雷 亚，高 山，赵倩辉，白 雪

(1.四川省水利水电勘测设计研究院有限公司，成都，610072；2.克拉玛依市水务有限责任公司，新疆 克拉玛依，834000)

1 工程概况

武都引水工程是四川省的一项大型水利项目，是在四川省“西水东调”总体规划、嘉(嘉陵江)涪(涪江)地区水利规划和涪江综合利用规划中确定的。武都引水工程共分二期建设，其中一期工程已于2002年完成；二期工程包括武都水库工程和二期灌区工程。

金峰水库是武都二期灌区工程中的一个囤蓄水库，在西河右岸的一级支流凤鸣河上源，坝址位于绵阳市盐亭县境内。水库任务为通过调蓄西梓干渠补充的水源，满足水库断面以下的农业灌溉、农村人畜用水。大坝正常蓄水位475.00m，总库容9796万m3。主要建筑物包含大坝、放空洞和分层取水口。

2 分层取水口设计

分层取水口布置在水库右岸，为塔式取水结构，闸室位于库内，底板高程442.35m，闸顶高程477.30m。为满足灌区作物对水温的要求，取水闸室布置为多孔平板闸分层取水形式，能够满足从正常蓄水位至死水位变幅情况下取用表层水。分层取水口布置为六层取水，470.85m以下每层孔口均设一扇平板闸门，为潜孔布置。上面一孔的底板同时作为下面一孔的胸墙，胸墙厚度为1.2m。取水孔口高度均为4.5m，宽度均为4.20m。分层取水闸的底高程分别为470.85m、465.15m、459.45m、453.75m、448.05m和442.35m。分层取水门后依次布置一道平板事故检修门和一道弧形工作门，分层取水闸与弧形门工作闸通过混凝土胸墙分隔，前部为进水闸室，后部为弧形门工作闸室。闸室后接消力池，消力池尾坎后接水长坪隧洞，然后进入西梓干渠的下游渠道，将库内水取至各灌面。

在457.819m操作平台设置1台摇摆式液压启闭机控制弧形门启闭，通过旋转楼梯上到闸墩顶部；闸顶设5台液压启闭机用于分层取水门的启闭，设1台液压启闭机用于事故检修门的启闭，同时设置1台双梁门式起重机用于吊装检修分层取水门、检修事故门、工作门和配套启闭机。

图1 分层取水口结构设计纵剖布置

3 分层取水口运行方案分析

分层取水口的运行方案包含分层取水门、事故检修门和弧形工作门的运行方案。通常事故检修门使用频率较低，仅在检修设备或紧急事故时下放至门槽。因此本文仅分析讨论分层取水门和弧形工作门在蓄水时和取水时的运行方案。

3.1 分层取水门运行方案分析

3.1.1 蓄水时

蓄水时，取水口弧形工作门为全关闭状态，事故检修门为全开启状态。分层取水门从下到上依次为1#至5#门，取水门在首次蓄水时有3种方案可行，非首次蓄水时可参照执行。

方案一：首先1#门为开启状态，2#-5#门为关闭状态。当水位上升至2#门底槛以上0.5m时，首先关闭1#门再开启2#门。以此类推，当水位上升至470.85m高程以上0.5m时，关闭5#门，直至水位蓄至正常水位。

方案二：蓄水过程中，始终保持1#门开启状态，2#-5#门为关闭状态，直至水位蓄至正常水位时，关闭1#门。

方案三：首先1#-5#门为开启状态，当水位上升至2#门底槛以上0.5m时，关闭1#门。以此类推，依次关闭2#-5#门，直至水位上升至正常水位。

结合运行过程中的检修需要及操作难度，分层取水门三种方案的优缺点分析见表1。

表1 分层取水门三种方案优缺点分析

在蓄水过程中，分层取水门的三种方案均能保证分层取水门前后无较大水位差，方案是可行的，能满足水库蓄水要求。蓄水后，分层取水门多数时间的使用频次较低，尤其是下部取水门，长期不使用有损坏的可能。为及时检查分层取水门的启闭功能，金峰水库蓄水时分层取水门选用方案一的运行方式。

3.1.2 取水时

取水时，分层取水口1#-5#取水门为全关闭状态，事故检修门为全开启状态，弧形工作门动水开启取水。当库水位下降至470.85m高程以上2.5m时，先全关弧形工作门，再静水开启5#隔水门底缘距5#门底槛以上5.0m处悬停，再动水开启弧形工作门取水。以此类推，当水位下降至2#隔水门底槛以上2.5m时，先全关弧形工作门，再静水开启1#隔水门底缘距1#门底槛以上5.0m处悬停，静水关闭2#隔水门，再动水开启弧形工作门取水。此时除1#隔水门为开启状态，其余2#-5#隔水门均为关闭状态。

取水时，分层取水门运行过程中关闭弧形工作门是为了在静水中启闭取水门，减小取水门启闭难度，确保取水门安全。关闭弧形工作门时，库水位距离当层取水门底槛以上的高度(2.5m)不能过低，以免下游取水流量大于取水门过流流量，引起短期负压。

3.2 弧形工作门运行方案分析

金峰水库的水流经过取水口的分层取水门进入取水闸室，然后通过弧形工作门进入消力池和隧洞，随着西梓干渠进入各灌面。取水时，弧形工作门需要在动水中启闭，采用局开方式调节下泄流量。因此弧形工作门运行方案主要讨论在不同的上游水位时，不同的下泄流量需要的闸门开度。

计算时，采用闸孔出流流量公式：

式中：σs——淹没系数，弧形工作门后下挖消力池，根据计算为自由出流，σs=1.0；

e——闸门开启高度；

n——闸孔孔数，一孔n=1；

b——每孔净宽，4.2m；

g——重力加速度，取9.81；

H0——含行进流速的闸前水头，通常行进流速很小，可忽略，用闸前净水头H代替；

本工程设计取水流量为16.5m3/s，根据规范要求，加大流量和最小流量分别取设计流量的1.2和0.4倍，为19.8m3/s和6.6m3/s。金峰水库死水位为445.0m，正常蓄水位为475.0m。因此，本文分析上游库水位在475.0m～445.0m范围变化时，取水流量在6.6m3/s～19.8m3/s范围变化时的弧形门开度。经过计算，不同的上游水位下，不同下泄流量时弧形门的开度详见表2。

表2 不同水位和下泄流量时取水口弧形门开度(单位：m)

弧形工作门运行操作时，可根据表2，在不同的上游水位和下泄流量时控制闸门开度。值得讨论的是，当闸门开度较小，相对开度e/H<0.1时，流量系数μ0的计算不在其应用范围内。但目前的规范并无相对开度较小时流量系数的计算方法，因此，本文仍采用原流量系数的计算公式。在后期的取水口实际操作中，弧形门开度应与下游测流量计读数验证取水流量，并修正完善不同水位(m)-下泄流量(m3/s)-取水口弧形门开度(m)关系表。同时，可通过大量实际数据，总结归纳在小相对开度时流量系数的计算公式。

4 结语

本文详细分析讨论了金峰水库分层取水口的运行方案设计过程。通过比较分层取水门运行的3种方案，为类似取水工程提供了选择；通过闸孔出流流量公式，得到了弧形工作门在不同上游水位-不同下泄流量的闸门开度关系表，为弧形工作门的运行操作提供了一定的依据和参考。同时在计算分析过程中，出现了超出计算公式应用范围的情况，工程后续运行中应加强观测，验证取水流量，并大量记录实际数据，为后期总结归纳在小相对开度时流量系数的计算公式提供依据。