雷 亞，高 山，趙倩輝，白 雪

(1.四川省水利水電勘測設(shè)計研究院有限公司，成都，610072；2.克拉瑪依市水務(wù)有限責(zé)任公司，新疆 克拉瑪依，834000)

1 工程概況

武都引水工程是四川省的一項大型水利項目，是在四川省“西水東調(diào)”總體規(guī)劃、嘉(嘉陵江)涪(涪江)地區(qū)水利規(guī)劃和涪江綜合利用規(guī)劃中確定的。武都引水工程共分二期建設(shè)，其中一期工程已于2002年完成；二期工程包括武都水庫工程和二期灌區(qū)工程。

金峰水庫是武都二期灌區(qū)工程中的一個囤蓄水庫，在西河右岸的一級支流鳳鳴河上源，壩址位于綿陽市鹽亭縣境內(nèi)。水庫任務(wù)為通過調(diào)蓄西梓干渠補充的水源，滿足水庫斷面以下的農(nóng)業(yè)灌溉、農(nóng)村人畜用水。大壩正常蓄水位475.00m，總庫容9796萬m3。主要建筑物包含大壩、放空洞和分層取水口。

2 分層取水口設(shè)計

分層取水口布置在水庫右岸，為塔式取水結(jié)構(gòu)，閘室位于庫內(nèi)，底板高程442.35m，閘頂高程477.30m。為滿足灌區(qū)作物對水溫的要求，取水閘室布置為多孔平板閘分層取水形式，能夠滿足從正常蓄水位至死水位變幅情況下取用表層水。分層取水口布置為六層取水，470.85m以下每層孔口均設(shè)一扇平板閘門，為潛孔布置。上面一孔的底板同時作為下面一孔的胸墻，胸墻厚度為1.2m。取水孔口高度均為4.5m，寬度均為4.20m。分層取水閘的底高程分別為470.85m、465.15m、459.45m、453.75m、448.05m和442.35m。分層取水門后依次布置一道平板事故檢修門和一道弧形工作門，分層取水閘與弧形門工作閘通過混凝土胸墻分隔，前部為進水閘室，后部為弧形門工作閘室。閘室后接消力池，消力池尾坎后接水長坪隧洞，然后進入西梓干渠的下游渠道，將庫內(nèi)水取至各灌面。

在457.819m操作平臺設(shè)置1臺搖擺式液壓啟閉機控制弧形門啟閉，通過旋轉(zhuǎn)樓梯上到閘墩頂部；閘頂設(shè)5臺液壓啟閉機用于分層取水門的啟閉，設(shè)1臺液壓啟閉機用于事故檢修門的啟閉，同時設(shè)置1臺雙梁門式起重機用于吊裝檢修分層取水門、檢修事故門、工作門和配套啟閉機。

圖1 分層取水口結(jié)構(gòu)設(shè)計縱剖布置

3 分層取水口運行方案分析

分層取水口的運行方案包含分層取水門、事故檢修門和弧形工作門的運行方案。通常事故檢修門使用頻率較低，僅在檢修設(shè)備或緊急事故時下放至門槽。因此本文僅分析討論分層取水門和弧形工作門在蓄水時和取水時的運行方案。

3.1 分層取水門運行方案分析

3.1.1 蓄水時

蓄水時，取水口弧形工作門為全關(guān)閉狀態(tài)，事故檢修門為全開啟狀態(tài)。分層取水門從下到上依次為1#至5#門，取水門在首次蓄水時有3種方案可行，非首次蓄水時可參照執(zhí)行。

方案一：首先1#門為開啟狀態(tài)，2#-5#門為關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)水位上升至2#門底檻以上0.5m時，首先關(guān)閉1#門再開啟2#門。以此類推，當(dāng)水位上升至470.85m高程以上0.5m時，關(guān)閉5#門，直至水位蓄至正常水位。

方案二：蓄水過程中，始終保持1#門開啟狀態(tài)，2#-5#門為關(guān)閉狀態(tài)，直至水位蓄至正常水位時，關(guān)閉1#門。

方案三：首先1#-5#門為開啟狀態(tài)，當(dāng)水位上升至2#門底檻以上0.5m時，關(guān)閉1#門。以此類推，依次關(guān)閉2#-5#門，直至水位上升至正常水位。

結(jié)合運行過程中的檢修需要及操作難度，分層取水門三種方案的優(yōu)缺點分析見表1。

表1 分層取水門三種方案優(yōu)缺點分析

在蓄水過程中，分層取水門的三種方案均能保證分層取水門前后無較大水位差，方案是可行的，能滿足水庫蓄水要求。蓄水后，分層取水門多數(shù)時間的使用頻次較低，尤其是下部取水門，長期不使用有損壞的可能。為及時檢查分層取水門的啟閉功能，金峰水庫蓄水時分層取水門選用方案一的運行方式。

3.1.2 取水時

取水時，分層取水口1#-5#取水門為全關(guān)閉狀態(tài)，事故檢修門為全開啟狀態(tài)，弧形工作門動水開啟取水。當(dāng)庫水位下降至470.85m高程以上2.5m時，先全關(guān)弧形工作門，再靜水開啟5#隔水門底緣距5#門底檻以上5.0m處懸停，再動水開啟弧形工作門取水。以此類推，當(dāng)水位下降至2#隔水門底檻以上2.5m時，先全關(guān)弧形工作門，再靜水開啟1#隔水門底緣距1#門底檻以上5.0m處懸停，靜水關(guān)閉2#隔水門，再動水開啟弧形工作門取水。此時除1#隔水門為開啟狀態(tài)，其余2#-5#隔水門均為關(guān)閉狀態(tài)。

取水時，分層取水門運行過程中關(guān)閉弧形工作門是為了在靜水中啟閉取水門，減小取水門啟閉難度，確保取水門安全。關(guān)閉弧形工作門時，庫水位距離當(dāng)層取水門底檻以上的高度(2.5m)不能過低，以免下游取水流量大于取水門過流流量，引起短期負(fù)壓。

3.2 弧形工作門運行方案分析

金峰水庫的水流經(jīng)過取水口的分層取水門進入取水閘室，然后通過弧形工作門進入消力池和隧洞，隨著西梓干渠進入各灌面。取水時，弧形工作門需要在動水中啟閉，采用局開方式調(diào)節(jié)下泄流量。因此弧形工作門運行方案主要討論在不同的上游水位時，不同的下泄流量需要的閘門開度。

計算時，采用閘孔出流流量公式：

式中：σs——淹沒系數(shù)，弧形工作門后下挖消力池，根據(jù)計算為自由出流，σs=1.0；

e——閘門開啟高度；

n——閘孔孔數(shù)，一孔n=1；

b——每孔凈寬，4.2m；

g——重力加速度，取9.81；

H0——含行進流速的閘前水頭，通常行進流速很小，可忽略，用閘前凈水頭H代替；

本工程設(shè)計取水流量為16.5m3/s，根據(jù)規(guī)范要求，加大流量和最小流量分別取設(shè)計流量的1.2和0.4倍，為19.8m3/s和6.6m3/s。金峰水庫死水位為445.0m，正常蓄水位為475.0m。因此，本文分析上游庫水位在475.0m～445.0m范圍變化時，取水流量在6.6m3/s～19.8m3/s范圍變化時的弧形門開度。經(jīng)過計算，不同的上游水位下，不同下泄流量時弧形門的開度詳見表2。

表2 不同水位和下泄流量時取水口弧形門開度(單位：m)

弧形工作門運行操作時，可根據(jù)表2，在不同的上游水位和下泄流量時控制閘門開度。值得討論的是，當(dāng)閘門開度較小，相對開度e/H<0.1時，流量系數(shù)μ0的計算不在其應(yīng)用范圍內(nèi)。但目前的規(guī)范并無相對開度較小時流量系數(shù)的計算方法，因此，本文仍采用原流量系數(shù)的計算公式。在后期的取水口實際操作中，弧形門開度應(yīng)與下游測流量計讀數(shù)驗證取水流量，并修正完善不同水位(m)-下泄流量(m3/s)-取水口弧形門開度(m)關(guān)系表。同時，可通過大量實際數(shù)據(jù)，總結(jié)歸納在小相對開度時流量系數(shù)的計算公式。

4 結(jié)語

本文詳細(xì)分析討論了金峰水庫分層取水口的運行方案設(shè)計過程。通過比較分層取水門運行的3種方案，為類似取水工程提供了選擇；通過閘孔出流流量公式，得到了弧形工作門在不同上游水位-不同下泄流量的閘門開度關(guān)系表，為弧形工作門的運行操作提供了一定的依據(jù)和參考。同時在計算分析過程中，出現(xiàn)了超出計算公式應(yīng)用范圍的情況，工程后續(xù)運行中應(yīng)加強觀測，驗證取水流量，并大量記錄實際數(shù)據(jù)，為后期總結(jié)歸納在小相對開度時流量系數(shù)的計算公式提供依據(jù)。