中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司 云南省昆明市 650051
摘要：近年来，我国的水库工程建设有了很大进展，水库工程建设越来越多。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，其后以某水库工程为例具体分析了分层取水口方案设计情况，可供参考。
关键词：水库工程；分层取水；取水口设计
引言
随着社会经济的发展，城市工业、生态、灌溉及生活用水对原水的质量要求越来越高，希望从水库源头中取到优质水，作为大体积水体，水库水温、溶解氧、三氮、总大肠菌群及铁锰等主要水质指标随着水位的变化呈规律分布，为了满足饮水和灌溉用水的质量要求，实施分层取水方式，合理的取水方式对取水方案设计的合理性往往较为重要。
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取水设计理念
特殊地质条件下修建的水库，取水分为坝前输水塔取水和坝后集水廊道取水。坝前输水塔取水，通过输水塔放水孔向供水管网直接供水；坝后修建集水廊道，将坝体浅层渗漏水收集，采用加压泵站将水供向供水管网，通过坝体自然过滤，可有效提高供水水质。深层渗水采用在坝体下游修建辐射井，将深层渗水抽取直供。
3实例探析水库工程分层取水口方案设计
为避免发生上述不利运行工况，同时为了简化设备和建筑构件，节约建设成本，文章仅以某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740.00m、695.00m，总库容、死库容、兴利库容分别为1961万m3、31万m3、1690万m3，属于中型水库工程。
3.1输水系统进口金属结构布置
由于水库污染物含量相对较小，故进口只设计了一道拦污栅，并且一道是清污机槽。拦污栅槽依照检修闸门来进行设置，并且依照实际所需来完成检修闸门的设置。
3.2取水口结构布置设计
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690m、705m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，在施工图阶段将取水口闸门由原来2.00m×2.00m调整为1.50m×2.00m（宽×高），采用潜孔式平面钢闸门；“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。
3.3金属结构防腐设计
（1）闸门及其埋件外露表面采用喷锌防腐，面漆为深灰色；埋件的埋入部分表面（与混凝土接合表面）采用涂水泥砂浆防腐；（2）喷锌厚度120μm（最小局部厚度≥120μm），锌涂层与钢基体平均接合强度q=5.9N/mm2，涂锌层密度值62g/cm2。（3）喷锌后用H04-1环氧云铁底漆封闭，喷涂涂层为一道（涂刷则为二道），涂层总厚度（干膜）为80μm；再用J0501银灰色氯化橡胶作表面漆二道封闭，表面涂料漆膜厚度为100μm。（4）涂料涂装：①底漆二道：H06-1-1环氧富锌底漆，干膜厚度100μm；②中间漆一道：H53-6环氧云铁防锈漆，干膜厚度80μm；③面漆一道：B52-12丙烯酸聚氨脂，干膜厚度100μm。
3.4取水口调整对工程带来的影响
取水口施工过程中，对施工单位的操作难度基本没有不利影响，而且因工程量有所减少，所以能有效加快实际的施工进度。通过投资对比可知，在正式运行过程中，根据水库内水位的变化情况，选择开启合适高程的闸门进水，以有效改善取水水质；另外，还能防止只有一个底层进水口进水导致水温较低对本工程灌区内农作物造成的不利影响。
3.5出口工作闸门
弧门的启闭机选型在弧门液压启闭机与弧门固定式卷扬机之间作方案比较，选用液压启闭机作为该闸门的启闭设备。启闭设备初步确定选用摇摆式液压启闭机，吊点设在闸门顶部。启闭机油缸采用固定摇摆式支承，吊耳采用自润滑球面滑动轴承，与闸门和铰支座联接，启闭机由油缸总成、液压泵站总成、液压管道、埋件和电气设备等组成，液压启闭机配备一套独立的液压泵站。
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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