雙峰寺水庫(kù)水電站取水口設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介

徐發(fā)新

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

1 工程概況

雙峰寺水庫(kù)位于灤河的一級(jí)支流武烈河干流上，地處承德市區(qū)的上游。壩址位于承德縣雙峰寺鎮(zhèn)小廟子村南1.0km，距雙峰寺鎮(zhèn)3.0km，距承德市區(qū)12km。水庫(kù)總庫(kù)容為1.373億m3，為Ⅱ等大（Ⅱ）型水利工程，主要建筑物設(shè)計(jì)洪水標(biāo)準(zhǔn)采用100a一遇，校核洪水標(biāo)準(zhǔn)采用2000a一遇。

根據(jù)樞紐總體布置，電站壩段布置在河床左側(cè)的13#壩段，長(zhǎng)20m，根據(jù)電站最大引水流量8.82m3/s，壩內(nèi)埋設(shè)一條直徑為1.8m的引水鋼管，考慮環(huán)境用水需要，另行布置一條直徑0.8m的生態(tài)放水管。

為最大限度利用水資源，在運(yùn)行期間水庫(kù)應(yīng)盡可能結(jié)合電站向下游和城市供水，為保證下游河道水溫滿足環(huán)境保護(hù)的要求，電站壩段的取水口采用豎井式分層取水結(jié)構(gòu)，根據(jù)不同庫(kù)水位情況，開(kāi)啟相應(yīng)高程的取水口，水庫(kù)表層水通過(guò)取水口進(jìn)入豎井，再由豎井進(jìn)入電站引水管道，經(jīng)電站后進(jìn)入下游河道。

2 取水口設(shè)計(jì)

2.1 工程布置

根據(jù)電站壩段結(jié)構(gòu)尺寸和總體布置，取水口豎井?dāng)嗝娉叽鐬?.0m×16.8m，其上游設(shè)3層取水口，底高程分別為384.4，380.8，377.2m。

各層取水口均設(shè)攔污柵和事故閘門(mén)1扇；取水口進(jìn)口均為矩形喇叭口、四面收縮型式，采用1/4橢圓曲線；取水口上游側(cè)設(shè)攔污柵，其中底層孔口尺寸3.0m×3.0m，其余兩層孔口尺寸均為6.2m×2.7m；攔污柵下游設(shè)事故閘門(mén)，其中底層孔口尺寸1.8m×1.8m，其余兩層孔口尺寸均為5.0m×1.5m；豎井下游為電站引水管和生態(tài)放水管進(jìn)水口，進(jìn)水口為矩形，工作閘門(mén)后分別由矩形漸變?yōu)橹睆?.8m的電站引水管和直徑0.8m的生態(tài)放水管。

為便于碾壓混凝土施工，引水鋼管在壩體內(nèi)水平布置，出壩體后采用壩后背管型式引入電站廠房。

2.2 水庫(kù)水溫分布

根據(jù)實(shí)測(cè)水溫資料統(tǒng)計(jì)，武烈河多年月平均水溫成果見(jiàn)表1。

表1 武烈河承德站實(shí)測(cè)月平均水溫

根據(jù)表1的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，按照依據(jù)有關(guān)規(guī)范計(jì)算分析，取溫度變化最劇烈的5月份作為設(shè)計(jì)控制條件，建庫(kù)后水庫(kù)水深與溫度關(guān)系見(jiàn)表2。

表2 武烈河承德站實(shí)測(cè)月平均水溫

2.3 分層取水口高程

從資源利用和工程效益等多方面考慮，電站進(jìn)水口布置在水庫(kù)死水位382.0m以下，其最小淹沒(méi)深度為2.9m，則電站引水管進(jìn)口底高程應(yīng)不大于377.3m。

水庫(kù)正常蓄水位389.0m，電站引水管進(jìn)口底高程不超過(guò)377.3m，兩者相差最小為11.7m。如果僅在死水位下設(shè)置一層取水口，則進(jìn)入下游河道的水溫大大低于河道的天然水溫，將對(duì)河道水生物造成重大傷害，按照環(huán)境保護(hù)有關(guān)規(guī)定進(jìn)行計(jì)算分析，水庫(kù)放入下游河道的水溫與原河道水溫相差應(yīng)不超過(guò)1.5℃，根據(jù)表2，分層取水水深控制范圍約為4.2m，因此須進(jìn)行分層取水才能滿足環(huán)境保護(hù)的要求。

取水口分層越多越有利于環(huán)境保護(hù)，但對(duì)工程布置和管理運(yùn)用造成很大不便，且工程投資增加較多，同時(shí)考慮到水庫(kù)取水口具有一定高度，設(shè)計(jì)取水口分層按4.6m進(jìn)行控制。

水庫(kù)正常蓄水位389.0m，則表層取水口底高程至水庫(kù)正常蓄水位高度按最大分層水深4.6m考慮，確定為384.4m。在取水過(guò)程中，隨著庫(kù)水位的逐漸降低，取水口過(guò)流由孔流向堰流過(guò)渡，當(dāng)形成堰流時(shí)，堰上水深決定著孔口寬度，如采用較小堰上水深，則需要的孔口寬度較大，相應(yīng)可能減少取水口層數(shù)；反之，則可減小孔口寬度，但可能需要增加取水口的分層。根據(jù)電站壩段寬度，結(jié)合本工程的具體情況，取水口最小過(guò)流水深采用1.0m，則第二層取水口的最高水位為385.4m，相應(yīng)取水口底高程確定為380.8m；同理，底層取水口底高程確定為377.2m，低于電站引水管進(jìn)口要求的最大底高程，滿足電站引水管道進(jìn)口淹沒(méi)要求，因此最終確定電站引水管道進(jìn)口和放水豎井底層取水口底高程均為377.2m。

2.4 分層取水口孔口尺寸

分層取水口孔口尺寸根據(jù)水力計(jì)算確定。分層取水口孔口尺寸按設(shè)計(jì)低水位時(shí)放出流量不小于電站設(shè)計(jì)引水流量8.82m3/s，安全起見(jiàn)，豎井放水流量按稍大于電站設(shè)計(jì)引水流量考慮，計(jì)取9.0m3/s，其中設(shè)計(jì)低水位高程取為相應(yīng)取水口底高程以上1.0m，低于該高程時(shí)開(kāi)啟下一層取水口。上兩層取水口在庫(kù)水位較高時(shí)取水口流態(tài)屬閘孔出流，泄量較大，隨著流量不斷宣泄，庫(kù)水水位下降至一定高程以下，變?yōu)檠吡?，相?yīng)泄量能力減小。因此取水口孔口凈寬不應(yīng)小于4.97m，取5.0m，孔口高度取1.5m；最下層取水口位于水庫(kù)死水位之下，按電站引水管直徑確定進(jìn)水口孔口尺寸為1.8m×1.8m。

3 結(jié)語(yǔ)

工程設(shè)計(jì)中應(yīng)充分考慮環(huán)境保護(hù)需要，本工程對(duì)水電站取水口采取分層設(shè)計(jì)，在不同庫(kù)水位開(kāi)啟相應(yīng)高程的取水口，以保證水庫(kù)表層水進(jìn)入取水口，避免了從水庫(kù)取水的水溫和下游河道天然水溫相差過(guò)大，在滿足工程運(yùn)用的情況下，保證了下游河道各種水生物對(duì)水溫的要求。

［1］SL285—2003，水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［2］SL278—2002，水利水電工程水文計(jì)算規(guī)范［S］.

［3］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.河北省承德市雙峰寺水庫(kù)工程可行性研究報(bào)告［R］.2009.

［4］SL319—2005，混凝土重力壩設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［5］武漢水利電力學(xué)院.水力計(jì)算手冊(cè)［M］.北京：水利電力出版社，1983.