[科普中國]-分層取水

分層取水（Stratified intake）是固定式取水構(gòu)筑物在不同水深處相應(yīng)設(shè)多個(gè)進(jìn)水口，可分別取不同水深、水質(zhì)較好地表水的取水方式?？煞譃樨Q井式、斜涵臥管式以及圍墻式或隔水門式分層取水建筑物。

簡介分層取水是固定式取水構(gòu)筑物在不同水深處相應(yīng)設(shè)多個(gè)進(jìn)水口，可分別取不同水深、水質(zhì)較好地表水的取水方式。適于水庫取水或河流水位變幅較大、洪水期歷時(shí)較長、水中含砂量較高的情況，此時(shí)關(guān)閉下部進(jìn)水孔，開啟上部適當(dāng)高度的進(jìn)水孔可避免洪水期引入靠近河底含砂量較大的水1。

分層取水建筑物類型以往分層取水建筑物用于灌溉，適用于壩高低于40 m的水庫，分為豎井式和斜涵臥管式兩類。近年來，隨著國內(nèi)高壩大庫在大江大河上建設(shè)，分層取水建筑物有很大進(jìn)展。在岸塔式取水建筑物基礎(chǔ)上，設(shè)置隔水門，形成圍墻式或隔水門式分層取水建筑物2。

豎井式分層取水建筑物豎井式采用進(jìn)水塔或閘門井，沿垂直方向設(shè)若干層閘門，通過啟閉機(jī)啟閉閘門以控制流量和水溫。按照閘門形式的不同，豎井式又分為多層平板閘門和單層疊梁門或翻板門。例如廣西西云江水庫(最大壩高21.5 m)豎井和3層閘門的分層取水塔，3層閘門底坎高程分別為147 m、152 m和157 m；四川冷家溝(庫容2100萬m3)、總崗山(庫容3100萬m3)水庫采用豎井和多層翻板閘的分層取水塔，可適應(yīng)水庫水位變化、完全取表層水。

進(jìn)水口分層方案是將進(jìn)水口沿垂直方向分若干層布置。分層數(shù)和各層孔口中心高程，根據(jù)水庫特性、運(yùn)行調(diào)度方式、進(jìn)水口尺寸和對(duì)下泄水溫的要求，結(jié)合地形、地質(zhì)條件綜合確定。每層取水口設(shè)垂直攔污柵1道，攔污柵后設(shè)檢修閘門。檢修閘門后為連接各層取水口的豎向流道，隨后為事故工作閘門接引水隧洞。

斜涵臥管式分層取水建筑物斜涵臥管式沿梯級(jí)在不同高程設(shè)置進(jìn)水口，以蓋板塞作啟閉。如江西楓溪水庫(最大壩高17.5 m)的斜涵天橋蓋板分層取水。在斜涵上設(shè)置4個(gè)高程分別為64.3 m、67.2 m、70．1 m、73.0 m取水口，以取表層水。

一般情況下，斜涵臥管式只能適用于取水深度、流量較小的水庫，豎井式可用于取水流量較大的深水水庫。

圍墻式分層取水建筑物圍墻式分層取水建筑物是在傳統(tǒng)的岸塔式取水建筑物基礎(chǔ)上增加一道隔水門及其啟閉設(shè)備。以隔水門擋住水庫中下層低溫水，水庫表層水通過隔水門頂部孔口進(jìn)入豎向流道后接引水力發(fā)電系統(tǒng)引水道。運(yùn)行時(shí)根據(jù)水庫水位變化情況，開啟或關(guān)閉相應(yīng)數(shù)量的隔水門，以達(dá)到表層取水，提高下泄水溫的目的。

分層取水結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)分層取水設(shè)施布置和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)遵循《水利水電工程進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》(SL285-2003)和《水電站進(jìn)水口設(shè)計(jì)規(guī)范》(DL/T 5398-2007)，參考采用疊梁門和多層取水口設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)考慮下列內(nèi)容3：

（1）疊梁門控制分層取水時(shí)，門頂過流水深應(yīng)通過取水流量與流態(tài)、取水水溫計(jì)算以及單節(jié)門高度等綜合分析后選定。

（2）疊梁門單節(jié)高度應(yīng)結(jié)合水庫庫容及水溫計(jì)算成果進(jìn)行設(shè)置，確保下泄水溫，同時(shí)也應(yīng)避免頻繁啟閉，一般單節(jié)疊梁門高度5~10 m，就近設(shè)置疊梁門庫，便于操作管理。

（3）多個(gè)取水口并排的疊梁門式分層取水建筑物，可在疊梁門與取水口之間設(shè)置通倉流道。通倉寬度應(yīng)根據(jù)流量、流速、流態(tài)等確定，必要時(shí)應(yīng)通過水工模型試驗(yàn)論證。一般不宜小于取水口喇叭段最前緣寬度的1/2，通倉內(nèi)流速不宜超過1.0~1.5 m/s。若通倉內(nèi)存在漩渦，應(yīng)進(jìn)行消渦措施計(jì)算與分析。

（4）多層取水口型式的分層取水建筑物，不同高程的取水口可根據(jù)實(shí)際情況上下重疊布置或水平錯(cuò)開布置，且應(yīng)確保每層取水口的取水深度和最小淹沒水深。

（5）多層取水口型式的每層取水口應(yīng)設(shè)置一扇阻水閘門，根據(jù)水庫水位的變化以及下泄水溫要求，開啟或關(guān)閉相應(yīng)高程閘門，達(dá)到控制取水的目的。阻水閘門宜布置緊湊，便于運(yùn)行管理。

（6）多層取水口之間一般通過匯流豎井連通，豎井底部連接引水隧洞。為確保豎井內(nèi)水流平順，豎井?dāng)嗝娌灰诵∮谌∷谶^流面積。

（7）疊梁門分層取水進(jìn)水口的門頂過流為堰流型式，除應(yīng)根據(jù)門頂過水深度計(jì)算過流能力外，還應(yīng)計(jì)算疊梁門上下游水位差，確保疊梁門及門槽結(jié)構(gòu)安全。

（8）多層取水口分層取水各高程進(jìn)水口及疊梁門后進(jìn)水口應(yīng)計(jì)算最小淹沒深度，防止產(chǎn)生貫通漩渦以及出現(xiàn)負(fù)壓。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

林國慶 - 副教授 - 中國海洋大學(xué)