任庆钰，孔德凌，姜运铖

（贵州省水利水电勘测设计研究院有限公司,贵州 贵阳 550081）

1 工程概况

嘎醉河水库位于贵州省,建设的主要任务为城市供水,总库容1961 万m3,属Ⅲ等工程。坝址正常蓄水位740.0 m,相应库容1961 万m3,面板堆石坝方案校核洪水位为742.74 m（P=0.1%）,总库容为1961 万m3。取水隧洞设计引用流量0.68 m3/s。

2 分层取水口设计的必要性

2.1 分层取水口的必要性

由于未设置分层取水设施,供水管内水质奇臭难闻,偏酸,直接影响供水质量,水处理后水质仍未达标,现采取倒虹管方式的措施取表层水供水。水库蓄水后,淹没的植物腐烂将释放出有机物质,淹没的土地浸泡而使化肥和农药流失,增加水库N、P等营养物质,特别是水库蓄水初期,对水库水质可能产生一定的影响[1]。水库水温虽对鱼类和农作物影响较小,但考虑到较高的水温对下游鱼类及灌溉农作物更有利。

2.2 分层取水口方案拟定

分层取水进水口设计原则如下：①分层取水口的选型应与施工现场开挖形象面貌相适应；②分层取水口应使水力条件良好,流态平顺,水头损失小；③分层取水口应采用合理的结构形式,改善受力条件,确保结构稳定安全,降低施工难度,节省工程投资；④分层取水设计应控制灵活,运行方便,并具备良好的检修条件。

3 分层取水口设计

3.1 取水水温分析计算

3.1.1 水库水温结构判断

水温结构类型的判定,采用国内外通用的 指标判别法[2]。

=多年平均年径流量（m3）/总库容（m3）。判别标准为：当 ＜10,水库为稳定分层型；当10≤ ≤0,水库为过渡型；当 ＞20,水库为混合型。

经计算,嘎醉河水库总库容为1961 万m3,多年平均径流量为3620 万m3。据此,采用 判别法可知： =1.8＜10,属分层型水温结构。由于 ＜10,采用β值判断不同频率洪水对水库水温结构的临时影响。

β=一次洪水总量/水库总库容。判别标准为：当β＜0.5时,洪水对水温无影响；当β＞1时,洪水对水温有影响；当0.5＜β＜1时,洪水对水温影响介于上述两者之间。

由表1可知,当洪水频率≥20%时,β＜0.5,洪水对水温无影响；当1%≤洪水频率＜20%时,0.5＜β＜1,水温结构从分层型变为临时过渡型；当洪水频率＜1%时,β＞1,洪水对水温有影响,水温结构从分层型变为临时混合型。

表1 β 值计算成果表

3.1.2 垂向水温分布

（1）库表和库底月平均水温计算

库表水温计算采用《水利水电工程水文计算规范》（SL 278—2002）中的纬度与水温相关法。库表月平均水温T0的计算公式为：

式中：N为北纬纬度；T0′、K值见表2。

表2 水库表面月平均水温计算公式中的T0′、K值

该式适用于北纬23°～35°地区,拟建的嘎醉河水库位于北纬26.5°,可以用该式进行计算。

经计算,嘎醉河水库建成后表面月平均水温见表3。

表3 嘎醉河水库建成后表面月平均水温T0

由全年各月的平均水温,计算得出年平均水温为21.6℃。

库底水温受纬度、水深、水下建筑物、泥沙淤积、库底温度等影响,而以前两项影响最大。拟建的嘎醉河水库位于北纬26.5°,经查《水利水电工程水文计算规范》中库底年平均水温沿纬度分布图,嘎醉河水库建成后库底年平均水温为11.7℃。对于稳定分层型水库,各月库底水温与其年值差别甚小,可用年值代替。

（2）坝前垂向水温计算

嘎醉河水库正常蓄水位740 m,河床高程672 m,经计算坝前水深68 m。不同水深处水温可能存在差异,采用东勘院公式预测坝前各月垂向水温：

式中：T表为库表月均水温,单位：℃；T底为库底月均水温,单位：℃；m为月份；y为坝前水深,单位：m。预测结果见表4。

表4 嘎醉河水库垂向水温预测结果一览表 单位：℃

根据贵州山区的实际情况,一般认为12℃≤水温≤35℃即可用于农田灌溉[3]。考虑水温更高的水温有利促进农作物生长,满足水温要求的取水深度约为15 m。

3.2 取水口层数选择

根据水温、水质分析计算成果,取水口分层高度不宜大于15 m,确定嘎醉河水库取水口共分成4 层,4 层的底板高程分别为723.75 m、712.50 m、701.25 m、690.00 m,相应的运行水位及取水深度见表5。

表5 嘎醉河水库分层取水口运行水位表

3.3 多层取水口布置形式选择

本工程取水口分成四层取水,四层取水口布置成如下：四层取水口顺水流向布置成一排,取水口横向宽度最小需要约6.4 m,顺水流向最小长度约17.5 m。而且只需要一套拦污栅和清污设备,四扇闸门和拦污栅的启闭设备可以共用,工程投资较省,运行方便[4]。

4 结果分析

本文针对嘎醉河水库工程,提出四层分层取水设计,可供类似工程设计参考。分层取水效果如下：①取水口采用分层取水措施,能有效控制供水水质。②水库蓄水后,特别是水库蓄水初期,淹没的植物腐烂和土地浸泡对水库水质可能产生一定的影响,采取分层取水措施后,可提高水库水质保证率。③采取分层取水措施后可提高供水水温,较高的水温对下游鱼类及灌溉农作物更有利。