摘要：根据分析水库水质情况确定水厂需取水库中、上层水,结合大坝布置对各种取水口型式进行分析比较布置,选择坝式蝶阀控制取水口型式,能够满足分层取水需要,且与大坝布置协调一致,投资较优,施工及运行管理较为简便,结果认为坝式蝶阀控制取水口型式与其它型式取水口相比更优。
关键词：永镇水库,分层取水,蝶阀控制,水质分析
1 工程概况
安远县永镇水库工程位于江西省安远县新龙乡江头村,距新龙乡约14km,距安远县城区约22km。水库位于濂水二级支流、甲江河一级支流上下迳河上,坝址地理位置为E115°16′00″,N25°06′30″,坝址以上集水面积30.6km2。水库死水位为334.00m,正常蓄水位为352.00m,相应库容为495万m3;校核洪水位为356.12m,相应库容为710万m3;大坝为C15埋石混凝土重力坝,坝顶高程为357.60m,最大坝高37.6m,水库为新建工程,是一座以城镇供水为主,兼有灌溉效益的小(1)型水库工程,工程等别为Ⅳ等,大坝及引水管道等永久性主要建筑物级别为4级,次要建筑物级别为5级,大坝设计洪水标准采用50a一遇洪水,校核洪水标准采用500a一遇洪水。
2 水厂取水分析
安远县永镇水库工程主要为安远县县城城北工业园区供水,新建自来水厂位于安远县县城城北工业园区,距离库区约15.0km。从库区取水后沿298乡村公路及363县道至涂屋坝村、小孔田村、新龙乡圩镇等至九龙果业附近规划工业园水厂处,采用重力流管道输水至水厂,取水规模为6.56万t/d,管道引用流量为0.759m3/s。
从水资源环境方面分析,水库表层水和浅层水,由于日照较多,容易滋生藻类等水生植物,且多有枯枝、树叶等漂浮物堵塞取水口,因此不宜作为水厂取水层。对于水库底层水由于库中植物和其它有机物腐烂,水中生物耗氧,且阳光辐射较差,水中植物无法进行光合作用,故溶解氧较低,一些易于氧化的物质存在于深层水中,常常从底部沉淀物分解出铁锰物质,而且由于有机物质残屑下沉,深层水比表层水具有高浓度的磷酸盐、氨、硫化氢等,因此也不宜作为水厂取水层。
从实践方面分析,根据调查现阶段已运行的信丰县龙井水库、安远县小水水库、赣州市峰山应急水源工程等水库取水工程及水厂运行情况,选择取水库底层水的水厂,水厂均需花费较大成本处理水质,选择取水库中上层水的水厂,在水质处理方面节省较大投资,同时水厂方面也建议在取水设计时优先选择取中、上层水。
因此综合考虑各方面原因,选择在水库运行时取中、上层作为水厂取水层。
3 取水方案比较
3.1 取水口方案选择选择
目前分层取水较为常用的为塔式进水口、岸坡式进水口、浮船式进水口、坝式进水口等,其中岸坡式进水口主要布置于山体岸坡上,主要运用于隧洞引水取水,塔式进水口主要布置于大坝或库岸以外的独立进水口,浮船式进水口和坝式进水口主要布置在与大坝等建筑物整体布置的进水口。
大坝采用重力坝,由左、右岸非溢流坝、取水口坝段、溢流坝组成。大坝总长127.5m,呈“一”字型布置。溢流坝布置在在河床中部,两岸与山体的连接采用非溢流重力坝。坝顶高程357.60m,坝顶总长127.5m,坝顶宽5.0m,其中左岸非溢流坝段长42.0m、取水口坝段长16.0m、溢流坝段长21.5m、右岸非溢流坝段长48.0m,取水口坝段位于溢流坝左侧。根据大坝枢纽布置及取水要求,取水口要求与大坝一起布置成一个整体,因此可采用坝式进水口、浮船式取水口。浮船式取水口主要采用钢架与坝体连接,取水口随着水库水位的变化而变化,能够最大程度的保证取水深度,但是钢架经长久运行需经常维修养护,对管理不利,一般作为临时性取水设计。坝式进水口采用混凝土结构与大坝相连,无论运行管理还是维护方面均较为简便,因此选择坝式进水口。根据取水要求取水设施可采用闸门启闭和蝶阀启闭取水,下面分别对两种取水方式进行比较,确定更优方案。
3.2 蝶阀启闭启闭分层取水口方案
取水口数量及位置主要根据水库兴利库容范围内水位高差及运行管理方便来设置,永镇水库死水位为334.00m,正常蓄水位为352.00m,高差18.0m,最高层取水口为在水库正常蓄水位情况下取水,需满足进水口有压进水要求,根据计算取水口中心线高程不得高于349.0m,预留1.0m水位变动,取最高层取水口中心线高程为348.00m。各层取水口高差主要考虑运行方便,既要保证取水库上层水要求又要避免取水口变换太频繁,经综合考虑选择取水口间高差为5.0m,据此永镇水库共设置4层取水口,取水口中心高程分别为333.00m、338.00m 、343.00m和 348.00m。
安远县永镇水库取水口布置采用与大坝作为一个整体的坝式蝶阀控制进水口,为了便于布置,进水口与大坝放空孔一起布置,布置在大坝取水口坝段。取水口坝段宽16.0m,其中取水口宽10.0m,大坝放空孔宽6.0m,坝顶高程357.60m。取水口坝段分为取水口及坝体,坝体上游面铅直,坝体下游面352.00m高程以上为铅直面,以下为1:0.7的斜坡面。坝体基础及齿槽采用C15混凝土,坝体上游面采用厚1.5m的C25混凝土。取水口直接与坝体连接,位于坝体上游,取水口基础高程与大坝上游齿槽高程相同。
取水口迎水流方向有蝶阀控制段、集水井段、坝身埋管。蝶阀控制段与集水井段之间设置1.4m厚混凝土,坝身埋管直接接集水井,采用直径1.0m的钢管,管壁厚12mm,进口底高程332.5m,出口与输水管道相接。
取水口采用分层取水的形式,长7.8m,宽10.0m,取水口底板顶高程为332.00m,顶高程为357.60m,底板为1.0m厚的C25混凝土,迎水面边墙及左侧边墙为1.4m厚的C25混凝土,右侧为2.0m厚C25混凝土边墙,右侧边墙与大坝放空孔共用。进水口采用DN1000钢管,管壁厚12mm,进水口采用蝶阀启闭,设置工作蝶阀和检修蝶阀,蝶阀所在平台通过楼梯可直接上坝顶,工作蝶阀采用电动控制,控制柜设置在坝顶启闭房,根据管理检修运行要求,每层蝶阀处设置检修平台,为了便于进入检修平台,在进水口左侧设置楼梯。运行时根据水库实际水位情况选择具体开启各高程的蝶阀,以满足取水库中、上层水的要求。
集水井位于蝶阀控制段下游,长3.8m,集水井净长×宽为2.4m×5.1m,集水井与蝶阀检修平台段及左侧楼梯间设置1.4m厚C25混凝土边墙。
取水口坝段主要工程量为土石方开挖1.12万m3,混凝土1.32万m3,钢筋制安265.8t,取水口坝段建筑工程投资1075.21万元。
3.3 闸门启闭分层取水口方案
取水口数量及位置主要根据水库兴利库容范围内水位高差及运行管理方便来设置,永镇水库死水位为334.00m,正常蓄水位为352.00m,高差18.0m,最高层取水口为在水库正常蓄水位情况下取水,需满足进水口有压进水要求,根据计算取水口底板高程不得高于348.0m,预留2.0m水位变动,取最高层取水口中心线高程为346.00m。各层取水口高差主要考虑运行方便,既要保证取水库上层水要求又要避免取水口变换太频繁,经综合考虑选择取水口间高差为6.0m,据此永镇水库共设置3层取水口,取水口中心高程分别为334.00m 、340.00m和 346.00m。
安远县永镇水库取水口布置采用与大坝作为一个整体的坝式闸门控制进水口,为了便于布置,进水口与大坝放空孔一起布置,布置在大坝取水口坝段。取水口坝段宽17.0m,其中取水口宽11.0m,大坝放空孔宽6.0m,坝顶高程357.60m。取水口坝段分为取水口及坝体,坝体上游面铅直,坝体下游面352.00m高程以上为铅直面,以下为1:0.7的斜坡面。坝体基础及齿槽采用C15混凝土,坝体上游面采用厚1.5m的C25混凝土。取水口直接与坝体连接,位于坝体上游,取水口基础高程与大坝上游齿槽高程相同。
取水口迎水流方向有进口闸门段、集水井段、坝身埋管。闸门共设3扇,正面两扇,侧面一扇,闸门进水口均汇流至中间集水井,集水井直接与坝身埋管相连,坝身埋管出口与输水管道相接。
取水口采用闸门分层取水的形式,长7.8m,宽11.0m,共设3层分水口,正面两扇,侧面一扇,进水口底板高程分别为334.00m 、340.00m和 346.00m,闸门孔口尺寸为2.0m×2.0m,采用潜孔式钢闸门,启闭设备均设置在坝顶启闭房。
集水井位于取水口段中间位置,集水井净长×宽为6.0m×3.8m,集水井与各进水口均相连。
取水口坝段主要工程量为土石方开挖1.12万m3,混凝土1.34万m3,钢筋制安289.40t,取水口坝段建筑工程投资1189.61万元(其中大坝建筑工程投资1112.41万元,金属结构投资77.2万元)。
3.4 取水方案比较
1)工程投资方面比较
从投资上来看闸门启闭分层取水口方案投资比蝶阀控制分层取水口方案要高114.4万元,蝶阀控制分层取水口方案比闸门启闭分层取水口方案更优;
2)运行管理方面比较
从运行管理上来看,蝶阀启闭更为迅速便捷,受到库区树枝等杂物的影响较小。蝶阀控制方案设置了检修闸阀,应对突发事件能力更强,同时由于体积小、设备简单,更换也极其方便。因此从运行管理方面看蝶阀控制分层取水口方案比闸门启闭分层取水口方案更优;
3)施工方面比较
从施工难易度上来看,闸门启闭分层取水方案设置了3扇闸门,工艺相对蝶阀安装更复杂,需要预埋件较多、需浇筑一、二期混凝土,而蝶阀控制分层取水方案施工较为简便。因此从施工方面看蝶阀控制分层取水口方案比闸门启闭分层取水口方案更优。
结 论
安远县永镇水库工程是一座以城镇供水为主,兼有灌溉效益的小(1)型水库工程,通过对水质分析确定取水最优位置。根据水库水位变动情况调整取水口启闭的高程以达到取水库中、上层水的要求,能够满足水厂取水需要。通过对各种取水口型式的分析比较布置,选择坝式蝶阀控制取水口型式能够满足分层取水的要求,取水口结构布置合理,与大坝布置协调一致,投资较优,施工及运行管理较为简便,与其它型式取水口相比坝式蝶阀控制取水口型式更优。
参考文献
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