双峰寺水库水电站取水口设计简介

徐发新

（河北省水利水电勘测设计研究院，天津 300250）

1 工程概况

双峰寺水库位于滦河的一级支流武烈河干流上，地处承德市区的上游。坝址位于承德县双峰寺镇小庙子村南1.0km，距双峰寺镇3.0km，距承德市区12km。水库总库容为1.373亿m3，为Ⅱ等大（Ⅱ）型水利工程，主要建筑物设计洪水标准采用100a一遇，校核洪水标准采用2000a一遇。

根据枢纽总体布置，电站坝段布置在河床左侧的13#坝段，长20m，根据电站最大引水流量8.82m3/s，坝内埋设一条直径为1.8m的引水钢管，考虑环境用水需要，另行布置一条直径0.8m的生态放水管。

为最大限度利用水资源，在运行期间水库应尽可能结合电站向下游和城市供水，为保证下游河道水温满足环境保护的要求，电站坝段的取水口采用竖井式分层取水结构，根据不同库水位情况，开启相应高程的取水口，水库表层水通过取水口进入竖井，再由竖井进入电站引水管道，经电站后进入下游河道。

2 取水口设计

2.1 工程布置

根据电站坝段结构尺寸和总体布置，取水口竖井断面尺寸为3.0m×16.8m，其上游设3层取水口，底高程分别为384.4，380.8，377.2m。

各层取水口均设拦污栅和事故闸门1扇；取水口进口均为矩形喇叭口、四面收缩型式，采用1/4椭圆曲线；取水口上游侧设拦污栅，其中底层孔口尺寸3.0m×3.0m，其余两层孔口尺寸均为6.2m×2.7m；拦污栅下游设事故闸门，其中底层孔口尺寸1.8m×1.8m，其余两层孔口尺寸均为5.0m×1.5m；竖井下游为电站引水管和生态放水管进水口，进水口为矩形，工作闸门后分别由矩形渐变为直径1.8m的电站引水管和直径0.8m的生态放水管。

为便于碾压混凝土施工，引水钢管在坝体内水平布置，出坝体后采用坝后背管型式引入电站厂房。

2.2 水库水温分布

根据实测水温资料统计，武烈河多年月平均水温成果见表1。

表1 武烈河承德站实测月平均水温

根据表1的实测数据，按照依据有关规范计算分析，取温度变化最剧烈的5月份作为设计控制条件，建库后水库水深与温度关系见表2。

表2 武烈河承德站实测月平均水温

2.3 分层取水口高程

从资源利用和工程效益等多方面考虑，电站进水口布置在水库死水位382.0m以下，其最小淹没深度为2.9m，则电站引水管进口底高程应不大于377.3m。

水库正常蓄水位389.0m，电站引水管进口底高程不超过377.3m，两者相差最小为11.7m。如果仅在死水位下设置一层取水口，则进入下游河道的水温大大低于河道的天然水温，将对河道水生物造成重大伤害，按照环境保护有关规定进行计算分析，水库放入下游河道的水温与原河道水温相差应不超过1.5℃，根据表2，分层取水水深控制范围约为4.2m，因此须进行分层取水才能满足环境保护的要求。

取水口分层越多越有利于环境保护，但对工程布置和管理运用造成很大不便，且工程投资增加较多，同时考虑到水库取水口具有一定高度，设计取水口分层按4.6m进行控制。

水库正常蓄水位389.0m，则表层取水口底高程至水库正常蓄水位高度按最大分层水深4.6m考虑，确定为384.4m。在取水过程中，随着库水位的逐渐降低，取水口过流由孔流向堰流过渡，当形成堰流时，堰上水深决定着孔口宽度，如采用较小堰上水深，则需要的孔口宽度较大，相应可能减少取水口层数；反之，则可减小孔口宽度，但可能需要增加取水口的分层。根据电站坝段宽度，结合本工程的具体情况，取水口最小过流水深采用1.0m，则第二层取水口的最高水位为385.4m，相应取水口底高程确定为380.8m；同理，底层取水口底高程确定为377.2m，低于电站引水管进口要求的最大底高程，满足电站引水管道进口淹没要求，因此最终确定电站引水管道进口和放水竖井底层取水口底高程均为377.2m。

2.4 分层取水口孔口尺寸

分层取水口孔口尺寸根据水力计算确定。分层取水口孔口尺寸按设计低水位时放出流量不小于电站设计引水流量8.82m3/s，安全起见，竖井放水流量按稍大于电站设计引水流量考虑，计取9.0m3/s，其中设计低水位高程取为相应取水口底高程以上1.0m，低于该高程时开启下一层取水口。上两层取水口在库水位较高时取水口流态属闸孔出流，泄量较大，随着流量不断宣泄，库水水位下降至一定高程以下，变为堰流，相应泄量能力减小。因此取水口孔口净宽不应小于4.97m，取5.0m，孔口高度取1.5m；最下层取水口位于水库死水位之下，按电站引水管直径确定进水口孔口尺寸为1.8m×1.8m。

3 结语

工程设计中应充分考虑环境保护需要，本工程对水电站取水口采取分层设计，在不同库水位开启相应高程的取水口，以保证水库表层水进入取水口，避免了从水库取水的水温和下游河道天然水温相差过大，在满足工程运用的情况下，保证了下游河道各种水生物对水温的要求。

［1］SL285—2003，水利水电工程进水口设计规范［S］.

［2］SL278—2002，水利水电工程水文计算规范［S］.

［3］河北省水利水电勘测设计研究院.河北省承德市双峰寺水库工程可行性研究报告［R］.2009.

［4］SL319—2005，混凝土重力坝设计规范［S］.

［5］武汉水利电力学院.水力计算手册［M］.北京：水利电力出版社，1983.