辛紅 李潤芝 劉淑蘭

分層取水設(shè)備布置的型式與研究

辛紅 李潤芝 劉淑蘭

對分層取水的種類及設(shè)備的布置等問題進(jìn)行了闡述，根據(jù)不同工程實例，論述大中型水電站及水庫工程分層取水的方式，以及根據(jù)取水高度確定采用分層取水的型式。對分層取水的布置方式及型式提出的建議對設(shè)計有一定借鑒意義。

分層取水 取水高度 設(shè)備布置型式

隨著人們對環(huán)境保護(hù)認(rèn)識的提高，考慮到下泄的低溫水可能對下游的生態(tài)環(huán)境造成不利或有害的影響，水利水電工程通過設(shè)置分層取水設(shè)施，控制取水水域，來有效解決下泄低溫水的問題。

1　分層取水的種類及應(yīng)用

大中型水電站及水庫分層取水設(shè)施一般分為水力控制和機(jī)械控制分層取水。

水力控制分層取水設(shè)施一般采用：浮板式、浮管式、多層水力自動翻板式取水裝置。它們是一種以水的自身壓力為動力操縱取水口、進(jìn)行水庫分層取水的裝置。

（1）浮板式裝置的分層取水設(shè)施主要包括浮筒、隔水門、過水豎井等，由浮筒的浮力帶動隔水門作豎直方向的移動，控制隔水門以上的取水深度或孔口尺寸，以達(dá)到取表層水的目的，浮板型取水裝置優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，使用范圍廣，在中小型水庫中均能適用。

（2）浮管式裝置的分層取水設(shè)施由浮筒、取水口、取水管等組成。根據(jù)庫水位的不同來調(diào)節(jié)取水管狀態(tài)，從而使得取水口始終處于表層水附近，以達(dá)到分層取水目的，比較適用于小型水利工程。

（3）多層水力自動翻板型裝置的分層取水設(shè)施由進(jìn)水塔或斜管、豎向安裝在塔上游面的若干層翻板閘門等組成。其優(yōu)點(diǎn)是能夠依靠水力自動啟閉，節(jié)省了提升設(shè)備和部分管理人員，在小型水利工程中使用。

機(jī)械控制分層取水設(shè)施：塔式、斜臥式、機(jī)控圓筒式取水裝置。這些設(shè)施的原理就是通過外力啟閉不同深度的閘門，得到不同深度的水。

（1）塔式分層取水布置型式與浮式板型設(shè)施基本相同，只是對隔水門的控制采用機(jī)械控制。根據(jù)庫水位的變化，調(diào)節(jié)隔水門的升降（或開啟不同高程的門），進(jìn)行堰流或孔流取水。這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是取表層水效果好，水頭損失小，啟閉機(jī)大小可根據(jù)閘門大小選配，可用在引用流量較大的工程中。

（2）斜臥式分層取水一般用于小型水庫，主要通過斜臥在山坡或其它建筑物上的斜管分級開孔取水，孔口處的閘門一般采用機(jī)械控制的拍門型式，這種裝置的優(yōu)點(diǎn)是可節(jié)省或簡化工作橋、進(jìn)水塔等建筑物，一般用于小型水庫中，主要功能是解決灌溉水溫問題。

（3）機(jī)控圓筒式分層取水裝置是用機(jī)械設(shè)備吊住各節(jié)圓筒和取水口，管身由各節(jié)管徑不同的圓筒套接而成。通過拉起或放下吊索來控制圓筒伸縮，以達(dá)到取表層水的目的。

目前，對于大中型水電工程的分層取水設(shè)計，多采用疊梁門分層取水或多層取水口分層取水。小型工程可因地制宜選擇合適的分層取水形式。

2　分層取水的工程實例

根據(jù)已建萬家寨水利樞紐、玉灘水庫及糯扎渡水電站分層取水的實際布置，闡述何種工況下采用何種分層取水的型式。

萬家寨水利樞紐工程分層取水措施為根據(jù)庫水位的變化，調(diào)節(jié)隔水門的升降進(jìn)行孔流取水，來實現(xiàn)輸送水庫中的表層水。

如圖1，當(dāng)庫水位在980.0～970.00 m時，隔水閘門分別封擋其孔口，水從高程967.0 m以上的孔口過流；當(dāng)庫水位在970.00～959.50 m時，啟用5 m×10 m-10 m隔水閘門并隨庫水位起落控制升降，門頂取水深度約3 m，當(dāng)庫水位在959.50～952.00 m時啟用溢流面較寬的8 m×5 m-15.5 m閘門，門頂取水為2.5 m，此時5 m×10 m-10 m隔水閘門放到底部。該樞紐最高蓄水位為980.0 m，最低運(yùn)行水位為952.0 m。取水范圍為980.0～952.00 m，取水高度為28 m。

玉灘水庫分層取水方式采用為一座豎井結(jié)構(gòu)，如圖2在豎井前端設(shè)有1扇根據(jù)水位變化可上下移動的帶有攔污柵的半圓筒復(fù)合閘門，根據(jù)水位的不同，表層溫水由半圓筒復(fù)合閘門頂部的攔污柵，從不同的進(jìn)水口流入最下部底孔輸水洞。如圖2考慮分層取水的要求，攔污柵后的取水孔自上而下分為4個連通孔，分別稱為高孔、中孔、低空和底孔。在中孔、低孔及底孔內(nèi)設(shè)有平面擋水閘門，3扇閘門共用1道門槽及1臺固定卷揚(yáng)式啟閉機(jī)。中孔閘門和啟閉機(jī)之間采用常規(guī)拉桿連接，各閘門之間采用可伸縮的套接式拉桿連接，以保證在開啟中孔閘門時，下部閘門仍處于關(guān)閉擋水狀態(tài)，從而防止在較高水位取水時下部連通孔流入低溫水。該水庫正常蓄水位為351.60 m，死水位為330.50 m，取水范圍為351.60～330.50 m，取水高度為21.1 m。

圖1　萬家寨水利樞紐分層取水布置

圖2　玉灘水庫分層取水布置

糯扎渡水電站采用疊梁閘門的方式分層取水。如圖3進(jìn)水塔采用岸塔式，進(jìn)水塔沿水流方向依次布置攔污柵、疊梁閘門、檢修閘門和事故閘門。疊梁閘門孔口尺寸為3.8 m×38.04 m（寬×高），疊梁閘門由3節(jié)組成，每節(jié)高度為12.68 m。疊梁閘門按照取水區(qū)域分為4檔，水庫水位高于803.0 m以上時，疊梁閘門整體擋水，擋水閘門門頂高程為774.04 m，此時為第1層取水，取水范圍為821.0～774.04 m。當(dāng)水庫水位在803.0～790.4 m時，吊起第1節(jié)疊梁閘門，此時擋水閘門門頂高程為761.36 m，此時為第2層取水，取水范圍為803.0～761.36 m。當(dāng)水庫水位在790.4～777.7 m時，繼續(xù)吊起第2節(jié)疊梁閘門，此時擋水閘門門頂高程為748.68 m，此時為第3層取水，取水范圍為790.4～748.68 m。當(dāng)庫水位降至777.7 m以下至死水位765.0 m時，將3節(jié)疊梁閘門全部提起，此時為第4層取水。水庫正常蓄水位為812.0 m，死水位為765.0 m，取水范圍為812.00～765.00 m，取水高度為47 m。

圖3　糯扎渡水電站分層取水布置

金沙江溪洛渡水電站，采用4層疊梁閘門的取水方式，水庫正常蓄水位為600.0 m，死水位為540.0 m，取水范圍為600.00～540.00 m，取水高度為60 m。

3　結(jié)語

根據(jù)上述論述及工程實例，總體上說，目前大中型水電站及水庫工程均采用機(jī)械控制的方式來進(jìn)行分層取水。分層取水采用何種方式，應(yīng)根據(jù)工況及取水的高度等來進(jìn)行比較綜合確定。對于閘門頂部過水，在設(shè)計時考慮閘門頂部結(jié)構(gòu)，保證水流順暢。對于冬季使用的表層取水閘門布置，應(yīng)考慮淹沒深度，滿足冰蓋運(yùn)行的要求。

對于中小型工程，如果取水高度在30 m內(nèi)，可采用萬家寨樞紐或者玉灘水庫的取水方法。

對于大中型工程當(dāng)取水高度大于30 m時，應(yīng)該采用疊梁閘門或多層取水口的取水方式。疊梁閘門分層取水可解決高壩、深庫、大流量和場地狹小等問題，此布置方式簡單，運(yùn)行靈活方便，可靠性較高。多層取水口布置是將水道進(jìn)水口沿豎向按取水高度分別設(shè)成幾個進(jìn)口，每個進(jìn)口都能滿足取水能力，水位較高時關(guān)閉下部進(jìn)水口閘門，該布置方式取水口越多結(jié)構(gòu)越復(fù)雜、結(jié)構(gòu)尺寸越大，適用于引用流量小、水庫水深不大、取水口處場地較開闊的工程。布置多層取水閘門還是疊梁分層取水閘門，應(yīng)根據(jù)水工建筑物進(jìn)水口的布置與金屬結(jié)構(gòu)設(shè)備比選后決定，但應(yīng)避免采用混合式布置。

辛紅 女 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

李潤芝 女 高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

劉淑蘭 女 教授級高級工程師 中水北方勘測設(shè)計研究有限責(zé)任公司 天津 300222

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