東坑水庫工程分層取水口方案設計

嚴希培

(三明市水利工作站，福建 三明 365000)

東坑水庫工程分層取水口方案設計

嚴希培

(三明市水利工作站，福建 三明 365000)

隨著人民群眾生產生活水平的不斷提高，對水質的要求不斷提出新要求，分層取水口設計可以解決水庫運行長久后，庫區中植物和其他有機物腐爛、淤積等問題所帶來的水質污染，無法取到優質水的問題，在工程地形地質條件合適的情況下，適用于中小型水庫的分層取水，有較好的應用前景。

東坑水庫；水質；分層取水；方案設計；取水口

1 工程概況

寧化縣東坑水庫工程是福建省第一批實施的煙草行業水源工程建設項目，水庫位于寧化縣泉上鎮青瑤村境內，所在流域為閩江上游金溪流域鋪溪支流的蓋洋溪小支流的青瑤小溪河道上，是一座以灌溉為主兼顧泉上鎮及周邊生活用水的小(1)型水庫工程。水庫壩址以上集雨面積9.5 km2，大壩為混凝土砌石重力壩，最大壩高38.8m，水庫正常蓄水位為543.60m，相應庫容為244.2萬m3。工程樞紐建筑物包括攔河壩、溢洪道、引水系統及灌區渠系建筑物等組成。主要建筑物防洪標準按30a一遇洪水設計，300a一遇洪水校核。岸塔式取水口由分層閘門井、交通橋及啟閉房等組成。

2 分層取水的必要性

東坑水庫工程建設后承擔著泉上鎮563hm2耕地的灌溉用水及集鎮群眾3000m3/d的供水任務。

東坑水庫正常蓄水位為543.60m，死水位為527.50m，水位變化幅度達16m，由于水庫具有分層的特性，季節變化，水溫分層影響水庫PH值、溶解氧(Do)、鐵(Fe)、錳(Mn)的垂直分布，PH值、溶解氧(Do)隨水深加深而減少，鐵(Fe)、錳(Mn)等含量隨水深加深而增加，本工程作為泉上鎮直接供水水源，必須取到優質水源，進水口需進行分層取水。

水庫形成后, 優質原水的供應受季節溫度的影響，使水庫產生分層現象。如果灌溉取用水庫底部的水，引用水的水溫較天然水溫將有滯后和坦化的現象，用于農業灌溉對農業生產產生不利影響。農作物生長期灌溉用水一般春秋季灌溉水溫≥10℃-15℃；夏季水溫≥15℃-20℃，以免對作物生長不利。水庫底層水溫偏低，不宜直接用來灌溉水稻等作物?？紤]灌溉水溫度需滿足水稻生長的最低要求，宜取用水庫表層水用于農業灌溉[1]。

3 水庫調節計算

3.1 基本資料

1)徑流的年內分配，按代表年選擇的原則，將泉上雨量站各水文年平均流量與相應設計值作比較，從中選出合適的年份。經分析比較P=90%的代表年為1991年4月-1992年3月。其徑流年內月分配比例見表1。

表1 設計代表年徑流年內分配表

2)庫容曲線：據庫區地形圖圈算，求得東坑水庫水位、庫容關系。其成果見表2。

表2 東坑水庫庫容曲線表

3)水量損失：①水庫蒸發：根據水文資料可知，東坑水庫多年平均降水量1804mm，年徑流深1028mm，水面多年平均蒸發1050mm，則陸面蒸發為776mm，水庫年蒸發損失為64mm, 月蒸發根據泉上雨量站資料可查詢。②水庫月滲漏量按庫容0.5%計。

4)水庫下泄流量：東坑水庫壩址下游約6km為泉上水庫大壩，東坑水庫壩址至泉上水庫庫尾只有2.5km，東坑水庫的興建對下游生態環境影響較小。生態環境用水量包括水庫排泄量、區間來水、水庫滲漏水量及下泄量。東坑水庫枯水年(P=90%)下泄量按枯水年(P=90%)平均流量的5%即0.01m3/s下泄。其它年份按規范取多年平均流量的10%即0.03 m3/s下泄。

5)水庫典型代表年分析：根據泉上雨量站水文年徑流系列資料參照分析，東坑水庫P=90%的代表年為1991年4月-1992年3月。

3.2 水庫水量調節計算

1)水庫調節方式和運行方式：東坑水庫調節按滿足灌溉用水需求進行調節，在滿足灌溉需水的前提下，若水庫來水大于灌溉需水量，可根據實際情況進行蓄水或棄水調節；若水庫來水量小于灌溉需水量，則動用庫存水按需水量放水。

東坑水庫上游沒有水庫設施，因此無法與上游形成聯合運行條件。但東坑水庫下游6km處有中型水庫-泉上水庫，泉上水庫灌溉泉上鎮454.5m以下1.4萬耕地，而東坑水庫可以灌溉泉上鎮泉上、聯群、謝新等村563hm2耕地，同時可以補充泉上水庫干渠水量。因此，東坑水庫可以與泉上水庫聯合運行，整個灌區形成高低灌渠聯灌，高低灌渠互補。

2)調節計算：東坑水庫調節計算是根據水庫調節方式和運行方式進行。水庫調節按泉上鎮旱片面積進行計算，根據泉上鎮旱片分布，分別確定灌溉耕地面積473hm2、510hm2、563hm2及603hm24種方案進行水量調節計算。

4 分層取水口設計

4.1 分層取水口方案選擇

根據水庫地形特征，在壩體左岸有泉上至延祥公路興建，路寬7m，結合泉上鎮飲用水質要求，進水口采用分層取水原則。本階段擬定兩個工程方案進行比較。

方案一：采用岸塔分層式結構。進水口由分層閘門井、交通橋和啟閉房等組成。

閘門井由攔污柵、取水閘門井及事故檢修閘門井組成。進水口底板高程526.50m，進口段布置一孔垂直的攔污柵。攔污柵后為閘門段，在535.10m、526.50m兩個高程設取水口，535.10m為1#取水口，庫水位在536.10m以上時取水。526.50m為2#取水口，庫水位在527.50m以上時取水。兩個取水口均設置一扇工作閘門，孔口尺寸為φ0.6m。在工作閘門之后設一扇事故閘門，孔口尺寸為0.8m×0.8m，在閘門井尾部設置消力箱。事故閘門后設通氣孔。閘門井長9.2m，寬4.0m，高24.7m。閘門井后接消力箱，長16.0m，同時由方形斷面漸變成城門型斷面。閘門檢修平臺同壩頂高程為547.50m。

檢修平臺上部布置框架式啟閉房，啟閉房設置3臺手動兩用螺桿式啟閉機。檢修平臺通過交通橋與上壩公路連接，交通橋長12.0m。

方案二：采用豎井分層式結構。進水口由分層進口段、閘門井和啟閉房組成。

閘門井與方案一相同，只是進口段在閘門井與水庫取水口間各設置一條隧洞相通。隧洞尺寸為1.6m×1.8m，在隧洞取水口前各設置一孔攔污柵。

對上述兩種方案進行工程可比費用經濟比較，詳見表3。

4.2 分層取水口工程布置

根據水庫工程總體布置，取水口布置在大壩左岸上游約150m岸坡處。岸塔式取水口由分層閘門井、交通橋及啟閉房等組成。

本工程水庫為穩定分層型水庫，水庫水質沿水深方向呈分層結構。為避開水質較差的水層，取水質較好的表層水，因本工程水位變化幅度僅16m，如果按取水口分層越多越有利于水質及水溫的要求設置，會對工程布置和管理運行造成較大不便，且工程投資將隨層數增加而加大。根據水庫興利庫容和運行調度方式，取水口分層按8m左右控制，采用雙層取水結構，在535.10m、526.50m兩個高程分設取水口，535.10m為1#取水口，庫水位在536.10m以上時取水。526.50m為2#取水口，庫水位在527.50m以上時取水。

閘門井由攔污柵、取水閘門井及事故檢修閘門井組成。進水口底板高程526.50m，進口段布置一孔垂直的攔污柵。兩個取水口各設置一扇工作閘門，閘門尺寸為0.6m×0.6m。在工作閘門之后設一扇事故閘門，孔口尺寸為0.8m×0.8m。在閘門井尾部設置消力箱。事故閘門后設通氣孔。閘門井長9.2m，寬4.0m，高24.7m。閘門井后接消力箱，長16.0m，同時由方形斷面漸變成城門型斷面與引水隧洞銜接。

閘門檢修平臺高程為547.50m，檢修平臺上部布置框架式啟閉房，啟閉房設置3臺LQ-20T手動兩用螺桿式啟閉機。檢修平臺通過交通橋與上壩公路連接，交通橋長12.0m，分兩跨，每跨長6.0m，中間設一橋墩，橋面寬2.0m，采用簡支梁現澆C25混凝土結構。

表3 方案投資可比費用比較表

由上表可以看出，方案一明顯比方案二投資更省。從施工角度看，方案一較易些，方案二要進行豎井開挖，由于本身地質條件較差，施工難度較大些。綜合上述分析，本階段采用方案一，即采用岸塔式分層取水方案。

4.3 分層取水口運行方式

事故檢修閘門均可在任何水位動水啟閉，而取水閘門在相應的庫水位取水運行。當庫水位在536.10m以上時，由1#取水口閘門取水；當庫水位在527.50-536.10m時，由2#取水口閘門取水。正常運行時，因庫水位變化需轉換取水閘門，應先開啟所需的取水閘門，然后關閉其他運行的取水閘門。事故檢修閘門應處于全開或全閉狀況，不應處于半開半閉狀況。

5 工程效益分析

從東坑水庫項目工程本身國民經濟評價指標看，計算的經濟內部收益率10.91%；大于社會折現率8%，經濟凈現值1,851.90 萬元(is=8%)，>0；經濟效益費用比1.27 ，>1，表明工程的建設實施是經濟合理的。

寧化縣東坑水庫岸塔式取水口自2015年12月建成，在下閘蓄水后已試運行一年多時間，運行過程中取水閘門在不同庫水位時變換方便，閘門啟閉正常，運行情況良好。

6 結 語

寧化縣東坑水庫的建設，通過取水口分層取水，保證取到水質較好的表層水，同時提高農業灌溉用水水溫，有效解決了寧化縣泉上鎮集鎮供水和農業灌溉用水問題。

分層取水設計可以解決水庫運行長久后，庫區中植物和其他有機物腐爛、淤積等問題所帶來的水質污染，無法取到優質水的問題，在工程地形地質條件合適的情況下，適用于中小型水庫的分層取水，有較好的應用前景。

[1]林曉麗.文坑水庫岸塔式分層取水口設計[J].黑龍江水利科技，2013(09)：68-69.

TV671

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1007-7596(2017)09-0119-03

2017-08-25

嚴希培(1983-)，男，福建三明人，工程師，從事水利水電工程建設與管理工作。