水库工程分层取水口方案设计

孔德凌 管志保 汪宾舟 保明梅

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司）

1 水库工程分层取水要求

根据研究显示，高坝大库的修建将原本流速快、水温均匀的天然河道，变为相对静止大型水体，底层水体水温低，传统单层取水方法下十分不利于河道水生生物、农作物生长，由此对水库工程取水提出了更高的要求。

自20世纪40年代初起，国内外的分层取水方面的研究逐渐增多，中国早期建有一批小型分层取水水利工程，后逐渐对大型水库工程分层取水提出要求，以满足灌溉水温、供水水质、河道下游水生物生长需求。根据相关理论与实践经验分析可知，水库工程实现分层取水的关键在于合理进行取水结构设计，其结构型式、尺寸以及运行控制方式均影响到实际取水性能，文章主要围绕水库工程分层取水口方案设计展开详细分析。

2 几种水库工程分层取水口方案对比分析

2.1 分层取水口类型

水库工程分层取水口类型主要分为以下几种：

2.1.1 叠梁门取水口

此种取水口主要在取水塔内设多节可升降的叠梁门，有效阻挡中下层低温水。

2.1.2 机控分层式取水口

此种取水口包括塔式、斜卧式、圆筒式，通过机械控制多层隔水闸门，达到分层取水的效果，多用于早期小型水库工程。

2.1.3 浮式取水口

此种取水口包括板型、管型两种，前者由浮筒、隔水门、过水竖井等组成，后者由浮筒、取水口、取水管等组成。

2.1.4 多层取水口

此种取水口就是采用多孔口设计方法，闸门槽错开布置。

2.2 分层取水口方案对比

结合上述分析，文章主要对这几种分层取水口方案的优缺点、适用范围进行简单对比，具体如下表1所示。

3 实例探析水库工程分层取水口方案设计

3.1 工程概况

文章仅以凯里市嘎醉河水库工程为例展开分析，此水库所在的鸭塘河系清水江右岸的一级支流，建设任务是城市供水，水库正常蓄水位、死水位分别为740.00 、695.00 m，总库容、死库容、兴利库容分别为1961 万m、31 万m、1 690 万m3，属于中型水库工程，各建筑物级别及设计洪水标准如下表2所示。

3.2 取水口设计方案比选

嘎醉河水库功能为城市供水，对水质要求较高。根据项目业主的要求，基于项目业主掌握的其他工程经验教训，建议嘎醉河水库工程取水口采用分层取水措施。水库蓄水后，特别是水库蓄水初期，淹没的植物腐烂和土地浸泡对水库水质可能产生一定的影响，采取分层取水措施后，可提高水库水质保证率。通过对叠梁门方案和三层取水方方案进行综合技术经济比较，考虑到三层取水方案取水效果好，运行灵活，维护工作量少，分层取水推荐采用三层取水方案。

表1 分层取水口方案对比表

表2 建筑物级别划定及洪水标准表

3.3 取水口结构布置设计

三层取水变更设计方案三层取水口采用串联阶梯式布置，取水塔平面尺寸为14.00 m×4.50 m，内设一道1.50 m×54.00 m的露顶式拦污栅，三层1.50 m×2.00 m的潜孔式事故闸门，底槛高程分别为690 、705 及720 m。拦污栅及事故闸门共用一台容量为630 kN的移动台车卷扬式启闭机，为了方便清污，配备一套悬挂移动液压式清污机进行机械清污操作。

因地质、地形条件限制，本项目取水兼放空隧洞由导流洞改建而成，总长270.17 m，利用导流洞长173.89 m，占导流洞全长的66.80%。

进水口位于河谷右岸大坝趾板边坡内侧。根据计算，考虑保证进水口内压力流，最小淹没深度≥2.00 m；为节约金属结构投资，在保证取水口过流能力的前提下，取水口闸门由原来2 m×2 m 调整为1.50 m×2.00 m（宽×高），采用潜孔式平面钢闸门；结合已出施工图，取水隧洞“龙抬头”开挖及支护已完成，“龙抬头”平段中心线高程为691.00 m；结合上述原因，为保证整个结构布置协调，拟定取水口底板高程690.00 m，死水位695.00 m时洞顶以上水深3.00 m，满足淹没深度要求。

分层取水口尺寸顺水流方向长度由初设的8.20 m调整至14.00 m；垂直于水流方向宽度由5.40 m调整为4.50 m，井筒顶部操作平台高程744.00 m。取水井筒从上游到下游依次布置清污机、拦污栅、下/中/上层取水口、通气孔、拦污栅库。

下、中、上层取水口高程为690.00、705.00、720.00 m，三层取水口呈串联阶梯式布置，各取水口底板高差15 m，门槽中心线间距2.10 m。取水时上层取水口运行水位为740.25～725.00 m，取水深度20.25～5.00 m；中层取水口运行水位为725.00～710.00 m，取水深度20～5 m；下层取水口运行水位为710.00～695.00 m，取水深度20 ～5 m。中、上层取水口通过竖向过水廊道与取水隧洞相连，竖向过水廊道尺寸为（2～3）m×1.50 m，满足过流要求。取水口兼顾水库放空功能，考虑水库放空时流速较快（7.40～13.80 m/s），水库放空时宜采用与“龙抬头”取水放空隧洞衔接平顺的下层取水口放空，使水流顺畅。为满足取水及放空时隧洞通气要求，在上层取水口下游侧边墙上布置两根DN300通气孔，通气孔底部高程721.50 m，顶部高程743.50 m。

4 结语

综上所述，分层取水在水库工程建设中得到了广泛重视，其对农作物、水生生物生长具有重要意义。在进行水库分层取水方案设计时，需综合考虑项目规模、场地条件以及经济性等方面的诸多因素，合理选择取水口型式，并做好方案设计，保证取水效果，满足项目实际需求。