引水暗渠與引水方涵比較專題報告

閻俊超

【摘要】通過深圳LNG項目對引水暗渠與引水方涵兩個方案進行經(jīng)濟和運行安全性比較，最終采用雙孔引水方涵的取水方案。

【關(guān)鍵詞】LNG;海水取水;經(jīng)濟;比較

一、概述

本工程取海水量最終規(guī)模為55200m³/h。在可行性研究階段已經(jīng)確定本工程取海水的取水前端為輸水隧洞方式引水至海水泵房，根據(jù)本海域水文條件和取水泵的特性要求確定了輸水隧洞首端洞底高程為-5.54m，而實際地形洞口處海底高程為0.5m。自隧洞口至-6.0m水深海域尚有180m的距離，即還有180m的海灘相隔，在此段距離范圍內(nèi)的海底土壤為含淤泥質(zhì)的粉細砂層，深度在-10m～-12m之間。如何將-6.0m深處的海水引至輸水隧洞是本課題要討論的主要問題。

二、自然條件

（一）含沙量

大鵬灣海域的含沙量低，均在0.02kg/m³以下，含沙量垂向分布比較均勻，懸沙顆粒主要為沙質(zhì)粉砂，表層沉積物砂含量較高，粉砂含量次之，粘土最少，沉積物類型為粉砂質(zhì)砂。

（二）泥沙回淤

該海域沒有大河流注入，泥沙來源較少。海域?qū)偃醭焙^(qū)，潮流動力較弱，波浪強度不大。工程區(qū)陸域泥沙來源少，水體含沙量很小，海床多年穩(wěn)定。碼頭前沿港池及回旋水域因局部挖深的影響，平均流速減小1.0～15cm/s。

（三）引水構(gòu)筑物型式的選擇

以上兩方面情況都有利于采取暗渠式引水方式。但如果開挖暗渠，會影響原有水域的水動力平衡狀態(tài)。需要對于不同的引水構(gòu)筑物的穩(wěn)定性，泥沙淤積的影響，波浪的影響及建筑工程投資等方面綜合比因此委托了大連理工大學進行物理模型試驗研究。了解按工程需要開挖水下暗渠取水運行時在不同水位，不同波浪作用下渠道及周圍的底流速，以及在采取工程措施（設置擋沙堤）后的底流速變化。

試驗報告歸納如下結(jié)論：

（1）在取水純流時渠底流速不會達到泥沙啟動流速，不會發(fā)生泥沙沖淤問題。在不利的SSW向波浪作用下取水時從引水暗渠到渠道外岸灘上的底流速，均超過泥砂在波浪作用下的起動流速。（2）設置擋沙堤后，部分海床波浪水質(zhì)點的底部流速雖略有降低，但總體上底流速仍然明顯超過泥沙在波浪作用下的啟動流速。（3）擋沙堤內(nèi)的海床應進行護底。（4）波浪作用下的淤積，水，下明渠在波浪作用下引起的淤積根據(jù)模型研究結(jié)果，對于水下暗渠引水方案可以做出否定的結(jié)論，即在本海域水位及海床地形地質(zhì)條件下采用水下暗渠引水是不適宜。水下暗渠的護底及護坡以及擋沙堤采用拋石結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)施工方法只能是用船在水面上向下拋投，可以想象很難控制施工質(zhì)量，很難保證尺寸形狀。對水下暗渠及擋沙堤的形成難以保證。（5）泥沙淤積。常年波浪作用下渠道內(nèi)的年淤積厚度局部地段還是比較大的，如海床-10m處即靠近輸水隧洞洞口端淤積量達到每年0.3m，3年左右即淤積厚度可達1m，即淤積厚度占到渠道深度的20%左右，即需要清淤，3年清淤一次，實為取水運行難以接受。取水口在SSW波向（即取水口的正前方向）作用下的驟淤厚度，在出現(xiàn)頻率較高的2年一遇，風暴歷時較短的2小時。即出現(xiàn)風暴潮較高的頻率情況下，一次淤積厚度可達到1.59m。這樣的淤積速度盡管2年出現(xiàn)一次也是渠道引水所不允許的。

本工程不適于水下暗渠取水。

三、方涵引水

引水方涵引水方式不受波浪引起的海底推移質(zhì)運動形成的泥沙淤積的影響，只是工程費用較高。是比較可靠的離岸式引海水方式。但應選擇合適的引水方涵及進水結(jié)構(gòu)的構(gòu)造型式。針對本工程的取水量，海域水文，地質(zhì)等具體條件，提出如下兩個方案進行比較。

（一）方案一，雙孔方涵方案

方形雙孔引水方涵，斷面尺寸為2x2.5mx2.5m，過水斷面面積為125m²，溝長為187m，進水頭部即為溝的人口，為減少進口流速設置4個進水口，方涵的終端直接進入隧洞前端的閘門井，海水的進口流速在最大取水量為55200m²/s時，進口流速為0.613m/s，方涵內(nèi)流速為1.226m/s。方涵內(nèi)沿程阻力為i=0.597%0.總阻力為0.107m。

（二）方案二，取水戽頭單孔方涵方案

方形單孔引水方涵，斷面尺寸為3.5mx3.5m，溝長度為180.5m。為了減少海水進口流速采用方形進水戽頭。戽頭尺寸為8mx8m，取水戽頭為淹沒式，戽頭三面設6個進水窗。海水進口流速為0.51m/s，取水方涵內(nèi)流速為1.25m/s，溝內(nèi)阻力i=0.392%0.溝內(nèi)總阻力為0.0706m。

（三）兩個方案比較

（1）工程量和價格的比較，詳見下表1。

（2）兩個方案的比較

兩個方案的共同特點是，都能滿足輸水量的要求，海水進水口的流速都在0.62m/s以下。不會引起海底推移質(zhì)的活動，方案一取水頭部比較簡單易于施工，但溝的鋼筋混凝土量大，閘門井體積也較大，工程量大，投資多。方案二，戽頭取水因進水窗口較高，對防止泥沙進入溝道更為有利，雖然兩個方案過水斷面面積相同，但單孔方涵比雙孔方涵施工安裝更容易投資小，因此采用方案二，即取海水戽頭單孔。