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水库工程分层取水口方案设计研究

学术杂志网   |   2020-10-21

摘要:为满足灌溉水温、供水水质、下游水生态等方面的要求,分层取水得到越来越多水库工程的重视。文章首先分析了水库工程分层取水要求,其后就几种水库工程分层取水口方案的对比展开论述,最后凯里市嘎醉河水库工程为例具体分析了分层取水口方案设计情况,以期可供参考。

关键词:水库工程;分层取水;方案比选;取水口设计

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、695.00m,总库容、死库容、兴利库容分别为1961万m、31万m、1690万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。

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14.00m×4.50m,内设一道1.50m×54.00m的露顶式拦污栅,三层1.50m×2.00m的潜孔式事故闸门,底槛高程分别为690、705及720m。拦污栅及事故闸门共用一台容量为630kN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270.17m,利用导流洞长173.89m,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≥2.00m;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2m×2m调整为1.50m×2.00m(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691.00m;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690.00m,死水位695.00m时洞顶以上水深3.00m,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8.20m调整至14.00m;垂直于水流方向宽度由5.40m调整为4.50m,井筒顶部操作平台高程744.00m。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、720.00m,三层取水口呈串联阶梯式布置,各取水口底板高差15m,门槽中心线间距2.10m。取水时上层取水口运行水位为740.25~725.00m,取水深度20.25~5.00m;中层取水口运行水位为725.00~710.00m,取水深度20~5m;下层取水口运行水位为710.00~695.00m,取水深度20~5m。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×1.50m,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(7.40~13.80m/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721.50m,顶部高程743.50m。

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。

参考文献:

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[2]高学平,任庆钰.多层孔型取水口下泄水温试验研究[J].水力发电学报,2015,34(5):103-107.

[3]谢玲丽,仇金长,高文,etal.聚仙庙水库平面钢闸门分层取水设计及应用[J].人民黄河,2015,364(12):145-147.

作者:孔德凌 管志保 汪宾舟 保明梅 单位:贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司

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