水庫工程分層取水口方案設(shè)計

孔德凌 管志保 汪賓舟 保明梅

（貴州省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司）

1 水庫工程分層取水要求

根據(jù)研究顯示，高壩大庫的修建將原本流速快、水溫均勻的天然河道，變?yōu)橄鄬o止大型水體，底層水體水溫低，傳統(tǒng)單層取水方法下十分不利于河道水生生物、農(nóng)作物生長，由此對水庫工程取水提出了更高的要求。

自20世紀40年代初起，國內(nèi)外的分層取水方面的研究逐漸增多，中國早期建有一批小型分層取水水利工程，后逐漸對大型水庫工程分層取水提出要求，以滿足灌溉水溫、供水水質(zhì)、河道下游水生物生長需求。根據(jù)相關(guān)理論與實踐經(jīng)驗分析可知，水庫工程實現(xiàn)分層取水的關(guān)鍵在于合理進行取水結(jié)構(gòu)設(shè)計，其結(jié)構(gòu)型式、尺寸以及運行控制方式均影響到實際取水性能，文章主要圍繞水庫工程分層取水口方案設(shè)計展開詳細分析。

2 幾種水庫工程分層取水口方案對比分析

2.1 分層取水口類型

水庫工程分層取水口類型主要分為以下幾種：

2.1.1 疊梁門取水口

此種取水口主要在取水塔內(nèi)設(shè)多節(jié)可升降的疊梁門，有效阻擋中下層低溫水。

2.1.2 機控分層式取水口

此種取水口包括塔式、斜臥式、圓筒式，通過機械控制多層隔水閘門，達到分層取水的效果，多用于早期小型水庫工程。

2.1.3 浮式取水口

此種取水口包括板型、管型兩種，前者由浮筒、隔水門、過水豎井等組成，后者由浮筒、取水口、取水管等組成。

2.1.4 多層取水口

此種取水口就是采用多孔口設(shè)計方法，閘門槽錯開布置。

2.2 分層取水口方案對比

結(jié)合上述分析，文章主要對這幾種分層取水口方案的優(yōu)缺點、適用范圍進行簡單對比，具體如下表1所示。

3 實例探析水庫工程分層取水口方案設(shè)計

3.1 工程概況

文章僅以凱里市嘎醉河水庫工程為例展開分析，此水庫所在的鴨塘河系清水江右岸的一級支流，建設(shè)任務(wù)是城市供水，水庫正常蓄水位、死水位分別為740.00 、695.00 m，總庫容、死庫容、興利庫容分別為1961 萬m、31 萬m、1 690 萬m3，屬于中型水庫工程，各建筑物級別及設(shè)計洪水標準如下表2所示。

3.2 取水口設(shè)計方案比選

嘎醉河水庫功能為城市供水，對水質(zhì)要求較高。根據(jù)項目業(yè)主的要求，基于項目業(yè)主掌握的其他工程經(jīng)驗教訓(xùn)，建議嘎醉河水庫工程取水口采用分層取水措施。水庫蓄水后，特別是水庫蓄水初期，淹沒的植物腐爛和土地浸泡對水庫水質(zhì)可能產(chǎn)生一定的影響，采取分層取水措施后，可提高水庫水質(zhì)保證率。通過對疊梁門方案和三層取水方方案進行綜合技術(shù)經(jīng)濟比較，考慮到三層取水方案取水效果好，運行靈活，維護工作量少，分層取水推薦采用三層取水方案。

表1 分層取水口方案對比表

表2 建筑物級別劃定及洪水標準表

3.3 取水口結(jié)構(gòu)布置設(shè)計

三層取水變更設(shè)計方案三層取水口采用串聯(lián)階梯式布置，取水塔平面尺寸為14.00 m×4.50 m，內(nèi)設(shè)一道1.50 m×54.00 m的露頂式攔污柵，三層1.50 m×2.00 m的潛孔式事故閘門，底檻高程分別為690 、705 及720 m。攔污柵及事故閘門共用一臺容量為630 kN的移動臺車卷揚式啟閉機，為了方便清污，配備一套懸掛移動液壓式清污機進行機械清污操作。

因地質(zhì)、地形條件限制，本項目取水兼放空隧洞由導(dǎo)流洞改建而成，總長270.17 m，利用導(dǎo)流洞長173.89 m，占導(dǎo)流洞全長的66.80%。

進水口位于河谷右岸大壩趾板邊坡內(nèi)側(cè)。根據(jù)計算，考慮保證進水口內(nèi)壓力流，最小淹沒深度≥2.00 m；為節(jié)約金屬結(jié)構(gòu)投資，在保證取水口過流能力的前提下，取水口閘門由原來2 m×2 m 調(diào)整為1.50 m×2.00 m（寬×高），采用潛孔式平面鋼閘門；結(jié)合已出施工圖，取水隧洞“龍?zhí)ь^”開挖及支護已完成，“龍?zhí)ь^”平段中心線高程為691.00 m；結(jié)合上述原因，為保證整個結(jié)構(gòu)布置協(xié)調(diào)，擬定取水口底板高程690.00 m，死水位695.00 m時洞頂以上水深3.00 m，滿足淹沒深度要求。

分層取水口尺寸順水流方向長度由初設(shè)的8.20 m調(diào)整至14.00 m；垂直于水流方向?qū)挾扔?.40 m調(diào)整為4.50 m，井筒頂部操作平臺高程744.00 m。取水井筒從上游到下游依次布置清污機、攔污柵、下/中/上層取水口、通氣孔、攔污柵庫。

下、中、上層取水口高程為690.00、705.00、720.00 m，三層取水口呈串聯(lián)階梯式布置，各取水口底板高差15 m，門槽中心線間距2.10 m。取水時上層取水口運行水位為740.25～725.00 m，取水深度20.25～5.00 m；中層取水口運行水位為725.00～710.00 m，取水深度20～5 m；下層取水口運行水位為710.00～695.00 m，取水深度20 ～5 m。中、上層取水口通過豎向過水廊道與取水隧洞相連，豎向過水廊道尺寸為（2～3）m×1.50 m，滿足過流要求。取水口兼顧水庫放空功能，考慮水庫放空時流速較快（7.40～13.80 m/s），水庫放空時宜采用與“龍?zhí)ь^”取水放空隧洞銜接平順的下層取水口放空，使水流順暢。為滿足取水及放空時隧洞通氣要求，在上層取水口下游側(cè)邊墻上布置兩根DN300通氣孔，通氣孔底部高程721.50 m，頂部高程743.50 m。

4 結(jié)語

綜上所述，分層取水在水庫工程建設(shè)中得到了廣泛重視，其對農(nóng)作物、水生生物生長具有重要意義。在進行水庫分層取水方案設(shè)計時，需綜合考慮項目規(guī)模、場地條件以及經(jīng)濟性等方面的諸多因素，合理選擇取水口型式，并做好方案設(shè)計，保證取水效果，滿足項目實際需求。