德厚水库引水隧洞塔式进水口分层取水设计

冉海林 杨必娴

(云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021)

德厚水库引水隧洞塔式进水口分层取水设计

冉海林 杨必娴

(云南省水利水电勘测设计研究院，云南 昆明 650021)

为实现取用水库表层优质水，减轻下泄深层低温水对人畜饮水安全及农作物生长和下游水生生态环境产生不利影响，德厚水库采用“平面重合、立面分层、一电多控”的平面钢闸门分层取水。各取水口在平面布置上重合，立面分设于进水塔不同高程，多扇取水闸门共用一个门槽和一套启闭设备。该方案具有结构布置简单、土建及金属结构工程量小、工程投资少，运行操作及养护维修简单方便等优点，可供类似工程设计借鉴。

塔式进水口；分层取水；德厚水库；引水隧洞

1 工程概况

德厚水库位于云南省文山州文山市德厚镇，是一座以城乡生活和工业供水、农业灌溉为主，兼顾一定发电功能的大(2)型水利枢纽。水库坝址以上流域面积565km2，死水位为1341.5m，正常蓄水位为1377.5m，校核洪水位为1980.27m；水库死库容为306万m3，正常蓄水位相应库容为9281万m3，总库容1.13亿m3，为多年调节水库。枢纽主要由大坝、溢洪道、导流泄洪隧洞、引水隧洞及团结大沟输水隧洞等组成。大坝为黏土心墙堆石坝，最大坝高70.9m。

2 引水隧洞功能及布置

2.1 引水隧洞功能

除库水位高于1370m时可由团结大沟输水隧洞向马塘黄龙坝区农业灌溉供水外，其余的水库供水均由引水隧洞取水供给。引水隧洞主要功能包括：ⓐ平远片供水；ⓑ马塘、花庄片供水；ⓒ马塘工业供水；ⓓ坝后电站用水；ⓔ下游河道生态用水。隧洞最大设计引水流量9.35m3/s，最小设计引水流量5.04m3/s。

2.2 引水隧洞布置

德厚水库引水隧洞布置于右岸，根据供水需要采用有压隧洞。引水隧洞进口底板高程为1337.2m，由引渠段、塔式进水口及洞身段组成，隧洞全长347.95m，其中，引渠段长11.25m，塔式进水口长13.5m，洞身段长323.2m。洞身断面为直径2.2m的圆形断面，末端与压力钢管相接。

3 分层取水缘由

已建水利水电工程资料调查[1-3]显示，具有多年调节性能的深库高坝，库水具有以下特性：ⓐ水温垂向分层现象明显，表层水温高、深层水温低；ⓑ深层水存在一些矿物指标超标，如Fe、Mn、N、P超标等；ⓒ深层水体富营养化，具有一定的腥臭味。综上所述，深层取水不能提供优质水源，难以保障供水质量。

德厚水库工程任务以城乡生活和工业供水、农业灌溉为主，工程供水水质的好坏直接关系到当地人民群众的饮水安全及工农业的健康发展。水库正常运行水位变幅达36m，为了保障取水水质，减轻下泄深层矿物质超标、富营养化、低温水对人畜饮水安全及农作物生长和下游生态环境产生不利影响，根据环评要求，需进行分层取水，以实现取用水库表层优质水。

4 分层取水方案设计

4.1 分层取水口底板高程确定

总结国内已建工程分层取水口高程布置经验，结合该工程环评论证结果，分层取水口底板高程布置如下：水库最大坝高70.9m，正常蓄水位1377.5m，死水位1341.5m，高差达36m，为取到优质原水，确定分4层取水。取水口底板高程分别为：1号取水口1368.5m，2号取水口1358.5m，3号取水口1348.5m，4号取水口1337.2m(与引水隧洞进口底板高程相同)。

4.2 分层取水结构布置

分层取水设施采用“平面重合、立面分层、一电多控”的平面钢闸门。4层取水口在平面布置上重合，立面分设于进水塔不同高程，各取水口闸门孔口尺寸均为2.2m×2.2m。4扇取水闸门共用一个门槽，在每孔门槽孔口底部设置定位锁定，依靠每扇闸门不同尺寸的横向外伸锁定定位每扇闸门位置；4扇闸门共用一台前后移动的台车，通过一套专用的自动液压式抓梁控制闸门。运行时根据库水位变化情况开启相应的取水闸门，关闭的下部闸门浸泡在水中挡住深层水流，在平面钢闸门与引水隧洞进口间形成竖向流道，以达到取表层优质水的目的。进水塔顶部设置2个门库，平时闸门开启时放置于门库中。取水口前从进水塔底板至塔顶检修平台垂直布置1道拦污栅，孔口尺寸为3.2m×44.3m。进水塔下游侧设置2.2m×2.2m事故闸门一道，事故闸门后设置直径0.6m的通气孔。分层取水剖面结构如图1、图2所示。

图1 分层取水纵剖面结构示意图

图2 取水闸门槽剖面示意图

4.3 分层取水金属结构配套设计

4.3.1 拦污栅

分层取水口前从进水塔底板至塔顶检修平台垂直布置1道拦污栅，孔口尺寸为3.2m×44.3m，设计水头为4m，拦污栅采用叠梁门式设计，每节拦污栅在边梁处采用穿轴连接。每节拦污栅均采用实腹板焊接组合工字钢梁，自润滑复合材料式滑道主支承，并设有反向、侧向支承和节间对位等装置。拦污栅采用悬挂机械式清污机清污和提栅清污方式，清污耙斗为全跨悬挂式设计，清污机安装在台车式启闭机上，为前后一体结构。清污机可在动水不停机情况下连续清污。拦污栅上、下游侧均设有水位计，测量栅前、栅后水位差，在水头差大于0.5m时应及时清污，拦污栅的最大过栅流速不超过1m/s。拦污栅检修或提栅清污时，可由GT630的台车通过一套专用的平衡梁与拦污栅连接，完成整体提栅检修和提栅清污。

4.3.2 取水闸门

4扇取水闸门孔口尺寸均为2.2m×2.2m，随其孔口位置高程不同闸门设计水头分别为：1号：10m、2号：20m、3号：30m、4号：41m。1～3号闸门均采用P45型环形水封，上游止水，主支承为自润滑复合材料滑道；4号闸门采用P45型顶侧水封，板式底水封，上游止水，主支承为自润滑复合材料滑道。平时闸门开启时放置于进水塔顶部门库中，关闭的闸门浸泡在水中，其操作条件均为静水启闭。4扇闸门共用一个门槽，在每孔门槽孔口底部设置定位锁定，依靠每扇闸门不同尺寸的横向外伸锁定定位每扇闸门位置。4扇闸门共用一台前后移动的台车，通过一套专用的自动液压式抓梁控制闸门，台车升力为630kN，扬程为45m。

4.3.3 事故闸门

事故闸门孔口尺寸为2.2m×2.2m，设计水头41m，闸门采用P45型顶侧水封，板式底水封，下游止水，悬臂式定轮主支承设计。平时闸门锁定在门槽顶部，其操作条件为动水闭门小开度充水平压后静水提门。闸门启闭机采用一台高扬程卷扬机。

5 分层取水方案评价

传统分层取水多采用“平面交错、立面分层”式[4]或叠梁门式[5]。

平面交错、立面分层式取水布置形式相对复杂，结构尺寸较大，土建工程量及投资较大。叠梁门分层取水高度灵活可调，经过严格的管理与精细的控制能够能充分取到表层水，但该方案存在如下问题：ⓐ闸门节数多，结构布置上需增加储门槽数量；ⓑ为防止运行中叠梁闸门在操作中发生混淆，每节闸门需能互换，因此，在闸门设计上每节闸门均需按最高水头设计，工程量大；ⓒ叠梁闸门的节间封水效果一旦不能达到预期目标(制造、安装及调试都是造成封水效果不理想的原因)，漏水量将很大；ⓓ门槽的平直度和每一节叠梁闸门的门顶制造精度偏差都会对自动抓梁成功抓取闸门产生影响，而多节叠梁闸门增加了更多的不确定性；ⓔ叠梁闸门的日常维护工作量大，且靠底部的几节闸门维护难度较大[6]。

与传统分层取水方案相比，德厚水库工程分层取水方案每层取水口在平面布置上重合，立面分设于进水塔不同高程处，多扇取水闸门共用一个门槽和一套启闭设施，在每孔门槽孔口底部设置定位锁定，依靠每扇闸门不同尺寸的横向外伸锁定定位每扇闸门位置。该方案分层取水结构布置简单，土建工程量小，同时，采用“一电多控”的启闭方法，充分节约了工程投资。从技术及运行维护方面来看，采用平面钢闸门分层取水，技术成熟、结构可靠、耐久性好、操作简单，平常闸门维修养护在塔顶检修平台上进行，安全方便。

6 结 语

德厚水库引水隧洞进水口采用“平面重合、立面分层、一电多控”的平面钢闸门分层取水设计方案，能有效改善取水水质，基本达到取用水库表层优质水的目的，满足环评相关要求，对水资源进行合理开发利用的同时实现了工程建设与生态环境的和谐发展；同时，该方案具有结构布置简单、土建及金属结构工程量小、工程投资少、运行操作及养护维修简单方便等优点，其经验可供类似工程设计借鉴。

[1] 吴莉莉，王惠民，吴时强.水库的水温分层及其改善措施[J].水电站设计，2007,23(3):97-100.

[2] 黄剑东.上寨水库坝前垂向与坝下水温预测分析[J].吉林水利，2013(3):22-24.

[3] 胡晓明，吴文华，蔡新明.碗窑水库分层取水设施设计[J].浙江水利科技，2009(6):28-29.

[4] 谢玲丽，仇金长，高文，等.聚仙庙水库平面钢闸门分层取水设计及应用[J].人民黄河，2015，37(12):139-141.

[5] 邵年，廖远志，林学锋.嘉陵江亭子口水电站进水口分层取水口设计[J].人民长江，2014,45(4):32-35.

[6] 符锋，陈若炜，冉海林,等.云南省文山州德厚水库工程初步设计报告[R].昆明：云南省水利水电勘测设计研究院，2015.

Stratified Water Intake Design for Water Diversion Tunnel Tower Water Inlet in Dehou Reservoir

RAN Hailin, YANG Bixian

(YunnanInstituteofWaterHydropowerEngineeringInvestigation,Designand
Research,Kunming650021,China)

Plane steel gate stratified water intake of ‘plane superposition, elevation stratification and multi-control for one power supply’ is adopted in Dehou Reservoir in order to access of reservoir surface high-quality water, and reduce the adverse influence of discharge deep low temperature water on human and animal drinking water safety, crop growth and downstream aquatic ecological environment. All water intakes are superposed in plane layout. The elevation is respectively set at different elevation of the water intake tower. Many water intake gates share one gate slot and one set of hoisting equipment. The plan has the advantages of simple structure layout, small civil construction and metal structure engineering, little engineering investment, easy operation and maintenance, etc., and it can provide design reference for similar projects.

tower water inlet; stratified water intake; Dehou Reservoir; water diversion tunnel

10.16617/j.cnki.11-5543/TK.2017.07.014

TV674

A

1673-8241(2017)07- 0048- 04