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        雙峰寺水庫水電站取水口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

        2010-06-26 06:25:22徐發(fā)新
        水科學(xué)與工程技術(shù) 2010年4期
        關(guān)鍵詞:取水口孔口豎井

        徐發(fā)新

        (河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院,天津 300250)

        1 工程概況

        雙峰寺水庫位于灤河的一級(jí)支流武烈河干流上,地處承德市區(qū)的上游。壩址位于承德縣雙峰寺鎮(zhèn)小廟子村南1.0km,距雙峰寺鎮(zhèn)3.0km,距承德市區(qū)12km。水庫總庫容為1.373億m3,為Ⅱ等大(Ⅱ)型水利工程,主要建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用100a一遇,校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用2000a一遇。

        根據(jù)樞紐總體布置,電站壩段布置在河床左側(cè)的13#壩段,長(zhǎng)20m,根據(jù)電站最大引水流量8.82m3/s,壩內(nèi)埋設(shè)一條直徑為1.8m的引水鋼管,考慮環(huán)境用水需要,另行布置一條直徑0.8m的生態(tài)放水管。

        為最大限度利用水資源,在運(yùn)行期間水庫應(yīng)盡可能結(jié)合電站向下游和城市供水,為保證下游河道水溫滿足環(huán)境保護(hù)的要求,電站壩段的取水口采用豎井式分層取水結(jié)構(gòu),根據(jù)不同庫水位情況,開啟相應(yīng)高程的取水口,水庫表層水通過取水口進(jìn)入豎井,再由豎井進(jìn)入電站引水管道,經(jīng)電站后進(jìn)入下游河道。

        2 取水口設(shè)計(jì)

        2.1 工程布置

        根據(jù)電站壩段結(jié)構(gòu)尺寸和總體布置,取水口豎井?dāng)嗝娉叽鐬?.0m×16.8m,其上游設(shè)3層取水口,底高程分別為384.4,380.8,377.2m。

        各層取水口均設(shè)攔污柵和事故閘門1扇;取水口進(jìn)口均為矩形喇叭口、四面收縮型式,采用1/4橢圓曲線;取水口上游側(cè)設(shè)攔污柵,其中底層孔口尺寸3.0m×3.0m,其余兩層孔口尺寸均為6.2m×2.7m;攔污柵下游設(shè)事故閘門,其中底層孔口尺寸1.8m×1.8m,其余兩層孔口尺寸均為5.0m×1.5m;豎井下游為電站引水管和生態(tài)放水管進(jìn)水口,進(jìn)水口為矩形,工作閘門后分別由矩形漸變?yōu)橹睆?.8m的電站引水管和直徑0.8m的生態(tài)放水管。

        為便于碾壓混凝土施工,引水鋼管在壩體內(nèi)水平布置,出壩體后采用壩后背管型式引入電站廠房。

        2.2 水庫水溫分布

        根據(jù)實(shí)測(cè)水溫資料統(tǒng)計(jì),武烈河多年月平均水溫成果見表1。

        表1 武烈河承德站實(shí)測(cè)月平均水溫

        根據(jù)表1的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),按照依據(jù)有關(guān)規(guī)范計(jì)算分析,取溫度變化最劇烈的5月份作為設(shè)計(jì)控制條件,建庫后水庫水深與溫度關(guān)系見表2。

        表2 武烈河承德站實(shí)測(cè)月平均水溫

        2.3 分層取水口高程

        從資源利用和工程效益等多方面考慮,電站進(jìn)水口布置在水庫死水位382.0m以下,其最小淹沒深度為2.9m,則電站引水管進(jìn)口底高程應(yīng)不大于377.3m。

        水庫正常蓄水位389.0m,電站引水管進(jìn)口底高程不超過377.3m,兩者相差最小為11.7m。如果僅在死水位下設(shè)置一層取水口,則進(jìn)入下游河道的水溫大大低于河道的天然水溫,將對(duì)河道水生物造成重大傷害,按照環(huán)境保護(hù)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算分析,水庫放入下游河道的水溫與原河道水溫相差應(yīng)不超過1.5℃,根據(jù)表2,分層取水水深控制范圍約為4.2m,因此須進(jìn)行分層取水才能滿足環(huán)境保護(hù)的要求。

        取水口分層越多越有利于環(huán)境保護(hù),但對(duì)工程布置和管理運(yùn)用造成很大不便,且工程投資增加較多,同時(shí)考慮到水庫取水口具有一定高度,設(shè)計(jì)取水口分層按4.6m進(jìn)行控制。

        水庫正常蓄水位389.0m,則表層取水口底高程至水庫正常蓄水位高度按最大分層水深4.6m考慮,確定為384.4m。在取水過程中,隨著庫水位的逐漸降低,取水口過流由孔流向堰流過渡,當(dāng)形成堰流時(shí),堰上水深決定著孔口寬度,如采用較小堰上水深,則需要的孔口寬度較大,相應(yīng)可能減少取水口層數(shù);反之,則可減小孔口寬度,但可能需要增加取水口的分層。根據(jù)電站壩段寬度,結(jié)合本工程的具體情況,取水口最小過流水深采用1.0m,則第二層取水口的最高水位為385.4m,相應(yīng)取水口底高程確定為380.8m;同理,底層取水口底高程確定為377.2m,低于電站引水管進(jìn)口要求的最大底高程,滿足電站引水管道進(jìn)口淹沒要求,因此最終確定電站引水管道進(jìn)口和放水豎井底層取水口底高程均為377.2m。

        2.4 分層取水口孔口尺寸

        分層取水口孔口尺寸根據(jù)水力計(jì)算確定。分層取水口孔口尺寸按設(shè)計(jì)低水位時(shí)放出流量不小于電站設(shè)計(jì)引水流量8.82m3/s,安全起見,豎井放水流量按稍大于電站設(shè)計(jì)引水流量考慮,計(jì)取9.0m3/s,其中設(shè)計(jì)低水位高程取為相應(yīng)取水口底高程以上1.0m,低于該高程時(shí)開啟下一層取水口。上兩層取水口在庫水位較高時(shí)取水口流態(tài)屬閘孔出流,泄量較大,隨著流量不斷宣泄,庫水水位下降至一定高程以下,變?yōu)檠吡鳎鄳?yīng)泄量能力減小。因此取水口孔口凈寬不應(yīng)小于4.97m,取5.0m,孔口高度取1.5m;最下層取水口位于水庫死水位之下,按電站引水管直徑確定進(jìn)水口孔口尺寸為1.8m×1.8m。

        3 結(jié)語

        工程設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮環(huán)境保護(hù)需要,本工程對(duì)水電站取水口采取分層設(shè)計(jì),在不同庫水位開啟相應(yīng)高程的取水口,以保證水庫表層水進(jìn)入取水口,避免了從水庫取水的水溫和下游河道天然水溫相差過大,在滿足工程運(yùn)用的情況下,保證了下游河道各種水生物對(duì)水溫的要求。

        [1]SL285—2003,水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [2]SL278—2002,水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范[S].

        [3]河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.河北省承德市雙峰寺水庫工程可行性研究報(bào)告[R].2009.

        [4]SL319—2005,混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

        [5]武漢水利電力學(xué)院.水力計(jì)算手冊(cè)[M].北京:水利電力出版社,1983.

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