孔德凌 管志保 汪賓舟 保明梅

（貴州省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司）

1 水庫(kù)工程分層取水要求

根據(jù)研究顯示，高壩大庫(kù)的修建將原本流速快、水溫均勻的天然河道，變?yōu)橄鄬?duì)靜止大型水體，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(zhǎng)，由此對(duì)水庫(kù)工程取水提出了更高的要求。

自20世紀(jì)40年代初起，國(guó)內(nèi)外的分層取水方面的研究逐漸增多，中國(guó)早期建有一批小型分層取水水利工程，后逐漸對(duì)大型水庫(kù)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(zhǎng)需求。根據(jù)相關(guān)理論與實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析可知，水庫(kù)工程實(shí)現(xiàn)分層取水的關(guān)鍵在于合理進(jìn)行取水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)型式、尺寸以及運(yùn)行控制方式均影響到實(shí)際取水性能，文章主要圍繞水庫(kù)工程分層取水口方案設(shè)計(jì)展開(kāi)詳細(xì)分析。

2 幾種水庫(kù)工程分層取水口方案對(duì)比分析

2.1 分層取水口類(lèi)型

水庫(kù)工程分層取水口類(lèi)型主要分為以下幾種：

2.1.1 疊梁門(mén)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(mén)，有效阻擋中下層低溫水。

2.1.2 機(jī)控分層式取水口

此種取水口包括塔式、斜臥式、圓筒式，通過(guò)機(jī)械控制多層隔水閘門(mén)，達(dá)到分層取水的效果，多用于早期小型水庫(kù)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(mén)、過(guò)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(jì)方法，閘門(mén)槽錯(cuò)開(kāi)布置。

2.2 分層取水口方案對(duì)比

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

3 實(shí)例探析水庫(kù)工程分層取水口方案設(shè)計(jì)

3.1 工程概況

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

3.2 取水口設(shè)計(jì)方案比選

嘎醉河水庫(kù)功能為城市供水，對(duì)水質(zhì)要求較高。根據(jù)項(xiàng)目業(yè)主的要求，基于項(xiàng)目業(yè)主掌握的其他工程經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，建議嘎醉河水庫(kù)工程取水口采用分層取水措施。水庫(kù)蓄水后，特別是水庫(kù)蓄水初期，淹沒(méi)的植物腐爛和土地浸泡對(duì)水庫(kù)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(kù)水質(zhì)保證率。通過(guò)對(duì)疊梁門(mén)方案和三層取水方方案進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，考慮到三層取水方案取水效果好，運(yùn)行靈活，維護(hù)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(duì)比表

表2 建筑物級(jí)別劃定及洪水標(biāo)準(zhǔn)表

3.3 取水口結(jié)構(gòu)布置設(shè)計(jì)

三層取水變更設(shè)計(jì)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(mén)，底檻高程分別為690 、705 及720 m。攔污柵及事故閘門(mén)共用一臺(tái)容量為630 kN的移動(dòng)臺(tái)車(chē)卷?yè)P(yáng)式啟閉機(jī)，為了方便清污，配備一套懸掛移動(dòng)液壓式清污機(jī)進(jìn)行機(jī)械清污操作。

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

進(jìn)水口位于河谷右岸大壩趾板邊坡內(nèi)側(cè)。根據(jù)計(jì)算，考慮保證進(jìn)水口內(nèi)壓力流，最小淹沒(méi)深度≥2.00 m；為節(jié)約金屬結(jié)構(gòu)投資，在保證取水口過(guò)流能力的前提下，取水口閘門(mén)由原來(lái)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(mén)；結(jié)合已出施工圖，取水隧洞“龍?zhí)ь^”開(kāi)挖及支護(hù)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(gè)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(shí)洞頂以上水深3.00 m，滿足淹沒(méi)深度要求。

分層取水口尺寸順?biāo)鞣较蜷L(zhǎng)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(tái)高程744.00 m。取水井筒從上游到下游依次布置清污機(jī)、攔污柵、下/中/上層取水口、通氣孔、攔污柵庫(kù)。

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(mén)槽中心線間距2.10 m。取水時(shí)上層取水口運(yùn)行水位為740.25～725.00 m，取水深度20.25～5.00 m；中層取水口運(yùn)行水位為725.00～710.00 m，取水深度20～5 m；下層取水口運(yùn)行水位為710.00～695.00 m，取水深度20 ～5 m。中、上層取水口通過(guò)豎向過(guò)水廊道與取水隧洞相連，豎向過(guò)水廊道尺寸為（2～3）m×1.50 m，滿足過(guò)流要求。取水口兼顧水庫(kù)放空功能，考慮水庫(kù)放空時(shí)流速較快（7.40～13.80 m/s），水庫(kù)放空時(shí)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(shí)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(yǔ)

綜上所述，分層取水在水庫(kù)工程建設(shè)中得到了廣泛重視，其對(duì)農(nóng)作物、水生生物生長(zhǎng)具有重要意義。在進(jìn)行水庫(kù)分層取水方案設(shè)計(jì)時(shí)，需綜合考慮項(xiàng)目規(guī)模、場(chǎng)地條件以及經(jīng)濟(jì)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(jì)，保證取水效果，滿足項(xiàng)目實(shí)際需求。