30年代，美國(guó)成立田納西流域管理局時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始重視水庫(kù)水溫問(wèn)題;日本在50年代亦已成立了河川水溫調(diào)查委員會(huì)，研究水溫與水稻生長(zhǎng)的關(guān)系及水庫(kù)水溫分布特性等。70～80年代，日本相繼建成了不少多節(jié)式選擇取水結(jié)構(gòu)，并在80年代后期編制了《選擇取水設(shè)施設(shè)計(jì)要領(lǐng)及說(shuō)明》供設(shè)計(jì)者采用。我國(guó)對(duì)選擇取水問(wèn)題的認(rèn)識(shí)不算太晚，但發(fā)展不快，目前的設(shè)計(jì)水平也不高。為了提高國(guó)內(nèi)選擇取水的設(shè)計(jì)水平，筆者根據(jù)國(guó)外試驗(yàn)研究資料，結(jié)合自己的看法，著重談?wù)勔韵聨讉€(gè)問(wèn)題，供國(guó)內(nèi)同行參考。

1　水庫(kù)成層特性

根據(jù)水庫(kù)水溫沿水深分布的特性，可將水庫(kù)分為成層型、中間型和混合型3種。成層型水庫(kù)表層水溫度高，水溫隨水深加深而降低，當(dāng)達(dá)到一定水深時(shí)，水溫常年穩(wěn)定不變，即水庫(kù)中的水溫形成明顯分層狀態(tài)。水溫為什么會(huì)有如此規(guī)律?這是因?yàn)樗畮?kù)是一個(gè)巨大的蓄熱庫(kù)，水庫(kù)中的水大量吸收陽(yáng)光輻射熱，但水體吸收輻射熱的多少隨水深的不同而不同，水深愈深，吸收的輻射熱愈小。美國(guó)辛尼加湖的觀測(cè)資料表明：表層1m水深內(nèi)吸收的熱量占全部吸熱量的80%的，其中大部分被表層20cm的水層吸收，約5%的熱量能達(dá)到5m深度，僅有1%的熱量能夠達(dá)到10m深處。水中熱量少，相對(duì)溫度就低。從水的密度方面分析，溫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認(rèn)同的，所以，下面的冷水不會(huì)自動(dòng)向上浮，溫水也不會(huì)自動(dòng)向下沉，即溫水、冷水不交換，從而形成水庫(kù)中水溫分層狀態(tài)。

不是每座水庫(kù)水溫都分層。水庫(kù)來(lái)水量相對(duì)總庫(kù)容較大的水庫(kù)，來(lái)水時(shí)會(huì)破壞水庫(kù)水溫成層分布。日本經(jīng)多年研究，規(guī)定用表1判定水庫(kù)成層特性。

2　取水深度

從成層型水庫(kù)中取水時(shí)，在取水口附近會(huì)形成一流動(dòng)層，流動(dòng)層的水流向取水口被排出庫(kù)外，這一流動(dòng)層的水應(yīng)是人們所需要取的水。同樣，在中層、底層取水時(shí)，取水口附近也會(huì)形成一流動(dòng)層。因此，可以說(shuō)人們可以根據(jù)需要有目的的取水，即只取需要的水。

3　最大取水量

對(duì)二層水域即水的密度分上下兩層的水域進(jìn)行研究，其結(jié)論是，當(dāng)只取上層或只取下層水的限制條件為取水量不能太大，并可根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果計(jì)算出最大取水量Qc。

3.1　垂直壁下開(kāi)孔口取底層水

3.2　鉛直取水管底層取水

3.2.1　鉛直管底層取水

4　取水設(shè)施的柵流速

為防止冰、污物等流入取水塔內(nèi)，在取水設(shè)施中均設(shè)置攔污柵。過(guò)柵流速過(guò)大時(shí)會(huì)產(chǎn)生渦流;當(dāng)取水水流的振動(dòng)頻率f與攔污柵的固有頻率fn相近時(shí)，會(huì)引起共振，致使攔污柵破壞。通常設(shè)計(jì)中推薦fn/f≥2.5。

5　取水塔塔內(nèi)流速

取水塔塔內(nèi)流速U2過(guò)大會(huì)產(chǎn)生負(fù)壓，也可能會(huì)發(fā)生共振。當(dāng)取水是為發(fā)電時(shí)，則水頭損失會(huì)加大。

只要塔內(nèi)流速控制在2～5m/s，并且在進(jìn)水口布置喇叭狀的取水盆，使流線(xiàn)不脫離取水閘門(mén)內(nèi)壁，就不會(huì)有產(chǎn)生負(fù)壓的危險(xiǎn)。

6　堤壩、邊坡的影響

從式(2)中可知，有效開(kāi)口角θ是影響取水量的因素之一。而θ的大小又受取水口到堤壩、邊坡的距離的影響。

對(duì)于半圓筒閘門(mén)，則式(13)中的2π用π代替。由式(13)可以看出，L2/D1愈大，則θ愈大，當(dāng)L2/D1=2時(shí)，θ≈0.85×2π，當(dāng)L2/D1=3.5時(shí)，θ≈0.9×2π。另外，如L2/D1太小，還會(huì)影響流動(dòng)層的厚度δ，對(duì)0.95δ≥L2/D1≥1.5δ做試驗(yàn)，其結(jié)論是L2/D1愈小，對(duì)δ的影響愈大，直到L2/D1=1.5δ時(shí)，其流動(dòng)層厚度才不會(huì)受到影響。再者，L2/D1愈大，愈不經(jīng)濟(jì)，所以，工程設(shè)計(jì)中必須認(rèn)真予以考慮?？傊x擇取水的水力學(xué)問(wèn)題是復(fù)雜的，很多設(shè)計(jì)參數(shù)都需通過(guò)水力試驗(yàn)才能決定。

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