徐莊水廠取水工程安全保障設計應用案例分析

在水廠工程中，取水工程的安全保障十分重要。本文結合工程實際案例，介紹了湖泊水源取水工程的主要安全保障因素：取水頭部位置、進水孔口豎向高程、取水頭部和引水管安全防護。該工程在取水工程安全保障方面，創(chuàng)新性地將河湖航運和港口行業(yè)中的相關技術成功運用到市政取水工程中，從2年多的運行情況看，效果較好。同時，也為類似湖泊水源取水頭部安全保護解決方案提供了新的思路。

項目概況

徐州市徐莊水廠水源為駱馬湖，取水總設計規(guī)模140萬m3/d，本次取水工程頭部和引水管按140萬m3/d設計建設；取水泵房土建80萬m3/d規(guī)模一次實施，設備按近期規(guī)模40萬m3/d配置；原水輸水管DN1600-DN2000球墨鑄鐵管約2×81km，按遠期80萬m3/d一次實施，近期向2座水廠（徐莊水廠、劉灣水廠）供原水，遠期向4座水廠供原水；原水輸水管道系統(tǒng)設置中途提升泵站一座，規(guī)模70萬m3/d；徐莊水廠總規(guī)模40萬m3/d，總投資約27.1億元。（圖1、圖2）

圖1 徐莊水廠

圖2 駱馬湖取水泵站

取水工程安全因素分析

駱馬湖為徐州市和宿遷市共有的自然湖泊，湖區(qū)面積徐州占1/3、宿遷占2/3。徐州境內湖區(qū)一般為淺水區(qū)，近年來由于采砂嚴重，造成湖底高低不平，高差較大，最大高差約20m，湖區(qū)在采砂塘附近水深較深，一般水深為4m～5m，局部區(qū)域深達20m左右，而且湖區(qū)內有各種船舶航行，如采砂船、運輸船只、打魚船只等（圖3）。因此，就該項目而言，安全保障因素主要包括：取水水質保障：主要涉及到取水頭部位置的合理選擇、進水孔口豎向高程；取水設施的安全保護：取水頭部及引水管的安全防護技術措施。

取水工程安全保障設計方案

本文重點介紹取水頭部位置、進水孔口豎向高程以及取水頭部和引水管安全防護設計方案。

（1）取水頭部位置選擇。

對于駱馬湖水源，取水頭部位置選擇需要考慮以下因素：第一，水質好、湖床相對穩(wěn)定、水深足夠；第二，取水頭部位置應屬于徐州市行政管轄范圍；第三，應盡可能距湖岸近；第四，不影響湖區(qū)的主要通航航道。只有滿足上述要求，才能夠達到既能取得湖區(qū)優(yōu)質原水、取水頭部穩(wěn)定安全運行，同時又距湖岸近，引水管相對較短，投資和運行成本低。

據調查，駱馬湖的沂河入湖口、老沂河入湖口、中運河入湖口、駱馬湖北、駱馬湖中、嶂山閘上、駱馬湖南、皂河北共設有8個監(jiān)測站點，沂河入湖口、中運河入湖口、駱馬湖區(qū)北、駱馬湖中和嶂山閘上共5個站點為水質Ⅱ類；其他3個站點為水質Ⅲ類。（圖4）

從水質監(jiān)測資料可以看出，駱馬湖北、駱馬湖中水質最優(yōu)，中運河入湖口水質次之。駱馬湖北水質在Ⅱ類-Ⅲ類之間，且屬于徐州市域，原水輸水距離最近，水質好，工程投資最低，是比較合適的取水點。為避開中運河入湖水流對取水點的影響，取水頭部適當向北偏移，河流入湖口水流對湖水水質影響范圍如圖5所示。

由于駱馬湖周邊淺水區(qū)有大面積的圍網養(yǎng)殖，取水頭部還需要向湖心延伸，根據現場查看及對駱馬湖區(qū)初查結果，結合駱馬湖水下地形圖，在新沂窯灣鎮(zhèn)二灣以北308縣道40界碑處向湖內延伸約2.1km。該處湖底高程約9.5m，正常水深約13.8m，且此區(qū)域為采砂深水區(qū)，采砂區(qū)基本連片，采砂區(qū)內采砂也已基本完成，湖床穩(wěn)定，水面開闊，面積約4km2范圍內無養(yǎng)殖設施，其水質良好（為Ⅱ類-Ⅲ類），符合飲用水源地要求，取水頭部基本布置在該區(qū)域的中部靠近湖岸，位置適中，能夠取得優(yōu)質湖水，因此，取水頭部設置在此處。（圖6）

（2）進水孔口標高確定。

對于設置在湖泊的取水頭部，其進水孔口的豎向高程確定應考慮在取得優(yōu)質原水的同時，盡可能避免進水孔口前設置的格柵被雜草和水體中的漂浮物堵塞，減少藻類進入和較大風浪對取水的不利影響，以及考慮湖床多年泥沙淤積等因素。

圖3 取水頭湖區(qū)情況

圖4 水質監(jiān)測點分布圖

圖5 河流入湖口水流水質影響分布圖

圖6 取水頭部位置圖

一般情況下，湖泊或水庫水體水質從豎向分布來看，表層可能有漂浮物，會季節(jié)性出現藻類，水質不是最優(yōu)。一般來講，中上層水質不僅最優(yōu)，且漂浮物、藻類很少；此外還應考慮湖泊水面寬闊，較大風浪對取水的不利影響，也宜將進水孔布置在枯水位風浪影響較小的水面下，因此，進水孔口應布置在中上層較為合適。駱馬湖設計洪水位25.79m、常水位22.79m、枯水位20.29m。據此，設計進水孔上緣按低于枯水位1.2m左右考慮，取19.00m，孔口高度取2m，則進水孔口下邊緣高程為17.00m。從現狀水深來看，駱馬湖常水位為22.79m，枯水位20.29 m，湖底高程9.5m，進水孔口位于17.00m～19.00m，既可以取到中上層的最優(yōu)湖水，又避免了表層漂浮物、季節(jié)性出現的藻類以及風浪對取水的影響。因此，本工程進水孔上下緣高程確定為19.00m和17.00m。（圖7）

（3）取水頭部及引水管安全防護設施。

除國家規(guī)定設置的取水頭部水源保護區(qū)外，考慮到駱馬湖湖區(qū)常有很多打漁船、采砂船等，為避免這些船舶航行、拋錨、走錨以及人為濫采湖砂等對取水頭部、引水管安全造成影響，所以在取水頭部和引水管周圍設立安全保護區(qū)。（圖8）

在保護區(qū)邊界設置保護設施，該保護設施由抬纜浮筒和浮鼓組成，抬纜浮筒之間及抬纜浮筒與浮鼓之間通過錨鏈連接，并通過抬纜浮筒和浮鼓將取水頭部和自流引水管包圍，形成保護圈。浮鼓和抬纜浮筒顏色一般采用較為醒目的黃色，且在抬纜浮貼反光漆和在浮鼓安裝航標燈，夜間可提醒過往船舶與保護設施保持一定的安全距離航行。（圖9）

此外，在保護樁上還設置語音提醒、警示、警告廣播和視頻監(jiān)控探頭。若發(fā)現船只靠近保護區(qū)，可及時廣播提醒、警示和警告，當發(fā)生意外事故時，視頻監(jiān)控可回放事故過程，為事故追責和處理提供法律依據。

圖7 取水頭進水窗口豎向布置

圖8 取水頭部及引水管安全防護設施布置

圖9 取水頭部及引水管安全防護設施

結語

（1）該水廠于2016年9月建成投入運行至今，總體運行正常、安全，原水水質及出廠水水質各項指標優(yōu)良。該工程能夠正常安全運行，取水工程安全保障技術措施的合理設計起到了關鍵性作用。

（2）在工程設計中，通常非常重視取水頭部位置、進水孔口豎向高程，但往往忽略取水頭部和引水管在運營期的安全防護措施。該工程在這方面有所創(chuàng)新，將河湖航運和港口行業(yè)中的相關技術成功運用到市政取水工程設計中，方便運行管理。從2年多的運行情況看，效果較好，同時也為類似湖泊水源取水頭部安全保護解決方案提供了新的思路。

（3）建議對于湖泊水源取水，取水頭部位置選擇和進水孔口高程設計宜遵循“水質優(yōu)先，遠近適宜，高低適中，保障有效，加強管理”的原則。