【摘要】有压式进水口为了防止污物及杂物进入引水道内，进口一般设置有拦污栅，以保护机组、阀门及管道等不受损害，保证机组、阀门及管道等设施、设备的安全正常运行。而有压式进水口体形的选择很大程度上决定了进水口井筒结构尺寸、拦污栅孔口尺寸、拦污栅吊点数量、启闭机排架等结构的布置及启闭机设备的选型。
【关键词】有压式；进水口体形；拦污栅设计；井筒结构
一、引言
取水输水建筑物中，拦污栅是不可缺少的设备。在布置和设计拦污栅时影响因素较多，比如工程大小、建筑物的等级及引水方式；进水口的形式、用途、位置及在水下的深度；管道在引用流量及允许过栅流速；水流所挟污物的性质、大小及数量、机组、闸门或阀的类型尺寸；当地气候条件及水库水位的变化情况；清污方式、制造、安装及运输条件等等。因此在设计拦污栅时尽量要求过栅水流平顺，水头损失小；另外，应考虑清污方便，便于安装、检修及更换等因素。在这里重点谈谈在引用流速小于9m/s时有压式进水口体形的选择对拦污栅布置和设计的影响，有压式进水口体形的布置对进水口井筒结构、拦污栅、启闭机排架等结构的布置，拦污栅吊点数量及启闭机设备选型等的影响是非常大的。如果布置不妥当，会在经济上造成很大的损失；在制作安装上带来很大的困难，在运行管理上造成很大的不便。
二、规范对有压式进水口体形要求
在《水利水电工程进水口设计规范》SL-2003中附录A（P24）中对进水口體形有如下要求：
A.0.1.高、中水头有压式进水口喇叭段体形曲线，宜符合自由射流轨迹。矩形孔口体形曲线以椭圆曲线为宜，常用的椭圆曲线方程为：
1. 矩形喇叭口四面收缩或三面收缩（底板不收缩）时，可采用下式
①式
2. 矩形喇叭口仅顶板收缩，底边和两侧边墙不收缩时，可采用下式
②式
上两式中：X-椭圆曲线沿长轴方向的坐标；
Y-椭圆曲线沿短轴方向的坐标；
D-矩形孔口的高度（垂直收缩时）或宽度（水平收缩时）；
A.0.2当有压式进水口管道流速小于9m/s时，除可按本规范附录A.0.1规定采用椭圆曲线外，也可以选用由若干不同半径的圆弧段、直线段组成的近似椭圆曲线的组合曲线；对于流速很低的进水口（如水电站贯流式机组进水口等）可采用单一半径的圆曲线。
目前我国设计的水利水电工程中，中、小型水利水电工程占的比例较多，一般进水口的流速小于9m/s，这就要求我们对规范灵活应用，如我们按上面A.0.1和A.0.2这两种方式来布置进水口体形，其进水口井筒结构尺寸、拦污栅的孔口尺寸及布置差别较大，直接影响的就是投资、制作安装、运行管理等问题，现举实例来说明这个问题。
三、实例
某工程引水系统取水口进口矩形孔口尺寸为：2.0m×2.0m（宽×高），其最大取水流量为2.5m3/s 。现按上述规范中A.0.1有关要求分别来布置有压式进水口体形，看看对拦污栅的影响有哪些。
按①式矩形喇叭口三面收缩（底板不收缩）来布置，椭圆曲线沿短轴的值为2000mm/3=667mm，按650mm来取值，其有压式进水口体形椭圆曲线为：
。根据常规的布置拦污栅在椭圆曲线喇叭口的前面，此时按①式来布置，其拦污栅的孔口尺寸为3.3m（宽）×2.65m（高），过栅流速约0.41m/s。
按②式矩形喇叭口仅顶板收缩，底边和两侧边墙不收缩来布置，其有压式进水口体形椭圆曲线为：
。按②式来布置，其拦污栅的孔口尺寸为2.0m×3.0m（宽×高），过栅流速约0.6m/s。
按照宽高比B/L>1时，宜采用双吊点；B/L≤1时，宽度绝对值较小时，宜采用单吊点。根据宽高比的要求，如果采用①式来布置拦污栅应采用双吊点，设置2套拉杆，双吊点启闭机来控制拦污栅；如果采用②式来布置拦污栅应采用单吊点，设置1套拉杆，单吊点启闭机来控制拦污栅。通过这样对比，采用②式来布置拦污栅明显要优化于①式来布置拦污栅，首先，从水工金属结构专业来说，减少1套拉杆的工程量，井筒结构越高其工程量越明显，同时，又减少启闭机吊头，更方便布置启闭机，启闭机造价也会有所降低，也不用考虑双吊点的同步性；其次，从水工专业来说，①式来布置拦污栅井筒结构宽度要大于②式，②式来布置拦污栅井筒结构顺水流方向的长度要大于①式，井筒结构的工程量大致相当，②式的优势在于启闭机房的布置，②式来布置拦污栅采用单吊点启闭机来控制拦污栅，需要的启闭机房的空间较小，排架柱之间的间距也较小，布置方便，启闭机房的投资减少较多，①式来布置则反之；再次，从施工方面来说，按①式矩形喇叭口三面收缩，底板不收缩，按②式矩形喇叭口仅顶板收缩，底边和两侧边墙不收缩，按②式在施工过程中模板的制作简单，更能保证工程结构和构件的形状、尺寸和相互位置的准确、标准，并便于实际操作和安装，表面平整、光洁、整齐，拼接缝严密不漏浆，支模工作难度不大， 装拆方便。最后，从运行管理方面来说，①式来布置拦污栅采用双吊点，设置2套拉杆，在后期的维护检修及更换时，需要卸装2套拉杆，增加工作量，增加人工成本，带来了运行管理上的不便。
现按上述规范中A.0.2有关要求来布置有压式进水口体形，在与规范中A.0.1对比看看对拦污栅的影响又有哪些。
根据《水利水电工程钢闸门设计规范》SL74-2013第3.1.5条两闸门之间或闸门与拦污栅之间的最小间距应满足门槽混凝土强度与抗渗、启闭机布置与运行、闸门安装与维护和水力学条件等因素的要求，且不宜小于1.50m。
根据A.0.2当有压式进水口管道流速小于9m/s时，除可按本规范附录A.0.1规定采用椭圆曲线外，也可以选用由若干不同半径的圆弧段、直线段组成的近似椭圆曲线的组合曲线。
按照以上规范2点要求，在满足拦污栅与闸门之间的最小间距1.50m情况下，有压式进水口喇叭段体形可由若干不同半径的圆弧段、直线段组成的近似椭圆曲线的组合曲线，这样我们就可以在②式上进行优化，按②式椭圆曲线沿长轴方向的值应为3000mm，现取1500mm，则有压式进水口体形椭圆曲线为：
。
按这样来布置，其拦污栅的孔口尺寸未变化为2.0m×3.0m（宽×高），过栅流速约0.6m/s，但拦污栅井筒结构椭圆曲线沿长轴方向的值由3m缩小到1.5m，井筒结构工程量有所减少，其井筒结构越高其工程量减少越明显。
通过以上3种有压式进水口喇叭段体形曲线选择，对拦污栅布置和设计的影响较大，经过分析最后一种的布置在满足规范的前提下是最合理的。
四、结论
拦污栅的布置得当与否，对建筑物和拦污栅自身的经济性影响是很大的。如果布置不妥当，会在经济、施工、运行管理上造成很大的损失和不便。这要求水工设计人员和金属结构设计人员在布置有压式进水口喇叭段体形曲线时应密切配合，在满足规范的前提下选择最优的方案进行布置。对工程的投资，设计是控制的关键。据国外一些专家分析指出：设计费虽然只占工程全寿命费用的1%还不到，但对工程项目投资的影响程度达75%以上。显然，设计水平高低和质量好坏是影响工程项目投资的关键环节。
参考文献：
[1]邓麦，水工建筑物拦污栅设计关键技术，《科技传播》，2012（19）
[2]《水利水电工程进水口设计规范》SL285-2003。中国人民共和国水利部 发布.北京：中国水利水电出版社，2003.
[3]《水利水电工程钢闸门设计规范》SL74-2013。中国人民共和国水利部 发布.北京：中国水利水电出版社，2013.
作者简介：作者简介：何伟，男，1982年1月18日出生，贵州省德江县人，学士学位，工程师，从事水工金属结构设计与研究；杨阳，男，1988年3月1日出生，贵州省德江县人，助理工程师，从事水利水电工程管理；黄臣勇，男，1983年2月21日出生，四川省资阳市人，学士学位，助理工程师，从事水工金属结构设计。