雙峰寺水庫水電站取水口設計簡介

徐發新

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

1 工程概況

雙峰寺水庫位于灤河的一級支流武烈河干流上，地處承德市區的上游。壩址位于承德縣雙峰寺鎮小廟子村南1.0km，距雙峰寺鎮3.0km，距承德市區12km。水庫總庫容為1.373億m3，為Ⅱ等大（Ⅱ）型水利工程，主要建筑物設計洪水標準采用100a一遇，校核洪水標準采用2000a一遇。

根據樞紐總體布置，電站壩段布置在河床左側的13#壩段，長20m，根據電站最大引水流量8.82m3/s，壩內埋設一條直徑為1.8m的引水鋼管，考慮環境用水需要，另行布置一條直徑0.8m的生態放水管。

為最大限度利用水資源，在運行期間水庫應盡可能結合電站向下游和城市供水，為保證下游河道水溫滿足環境保護的要求，電站壩段的取水口采用豎井式分層取水結構，根據不同庫水位情況，開啟相應高程的取水口，水庫表層水通過取水口進入豎井，再由豎井進入電站引水管道，經電站后進入下游河道。

2 取水口設計

2.1 工程布置

根據電站壩段結構尺寸和總體布置，取水口豎井斷面尺寸為3.0m×16.8m，其上游設3層取水口，底高程分別為384.4，380.8，377.2m。

各層取水口均設攔污柵和事故閘門1扇；取水口進口均為矩形喇叭口、四面收縮型式，采用1/4橢圓曲線；取水口上游側設攔污柵，其中底層孔口尺寸3.0m×3.0m，其余兩層孔口尺寸均為6.2m×2.7m；攔污柵下游設事故閘門，其中底層孔口尺寸1.8m×1.8m，其余兩層孔口尺寸均為5.0m×1.5m；豎井下游為電站引水管和生態放水管進水口，進水口為矩形，工作閘門后分別由矩形漸變為直徑1.8m的電站引水管和直徑0.8m的生態放水管。

為便于碾壓混凝土施工，引水鋼管在壩體內水平布置，出壩體后采用壩后背管型式引入電站廠房。

2.2 水庫水溫分布

根據實測水溫資料統計，武烈河多年月平均水溫成果見表1。

表1 武烈河承德站實測月平均水溫

根據表1的實測數據，按照依據有關規范計算分析，取溫度變化最劇烈的5月份作為設計控制條件，建庫后水庫水深與溫度關系見表2。

表2 武烈河承德站實測月平均水溫

2.3 分層取水口高程

從資源利用和工程效益等多方面考慮，電站進水口布置在水庫死水位382.0m以下，其最小淹沒深度為2.9m，則電站引水管進口底高程應不大于377.3m。

水庫正常蓄水位389.0m，電站引水管進口底高程不超過377.3m，兩者相差最小為11.7m。如果僅在死水位下設置一層取水口，則進入下游河道的水溫大大低于河道的天然水溫，將對河道水生物造成重大傷害，按照環境保護有關規定進行計算分析，水庫放入下游河道的水溫與原河道水溫相差應不超過1.5℃，根據表2，分層取水水深控制范圍約為4.2m，因此須進行分層取水才能滿足環境保護的要求。

取水口分層越多越有利于環境保護，但對工程布置和管理運用造成很大不便，且工程投資增加較多，同時考慮到水庫取水口具有一定高度，設計取水口分層按4.6m進行控制。

水庫正常蓄水位389.0m，則表層取水口底高程至水庫正常蓄水位高度按最大分層水深4.6m考慮，確定為384.4m。在取水過程中，隨著庫水位的逐漸降低，取水口過流由孔流向堰流過渡，當形成堰流時，堰上水深決定著孔口寬度，如采用較小堰上水深，則需要的孔口寬度較大，相應可能減少取水口層數；反之，則可減小孔口寬度，但可能需要增加取水口的分層。根據電站壩段寬度，結合本工程的具體情況，取水口最小過流水深采用1.0m，則第二層取水口的最高水位為385.4m，相應取水口底高程確定為380.8m；同理，底層取水口底高程確定為377.2m，低于電站引水管進口要求的最大底高程，滿足電站引水管道進口淹沒要求，因此最終確定電站引水管道進口和放水豎井底層取水口底高程均為377.2m。

2.4 分層取水口孔口尺寸

分層取水口孔口尺寸根據水力計算確定。分層取水口孔口尺寸按設計低水位時放出流量不小于電站設計引水流量8.82m3/s，安全起見，豎井放水流量按稍大于電站設計引水流量考慮，計取9.0m3/s，其中設計低水位高程取為相應取水口底高程以上1.0m，低于該高程時開啟下一層取水口。上兩層取水口在庫水位較高時取水口流態屬閘孔出流，泄量較大，隨著流量不斷宣泄，庫水水位下降至一定高程以下，變為堰流，相應泄量能力減小。因此取水口孔口凈寬不應小于4.97m，取5.0m，孔口高度取1.5m；最下層取水口位于水庫死水位之下，按電站引水管直徑確定進水口孔口尺寸為1.8m×1.8m。

3 結語

工程設計中應充分考慮環境保護需要，本工程對水電站取水口采取分層設計，在不同庫水位開啟相應高程的取水口，以保證水庫表層水進入取水口，避免了從水庫取水的水溫和下游河道天然水溫相差過大，在滿足工程運用的情況下，保證了下游河道各種水生物對水溫的要求。

［1］SL285—2003，水利水電工程進水口設計規范［S］.

［2］SL278—2002，水利水電工程水文計算規范［S］.

［3］河北省水利水電勘測設計研究院.河北省承德市雙峰寺水庫工程可行性研究報告［R］.2009.

［4］SL319—2005，混凝土重力壩設計規范［S］.

［5］武漢水利電力學院.水力計算手冊［M］.北京：水利電力出版社，1983.