浅谈水库自压供水首部设计的若干问题

随着工农业生产的发展，人口的逐渐增加，城市化进程的加快，使本来就十分紧张的水资源更加危急，为充分合理利用水资源，各级水利部门选择的共同突破点就是大、中、小型水库灌区防渗配套建设，特别是对有自压条件的中、小型水库灌区实施管灌、喷灌、微喷灌、滴灌等先进灌水方法，建设自压供水水厂，解决人畜及工农业生产、生活用水，达到节约用水、合理科学用水的目的。如何成功将水源工程与用水系统联接，满足供水系统压力要求，是水库自压供水的一个技术难题。该技术引起了费县水利部门的高度重视，几年来抽出专门工程技术人员，从事中、小型水库自压节水灌溉技术和水库自压供水水厂技术开发研究，现已建成自压供水工程8处,发展大棚瓜菜滴灌、管灌2khm2，粮田喷灌1.5khm2，年增粮食920万kg，建自压供水水厂2处，解决吃水人口2.5万人，年供水能力182万m3，年增经济效益1652万元，年节约燃料动力费84万元，该系列课题多次获市、县科技进步奖，在自压供水方面也积累了一些经验。现仅就首部系统取水方式及应注意的问题简述如下，以供参考。

1 引水工程形式分析

1.1 从水库放水洞引水

该县水库放水洞多采用有压涵管、有压涵洞、无压涵洞等几种形式，为充分利用水库水位压力发展自压供水，不同形式放水洞的水库自压引水应采取不同的工程技术措施。

1.1.1 有压涵管或有压涵洞自压供水

从水库放水洞有压涵管或有压涵洞引水进行自压供水，应以不影响水库调洪和其它方面的供水，且压力不超过原设计压力为原则，把放水洞出口进行改造，安装三通管进行供水分流，并分别安装闸阀或阀门，以满足不同的供水要求。

1.1.2 无压放水涵洞自压供水

无压放水涵洞是设在水库放水闸下游的无压放水廊道，廊道多为拱形，断面较大，水库放水时，廊道内水流为自由出水，无有压力。从这种形式的放水洞内进行有压引水，需在放水涵洞内安装压力管道，其压力管铺设有两种形式：一种是将压力管道直接接到放水洞入口，原放水洞闸门即为压力管总闸，接头预埋钢筋用混凝土或浆砌石固定，不得渗漏。这种方法即把原无压放水涵洞改为有压放水涵管，放水涵管按所用材料分钢筋混凝土管、钢管、铸铁管、PVC塑料管、PE塑料管，不论采用何种管材，均应严格按操作规程施工，并加以保护。优点是不受水库水位的限制，施工条件较好，是水库自压供水较理想的连接方式。另一种是把压力管在洞内局部布设，在原放水洞水闸一侧直通水库，取水不受原放水洞闸门控制，此法缺点是放水洞放水时易冲刷洞内压力管，安装时应搞好管道固定，施工难度大，且受库内水位限制，只能降至一定水位时方可施工，这种接法一般不宜采用。

1.2 破坝引水

破坝引水需对坝体进行大开挖，然后安装有压管道进行自压引水，这种方法需要破坏坝体，施工难度大，造价高，还有可能危及大坝安全，一般情况下不宜采用。

1.3 倒虹吸引水

倒虹吸引水可把虹吸管埋设于坝坡下面，不需大范围破坝，施工较简单，可缩短工期，节约投资，但需要抽真空设备，运行管理要求严格，对管材质量要求也较严格，其安装高度需经严格的水力计算。

2 引水系统首部设计应注意的问题

自压引水系统首部设计包括取水头部设计、引水管道计算、引水口安装高度，对倒虹吸管引水系统还应计算倒虹吸管的安装高度及抽真空设备的计算和选择等。

2.1 取水头部的设计

取水头部是取水工程的组成部分，主要作用是防止浮漂物等吸入管道，运行中最大问题是防止泥砂淤积和杂草阻塞。取水头部形式很多，而作为水库自压取水的取水系统应是构造简单，安装方便，易于检修，使用效果较好的取水头部。

取水头部应设在足够的水深处，且底层进水孔下缘距水体底部不得小于1.0m，进水孔上缘在设计最低水位下的淹没深度，顶部进水时不小于0.5m，侧面进水时不少于0.3m，虹吸管和倒虹吸管进水时不小于1.0m。设计时取水头部进水孔流速不宜过大或过小 ， 水库引水进水孔流速一般取 0.2m —0.6m/s。

2.2 引水管道计算

引水管道计算包括管道直径的选择和水头损失的计算，设计时管道直径应由流速确定，还要兼顾水头损失综合考虑，自流管管内流速，一般不小于0.6m/s，虹吸管管内流速，一般为1.0—1.5m/s，最小不宜小于0.6m/s。

2.3 引水口安装高度

引水口安装高度不仅应满足下游用水系统的水压要求，还应满足取水头部安装尺寸要求，并且要结合水库水位和人畜饮水、工业供水和节水灌溉的设计保证率(一般为95%)综合考虑，合理确定供水范围、引水流量和引水口安装高度。

2.4 倒虹吸管引水系统计算

倒虹吸管除应计算管径及进水口安装高度外，还应计算管顶最大允许安装高度和启动系统的计算和选择，倒虹吸管的启动一般采用真空泵抽真空充水启动。

2.5 取水首部设计应注意的其它问题

2.5.1 所选管道应经济耐用，系统不漏水、漏气，管路应固定，接口要牢固。

2.5.2 不能影响大坝的安全，对倒虹吸管应采取一定的措施，防止水位过高时，水流沿管壁渗漏危及坝体安全。

2.5.3 取水系统的选择应进行技术经济比较合理选用。

2.5.4 不同供水系统对水质有不同的要求，要根据要求安装过滤设备。

2.5.5 为充分利用水库水压，必要时在用水系统安装管道加压泵，以便在水压达不到要求时用来增加管道压力。

2.5.6 引水系统首部设计时，应进行地基承载力和管道(或涵洞)压力校核。

3 设计与应用实例

3.1 黄崖水库低压管道灌溉工程取水系统首部设计及应用

位于费县大田庄乡的黄崖水库为小(一)型水库，总库容186万m3，兴利库容131.5万m3，设计灌溉面积266.6hm2，放水洞为无压隧洞，底高程162.4m，设计流量为2.5m3/s，放水洞长度51m，该水库灌区由于灌水方法落后，渠系配套差，浪费水极为严重，水的有效利用系数不足0.4，不能满足日益发展的农业灌溉需要，1999年9月实施自压低压管道灌溉工程措施，设计引水流量0.3m3/s。不同材料、不同取水方式计算成果列表如下：黄崖水库自压供水不同管材及取水方式计算成果表．

由上述计算成果经经济技术分析，采用了施工简单、造价低的不用原放水闸控制将UPVC塑料管沿原放水洞一侧入库的工程方案，并在引水口安装了箱式取水头部，其水压、安装高度均符合要求，运行状况良好。

3.2 高家围子自压供水首部系统

高家围子水库为小(一)型水库，位于方城镇境内，总库容237万m3，其中兴利库容139.5万m3，1998年在该水库建成自压供水水厂，向该镇及周围村庄供水，由于该水厂的供水范围扩大，水厂需扩建，并需要对水库无压放水涵洞进行改造，经过技术经济分析，拟采用Φ800钢管混凝土承插管，直接与原放水闸底座连接的方案，在涵管进出口预留钢筋，用以与原放水闸和出口三通管连接，承插口对接后在接缝内浇筑环氧树脂砂浆。

3.3 后楼水库自压供水首部系统

后楼水库位于汪沟镇境内，总库容296万m3，其中兴利库容134万m3，放水洞为钢筋混凝土压力涵管，在进行自压供水改造时，把涵管出口进行处理，露出原有涵管钢筋，焊接钢筋并浇筑混凝土三通管，在三通管出口分别安装了蝴蝶阀和闸阀，达到了工程设计要求，满足工程运行需要，效果良好。

参考文献：

1、杨天·节水灌溉技术手册·第1版·北京·中国大地出版社·2002

2、水利部农村水利司编·供水系统设计·第1版·北京·水利电力出版社·1995