公用设备工程师

30年代，美国成立田纳西流域管理局时就已经开始重视水库水温问题;日本在50年代亦已成立了河川水温调查委员会，研究水温与水稻生长的关系及水库水温分布特性等。70～80年代，日本相继建成了不少多节式选择取水结构，并在80年代后期编制了《选择取水设施设计要领及说明》供设计者采用。我国对选择取水问题的认识不算太晚，但发展不快，目前的设计水平也不高。为了提高国内选择取水的设计水平，笔者根据国外试验研究资料，结合自己的看法，着重谈谈以下几个问题，供国内同行参考。

1　水库成层特性

根据水库水温沿水深分布的特性，可将水库分为成层型、中间型和混合型3种。成层型水库表层水温度高，水温随水深加深而降低，当达到一定水深时，水温常年稳定不变，即水库中的水温形成明显分层状态。水温为什么会有如此规律?这是因为水库是一个巨大的蓄热库，水库中的水大量吸收阳光辐射热，但水体吸收辐射热的多少随水深的不同而不同，水深愈深，吸收的辐射热愈小。美国辛尼加湖的观测资料表明：表层1m水深内吸收的热量占全部吸热量的80%的，其中大部分被表层20cm的水层吸收，约5%的热量能达到5m深度，仅有1%的热量能够达到10m深处。水中热量少，相对温度就低。从水的密度方面分析，温水的密度小于冷水的密度，密度大的水沉在密度小的水的下面是大家都认同的，所以，下面的冷水不会自动向上浮，温水也不会自动向下沉，即温水、冷水不交换，从而形成水库中水温分层状态。

不是每座水库水温都分层。水库来水量相对总库容较大的水库，来水时会破坏水库水温成层分布。日本经多年研究，规定用表1判定水库成层特性。

2　取水深度

从成层型水库中取水时，在取水口附近会形成一流动层，流动层的水流向取水口被排出库外，这一流动层的水应是人们所需要取的水。同样，在中层、底层取水时，取水口附近也会形成一流动层。因此，可以说人们可以根据需要有目的的取水，即只取需要的水。

3　最大取水量

对二层水域即水的密度分上下两层的水域进行研究，其结论是，当只取上层或只取下层水的限制条件为取水量不能太大，并可根据试验结果计算出最大取水量Qc。

3.1　垂直壁下开孔口取底层水

3.2　铅直取水管底层取水

3.2.1　铅直管底层取水

4　取水设施的栅流速

为防止冰、污物等流入取水塔内，在取水设施中均设置拦污栅。过栅流速过大时会产生涡流;当取水水流的振动频率f与拦污栅的固有频率fn相近时，会引起共振，致使拦污栅破坏。通常设计中推荐fn/f≥2.5。

5　取水塔塔内流速

取水塔塔内流速U2过大会产生负压，也可能会发生共振。当取水是为发电时，则水头损失会加大。

只要塔内流速控制在2～5m/s，并且在进水口布置喇叭状的取水盆，使流线不脱离取水闸门内壁，就不会有产生负压的危险。

6　堤坝、边坡的影响

从式(2)中可知，有效开口角θ是影响取水量的因素之一。而θ的大小又受取水口到堤坝、边坡的距离的影响。

对于半圆筒闸门，则式(13)中的2π用π代替。由式(13)可以看出，L2/D1愈大，则θ愈大，当L2/D1=2时，θ≈0.85×2π，当L2/D1=3.5时，θ≈0.9×2π。另外，如L2/D1太小，还会影响流动层的厚度δ，对0.95δ≥L2/D1≥1.5δ做试验，其结论是L2/D1愈小，对δ的影响愈大，直到L2/D1=1.5δ时，其流动层厚度才不会受到影响。再者，L2/D1愈大，愈不经济，所以，工程设计中必须认真予以考虑。总之，选择取水的水力学问题是复杂的，很多设计参数都需通过水力试验才能决定。

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（责任编辑：lqh）

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