

图1 小型水库输水设施主要构造

小型水库大都是在20世纪60、70年代修建的土石坝，受当时资金、技术限制，输水设施采用条石箱涵或瓦涵和浆砌条石卧管，运行过程中大都存在漏水现象，威胁大坝安全运行。除险加固后少数开挖了隧洞，重建了卧管。大部份是对卧管进行修补，运行不久就脱落裂缝，渗漏仍旧严重。原涵管老化后易冲刷断陷，造成大坝沉洞、滑坡、穿孔或哑管等险情，又不易更换。现有小型水库运行中，出现频率较高的坝下涵管堵塞（哑管）险情对水库大坝威胁严重，在汛期不能控制汛前水位来安全渡汛；在灌溉时期不能放水抗旱发挥水库效益。出现此险情常在坝顶上采用虹吸管，运行管理复杂繁锁，效益较低，并且险情未被解除。分析“哑管”原因，涵管尺寸较小，质量差，有的涵管存在弯道，加上水流速度经过消力井后减小，水流中夹带物易沉降淤积堵塞涵管，再就是涵管本身条石老化，断裂堵塞涵管。

2 除险加固设计

近些年国家加重扶持小型病险水库加固除险，为彻底解决此险情，我们对所有除险加固水库输水设施进行了优化设计。对有条件的水库都采用隧洞输水，并对隧洞进行钢混凝土衬砌，同时做好回填灌浆，封堵坝下原涵管；需采用涵卧管，采用PVC管作内模，外现浇钢筋混凝土，隧洞或涵管，以人能进出适宜。因坝下涵管对大坝安全运行存在隐患，加上基础必须落在岩基上，除险加固施工需截坝，坝高时施工难度较大，输水除险方案推荐采用隧洞，避免输水运行对大坝安全运行的不良影响。所以全县在小（Ⅱ）型水库处险中对输水设施都采用统一的除险模式（卧管加隧洞)，卧管采用Φ300 PVC作内模，放水孔 Φ150 PVC 作内模，卧管台阶高（0.3～0.35）m，放水隧洞采用净空为1.0 m×1.6 m，顶部为半圆拱，消力井采用净空为1.0 m×1.6 m×1.6 m。

取水口设计型式多样，小型水库大都在实践中探索，根据需要设置不同的取水口设施。我们在饮用水取水中设计了“浮筒式”取水设施，并取得了良好的效果。

灌溉型水库通常用卧管放水，这种型式是沿山坡修筑台阶式斜卧管，在每个台阶上设进水口，孔径（100～300）mm，也有采用方形进水口，用木（混凝土）塞或闸门控制放水，卧管的最高处设通气孔，下部与消力池或消能井相连，使水流在消力池（井）内充分消能，平稳水流，再经坝下涵管（或隧洞）送至下游渠道。它的优点是：结构简单、施工方便，并可放温度较高的表层水，该层水含氧较高，对农作物生长有利，其缺点是孔口较多，容易漏水，木塞闸门运行操作不便，不易准确控制引水流量。此类取水方式全县90%以上小型水库都采用。

采有斜接闸门式，这种进水口型式沿库区山坡或上游坝面的斜坡上设置闸门轨道，进水口在斜坡底部，启闭机安装在山坡平台上或坝顶。这种布置方式构造简单、操作方便、造价低、启闭力小，取用水库底层水。其缺点闸门倾斜，不易靠自重关闭闸门，检修困难，对于多泥沙及水头较高时不宜采用。如丁溪水库、官塘水库、五星水库等在除险加固前采用此方式取水，又叫磨盘式闸门。除险加固后都改为塔式取水和卧管取水。

塔式取水方式主要用于水头较高、流量较大、水量控制要求较严的取水方式，灌溉取水多做成分层取水的封闭塔。病险水库除险加固后有几座小（Ⅰ）型水库改用此取水方式，如五星、江东水库，多用在隧洞取水口。

小型水电站建有水库进行调节，其取水一般采用钢管和隧洞结合，出口利用闸阀控制，进口设置拦污删和检修闸门。

为人畜安全饮水，城乡供水一体化需要，建有专供饮水的水源水库，此类水库取水设施与灌溉取水有不同之处，需取水库中水质较好的中上层水，因此，需对放空供水底孔取水口布置进行调整，实施分层取水。

根据水质监测和运行经验，在小型水源水库水面以下（1～2）m范国内取水较理想。为解决此类取水，我们设计采用浮筒式取水，浮筒可根据取水管大小采用不同型式，小型的一般做成“筒”型并锚定，浮筒可以随水上下浮动。再将取水头挂在浮洞下，控制取水位置在水面以下1.0 m左右。图2所示为平江县万古村饮水工程取水设计，在水源水库铺设了二根钢管，一根为放空管（低涵），用于放水与排放库内深层污水；另一根为水厂取水管，在库内采用浮筒带软管取面层水，避免水库中下层因缺氧生成的悬浮、胶状物，确保原水水质。软管与钢管相联，二根钢管都通至下游坝脚闸阀房，由闸阀控制放水，水厂取水，输水管从闸阀房中将水引出。

图2 平江县万古村饮水工程取水设计布置

若为取水较大的饮水工程，取水软管可用钢管替代，浮筒采用浮船，钢管采用万向节与下端相连，上端挂控在浮船上，取水头水深可根据需要调节，在尧塘水库中饮用水取水设施优化正以此方式进行改造。

3 结 语

总之，输水设施型式多样，取水方式应根据需要设置，保障用水要求，确保运行安全和操作方便，适用可靠的原则不断进取，优化设计；输水方式采用隧洞，并应考虑人员进出检修，在土石坝中不宜布置涵管。

1 郑万勇，杨振华.水工建筑物[M].郑州：黄河水利出版社，2004.

2 唐素娟，汤文，周剑雄，等.水库分层取水方案的探讨[J].小水电，2011，（2）.