大型取水工程取水口的设计

大型取水工程取水口的设计
摘要：取水工程的取水口设计要综合考虑诸多因素，本文结合工程实际，从技术和造价等方面综合分析取水口的位置和型式的选择。

关键词：取水口、河床演变、排放口
前言
黎明资源再利用中心位于曹路固体废弃物处置场内,东至规划九路、南至规划四路、西至规划十路、北至07-02地块。

主要建设内容包括主厂房建筑、办公楼、综合楼、辅助生产建构筑物以及配套直冷水取水与排水工程等。

厂区用地面积93855平方米，总建筑面积43760平方米(地上)。

项目建设规模为2000吨/日,采用四条500吨/日垃圾焚烧生产线，年处理能力约66.67万吨，采用两台20兆瓦汽轮发电机组发电并网，年发电量约为2.16×108千瓦时。

直冷水取水工程在长江近岸设置取水口，重力引水至焚烧厂内取水泵房，经水泵提升至焚烧发电厂汽机间、涡轮机等冷却设备，为其提供冷却用水，经冷却设备热交换后直接排入排放管，最后进入长江。

取水口取水规模为30万m3/d。

取水口作为取水工程的第一个取水设施，其选择是否恰当，直接影响取水的水质和水量、取水的安全可靠、投资、施工、运行管理以及河流的综合利用。

因此正确选择取水口位置是设计中一个十分重要的问题，应当深入现场，做好调查研究，全面分析，综合考虑，提出几个可能的取水位置方案，进行技术经济比较。

1.取水口位置选择
取水口位置的选择一般要考虑以下基本要求：设在水质较好的地点，具有稳定河床和河岸，靠近主流和有足够的水深，具有良好的地质和施工条件，靠近主要的用水地区，应注意人工构筑物的影响。

突出的河岸码头会阻滞水流，引起淤积，且卫生条件较差，设在取水口时应引起注意，且要考虑船舶进出码头的航行安全线，以免船只与取水口碰撞，此外还需征求航运部门意见。

1.1河床演变分析
根据长委会水文局长江口水文资源勘测局对本工程所属河段分析，主要的结论是：（1）河势分析表明，长江口河段在经历了较长时期的自然演变和一系列的人类活动后，由历史上的滩槽多变逐步形成了目前基本稳定的河势状态。

随着护岸整治工程、航道整治工程的继续实施以及沿江岸线的进一步开发利用，本河段河势基本格局不会发生大的变化。

相对稳定的河势条件和牢固的江岸线为沿江港口等国民经济基础设施的建设创造了较为有利的条件。

（2）北港河势演变主要受上游南、北港分流口河势变化的影响。

多年来，北港主槽呈微弯型河槽，具有微弯河道的动力特性，随着南、北港分流口等河势控制工程的实施，北港河势总的发展趋势将趋于稳定。

（3）拟建项目涉水工程位于南、北槽分流口附近，工程水
域涨潮主流略偏东，落潮主流略偏西，泥沙来源较为丰富，河床易于淤积；自1997年以来，拟建工程附近水域河床冲淤互现，累积以刷深为主，在近14年的时间里，河床平均刷深速度约为0.066m/a。

根据工程建成后的主要用途，现状水域条件能够满足工程建设需要。

（4）本项目涉水工程规模较小，结构简单，且位于近岸水域，其建设不会对所在河段河势产生影响，对附近防洪等工程影响甚微。

1.2取水口位置确定
根据上节所述，本工程河段目前河势基本稳定，自1997年以来，拟建工程附近水域河床冲淤互现，累积以刷深为主，根据工程建成后的主要用途，现状水域条件能够满足工程建设需要。

本工程河段水文资料：设计高水位4.31m、设计低水位0.56m。

根据水力计算，取水管口径采用DN1200、取水喇叭口直径1500mm、最小淹没水深1500mm，要求取水口位于河床低标高约-4.50m处。

河床断面演变图如图1所示：
图1 河床断面演变图
根据水下地形和拟建工程附近的河床断面演变图可知，近14年满足取水水深要求的-4.5m等高线离江堤约260～380m，结合现场水下地形标高，取水口离江堤距离约为355m。

从取水口附近人工构筑物和陆地管线走向考虑，本工程可供选择的取水口有三个，如图2所示：
图2取水口位置示意图
取水口1离现状码头约250m；取水口2位于现状航油栈桥的防护桩延长线内，取水口由6根桩组成，第一排桩位距引桥外边缘13m，距斜桩底水平距离约5m。

排架由17排桩组成，间距6m。

为防止船只失控撞击取水口，延长现有的防护桩，增加约14根防护桩，间距8m。

现状防护桩离栈桥20m；取水口2平面布置图如图3所示：
图3 取水口2平面布置图
取水口3位于现状航油栈桥和LNG栈桥之间，紧邻航油栈桥。

取水口由6根桩组成，第一排桩位距引桥斜桩水平距离约14m。

排架由17排桩组成，间距6m。

建成后无需设置防护桩，取水口3平面布置图如图4所示：
图4 取水口3平面布置图
表1取水口优缺点比较表
名称优点缺点堤外施工难度
1 取水口1 离拟建焚烧厂最近，约880m，施工容易，造价低取水口位置影响现状码头回旋水域和向南发展、取水口安全性差堤外施工最为便利，管架以及取水口较易施工，施工影响小，造价低。

2 取水口2 取水口位置不影响现状码头，施工较易离拟建焚烧厂较远，约1230m；自流管口径放大到DN1200，造价略高；施工时需注意对现有栈桥和航油管道的保护；需增加防护桩堤外施工较为便利，管架以及取水口较易施工，施工时需考虑对现有栈桥的保护，码头作业时需停止施工，造价较高。

3 取水口3 取水口位置不影响现状码头，安全性最高离拟建焚烧厂最远，约1400m，自流管口径放大到DN1200，造价最高，施工风险最大堤外施工难度很大，栈桥下净空3～1.2m，施工船只不能穿越栈桥，材料、设备等也不能从栈桥上空吊装，造价最高。

由上表可知：取水口1影响到码头的回旋水域以及考虑到现在码头向南发展，取水口1不可行；取水口3虽然建成后不受外来船只影响，但施工期间施工船只不能穿越引桥，引桥上有输油管线，吊装设备材料跨越引桥存在的风险不可控，且工程造价很高，建成后取水口的清淤维护不方便，因此从施工风险和造价角度考虑，取水口3也不可取；取水口2最大程度上避开施工对现有引桥的影响，施工船只也较易进场施工，施工工艺也尽可能多的考虑施工期间对现有栈桥和输油管线的保护，取水口外侧加排防护桩，保护取水口和栈桥，建成后的取水口也较易维护管理，工程造价也较低。

从造价和施工可行性、施工风险可控程度的角度考虑，取水口优先采用取水口2方案。

2.取水口型式选择
根据本工程取水水量的特点与和长江水文特性及河床演变情况，可选用箱式取水口和桩架式取水口两种形式。

这两种型式各有其优缺点，箱式取水口工程投资较大，施工困难；桩架式取水口施工相对较方便，取水型式简便，且具有取水口位置向外延伸的灵活性。

本工程取水口选择采用桩架式取水口。

平面尺寸为：BXL=5.0X8.0m。

取水口设计图5所示：
图5 取水口断面图
桩架顶标高1.00m，在标高0.2m下部四周设置固定格栅，格栅间距100mm，栅条直径10mm。

采用抛块石护底，块石单重不小于80KG，防止冲刷；两根取水管管中心间距2.0m，管中心标高-2.7m，管道底距江底1.20m，喇叭口淹没深度约1.20m。

结束语
取水工程中的取水口位置选择需考虑诸多因素，从技术角度考虑非常适合建取水口的位置往往受到其他因素如码头航行安全线、码头发展规划等因素的影响，不得不易地而建，选择其他相对来说较为适合的位置，如本工程设置在码头引桥的防护桩内。

由于取水口设置在现状引桥旁，设计时需格外小心，考虑采取措施对现状设施的保护以及确保建成后取水口安全可靠运行，尽量减少取水口对现状设施的影响。

参考文献：
《给水工程》，严煦世，范瑾初主编，中国建筑工业出版社。