論海鹽場的遠(yuǎn)海取水方式

王玉杰，韓 帥

(中鹽工程技術(shù)研究院有限公司，天津 300450)

1 前言

我國海鹽場納取原料海水時(shí)，大多采用傳統(tǒng)的岸邊取水方式，即使用泵站動力納潮，或使用水閘自然納潮，從海岸邊取水。該取水方式投資較低，安全風(fēng)險(xiǎn)小，因此在海鹽場得到廣泛應(yīng)用。隨著沿海地區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，尤其是工業(yè)和養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展，沿岸的海水水質(zhì)也出現(xiàn)了一定的下降，對海鹽質(zhì)量產(chǎn)生了不利的影響，故有必要適當(dāng)改變現(xiàn)有的岸邊取水方式，提升海水質(zhì)量，而遠(yuǎn)海取水方式便成為實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑之一。

2 遠(yuǎn)海取水的要求

首先，遠(yuǎn)海取水點(diǎn)的海水水質(zhì)，應(yīng)滿足《海水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)》(GB 3097-1997)中第二類水質(zhì)的要求，即適用于水產(chǎn)養(yǎng)殖區(qū)，海水浴場，人體直接接觸海水的海上運(yùn)動或娛樂區(qū)，以及與人類食用直接有關(guān)的工業(yè)用水區(qū)。

其次，海鹽場遠(yuǎn)海取水地點(diǎn)距離海岸的長度，應(yīng)依據(jù)當(dāng)?shù)睾０?、海流等諸多海洋因素確定，一般在50 m～500 m之間，最遠(yuǎn)不超過1 000 m，否則投資太高，經(jīng)濟(jì)上得不償失。

最后，結(jié)合當(dāng)?shù)鼐唧w情況，擇優(yōu)選取適宜的遠(yuǎn)海取水方式。

3 主要遠(yuǎn)海取水方式

3.1 浮船取水

3.1.1 浮船取水簡述

浮船取水，亦稱浮動式泵站取水。它是指置于海水中的浮船取水，在船艙中裝有取水設(shè)備。浮船取水，按船舶動力分有自航式和非自航式(停泊式)兩種。自航式為機(jī)動船只，船艙中安裝有內(nèi)燃機(jī)聯(lián)動水泵機(jī)組及自航動力設(shè)備，亦有將取水設(shè)備的動力裝置兼作自航動力使用的。非自航式(停泊式)不配備自航動力設(shè)備，在使用上比自航式廣泛。

浮船可以采用木船、鋼船、鋼絲網(wǎng)水泥船、鋼筋混凝土船等型式，一般采用鋼船。船體大小按水泵機(jī)組臺數(shù)和尺寸確定。

浮船主要包括設(shè)備間、船首和船尾三部分。設(shè)備間布置可分為上承式和下承式兩種。上承式系將水泵機(jī)組安裝在船甲板上，便于操作，但重心高、穩(wěn)定性差、振動大;下承式系將水泵機(jī)組安裝在船艙底部，重心低、穩(wěn)定性好、振動小，但操作、管理和通風(fēng)條件差。船的首尾甲板上布置絞盤、系纜柱、導(dǎo)纜鉗等設(shè)施。船上水泵的出水管與岸上輸水管用聯(lián)絡(luò)管連接。聯(lián)絡(luò)管有階梯式、搖臂式和鋼引橋式三種連接方式。

浮船取水位置，應(yīng)設(shè)在海水較深、水流較平穩(wěn)、附近無大回流區(qū)、海床及岸坡穩(wěn)定、岸邊坡度適宜、并與主航道有一定距離的地方。

浮船取水方式建設(shè)周期短、工程投資較少，但運(yùn)行管理較復(fù)雜，并因其漂浮于海水中，受風(fēng)浪、急流、航運(yùn)等因素影響較大，因此具有一定的安全風(fēng)險(xiǎn)。

目前，一些東南亞國家，如印度尼西亞的部分鹽場，就采用浮船取水方式進(jìn)行海鹽生產(chǎn)。

3.1.2 設(shè)備選擇

通風(fēng)設(shè)施。一般采用自然通風(fēng)，大型泵站采用機(jī)械排風(fēng)，風(fēng)機(jī)可考慮軸流風(fēng)機(jī)或離心風(fēng)機(jī)。

攔污設(shè)施。一般在喇叭口上安裝一個(gè)圓形攔污格柵罩，小型浮船可在喇叭口上設(shè)置魚鱗罩。

起吊設(shè)備。采用電動或手動單梁懸掛式起重機(jī)。

交通設(shè)施：架設(shè)活動的輕型鋼便橋，或鉸接式可上下旋轉(zhuǎn)的剛桁架橋。

供配電設(shè)施：一般采用兩個(gè)獨(dú)立電源，用雙回路供電。變配電室及供電安全設(shè)備，一般設(shè)在岸邊。浮船上的電動機(jī)、電動閘門、真空泵等，均用配電柜或控制箱集中在船上操作。

3.1.3 聯(lián)絡(luò)管

聯(lián)絡(luò)管為浮船總出水管與岸坡的固定輸水管相連接的管段，在設(shè)計(jì)和材料選用上，應(yīng)能保證使用安全和操作運(yùn)行方便。

聯(lián)絡(luò)管應(yīng)適應(yīng)縱向移位、橫向移位、水平擺動及顛簸等情況。要求各向轉(zhuǎn)動靈活。當(dāng)浮船受外力作用時(shí)，聯(lián)絡(luò)管不受任何壓力、拉力和扭力作用。

聯(lián)絡(luò)管經(jīng)強(qiáng)度和剛度計(jì)算后，若不能滿足需要時(shí)需進(jìn)行加固，可采用鋼桁架、槽鋼、鋼筋網(wǎng)等進(jìn)行加固。

3.2 固定泵站取水

遠(yuǎn)海固定泵站取水，可分為海島式取水和平臺式取水。海島式取水為人工筑成微型島嶼，并在島嶼上建設(shè)泵站的取水方式；平臺式取水是在海中搭建平臺，并在平臺上建設(shè)泵站的取水方式。

遠(yuǎn)海固定泵站取水適用于海灘平緩，低潮位離海岸很遠(yuǎn)的海邊取水工程建設(shè)。要求固定泵站處低潮位時(shí)，水深大于1.5 m～2.0 m，海底為石質(zhì)或砂質(zhì)，且周邊有防波堤保護(hù)，使泵站受到風(fēng)暴潮襲擊的可能性變小。另外，需要修建長堤或棧橋，將泵站與海岸聯(lián)系起來。這種取水方式的輸水系統(tǒng)比較簡單，管理比較方便，而且取水量大，可保證供水的穩(wěn)定性。遠(yuǎn)海固定泵站取水的主要缺點(diǎn)是，施工難度大，造價(jià)較高。目前，海灣國家的一些海水淡化廠，采用該種取水方式。

3.3 自流管取水

3.3.1 自流管取水方式簡述

自流管取水，亦稱引水管取水或海床式取水，其原理是將取水管道(耐腐蝕自流管)埋入海底，取水頭部位于海水之中，泵房與集水池建于海岸，泵房免受海浪的沖擊，取水的安全性與可靠性較高。

自流管取水適用于取水量較大、海岸較為平坦、凈水區(qū)離海岸較遠(yuǎn)，或者潮差大以及海灣條件惡劣(如風(fēng)大、浪高、流急)的地區(qū)。

自流管取水的主要缺點(diǎn)是，取水管道埋在海床底部，容易積聚海洋生物或泥沙；取水管道鋪設(shè)工藝復(fù)雜，施工成本較高。

自流管取水方式應(yīng)用比較廣泛，國內(nèi)外多數(shù)海水淡化廠，非洲的一些海鹽場，便采用此種取水方式，效果較好。

3.3.2 取水管道

(1)管道數(shù)量。根據(jù)海鹽工藝要求確定取水流量。為防止海生物附著及泥沙淤積，管內(nèi)流速控制在2 m/s以上。管道的根數(shù)及直徑應(yīng)根據(jù)取水量、管材、施工條件、操作運(yùn)行要求等因素，按最低水位通過水力計(jì)算確定。為保證供水安全，自流管道的數(shù)量不得少于兩根，當(dāng)事故停用一根時(shí)，其余管應(yīng)能滿足事故設(shè)計(jì)流量要求，一般為70%～75%的最大設(shè)計(jì)流量。

(2)管道材質(zhì)。為防止海水腐蝕、便于施工，取水管道一般采用復(fù)合鋼管，如涂塑復(fù)合鋼管等防腐管道。

涂塑復(fù)合鋼管是國內(nèi)新發(fā)展起來的一種新型管道材料，采用內(nèi)外涂塑，中間為鋼管的復(fù)合結(jié)構(gòu)。它克服了鋼管易生銹腐蝕、塑料管強(qiáng)度低易變形的缺陷，整合了鋼管高強(qiáng)度和塑料耐腐蝕的優(yōu)點(diǎn)，使用年限可達(dá)50 a，屬于國家推廣使用的環(huán)保產(chǎn)品。

涂塑鋼管內(nèi)外壁熔融塑料樹脂的厚度一般為 0.3 mm～1.0 mm，內(nèi)壁十分光滑，摩擦阻力極小，適于水的輸送。

涂塑鋼管可以根據(jù)施工需要，任意切割長度，并可提前預(yù)制。

由于上述方面的優(yōu)異性能，涂塑復(fù)合鋼管便成為海水取水管道的較優(yōu)選擇之一。

(3)管道鋪設(shè)。水下管道一般有兩類鋪設(shè)方式。第一類是將管道鋪設(shè)在水底之上。如果水道較深，水底之上鋪管不會影響航運(yùn)，水底平坦，管路沿線沒有障礙物和懸空地，管道不會因船只拋錨、海水流動、海床沖刷或其他原因引起破壞，則可將管道直接鋪設(shè)在穩(wěn)定的海床上，但應(yīng)采取管道加固措施，以防止風(fēng)暴潮時(shí)管道可能的移動和浮漂。第二類是將管道埋設(shè)在水底下溝槽內(nèi)。溝槽內(nèi)管頂鋪設(shè)深度一般為管徑的3倍～4倍，以避免船只拋錨，海床沖刷等影響。溝槽內(nèi)管底以下應(yīng)碎石找平，管頂以上用砂袋壓頂，再回填塊石至原泥面。常用的水下溝槽開挖方法和設(shè)備，有爆破法、岸式索鏟、挖泥船、高壓泵船等。

水下管道鋪設(shè)常用的具體操作方式有三種。第一種是漂浮法。管子先在陸地焊成許多長管串，用浮筒拖到海上鋪設(shè)位置，用駁船接長后撤掉浮筒，使管線下沉到預(yù)定位置。此法的優(yōu)點(diǎn)是拖力小，設(shè)備簡單，但受氣候影響較大，而且一旦開始工作就無法中斷，多用于鋪設(shè)工期短、規(guī)模小的管線。第二種是海底拖曳法。當(dāng)長度較大的管段采用浮航困難時(shí)，可在水底用絞車或拖船拖曳。拖運(yùn)時(shí)受風(fēng)浪、潮汐等影響較小，作業(yè)安全，但拖運(yùn)功率較大，適用于長距離深水鋪管。第三種是鋪管船鋪設(shè)。將管子用運(yùn)管船運(yùn)至鋪管船上，在鋪管船上進(jìn)行管段接口后，沿鋪管船上的滑道、管托架等裝置，下入水底。這種方法適用于長距離管段，并遠(yuǎn)離岸邊的鋪管工作。海鹽場的取水管線規(guī)模較小，宜采用漂浮法管道鋪設(shè)操作。

(4)取水管道設(shè)計(jì)所需基礎(chǔ)資料。海水資料，海水的理化數(shù)據(jù)。工程地質(zhì)，海床土壤類別和力學(xué)特性、海床的垂直和水平摩阻特性、海床表層土壤結(jié)構(gòu)組成、海床地貌、海底管道路徑縱斷面圖以及地震烈度。海洋學(xué)資料，水深圖、海流、波浪、潮汐、冰、水溫、海水鹽度、海域內(nèi)的動植物分布以及海水可見度。氣象資料，風(fēng)向與風(fēng)速、氣溫、氣壓以及可見度。其他資料，所在海域的海圖、需要穿越的海底電纜或管道、水下障礙物、航道、捕漁區(qū)及政府的有關(guān)法規(guī)。

3.3.3 取水頭部

取水頭部是設(shè)置于海底并通過其進(jìn)水孔進(jìn)水，聯(lián)接海底管道前端的設(shè)施。其類型較多，適合海鹽場使用的主要有喇叭管、蘑菇型、箱式等型式。

喇叭管型頭部構(gòu)造簡單，施工方便，進(jìn)口朝向可上、下及水平設(shè)置，喇叭管口一般應(yīng)安裝攔物格柵，避免雜物進(jìn)入。蘑菇型頭部較高，需要海水較深，進(jìn)水方向系帽蓋底下曲折流入，一般泥砂和漂浮物帶入較少，但施工安裝較困難。箱式頭部采用沉箱結(jié)構(gòu)，側(cè)面開孔進(jìn)水，箱體多采用鋼筋混凝土預(yù)制，水下拼裝，適用于較淺水深，含砂較少的區(qū)域。

進(jìn)水孔布置。當(dāng)海水含砂量較大且豎向分布很不均勻時(shí)，應(yīng)在頂部開設(shè)進(jìn)水孔。當(dāng)海水中有漂流物時(shí)，宜在側(cè)面開設(shè)進(jìn)水孔。當(dāng)泥砂和漂流物較少時(shí)，可在海水流向下游布置進(jìn)水孔。一般不宜在海水流向上游迎水面布置進(jìn)水孔。側(cè)面進(jìn)水孔下緣距海床的高度要大于0.5 m。頂部進(jìn)水的淹沒式進(jìn)水頭部，應(yīng)高出海床1.0 m以上。底層進(jìn)水孔下緣距離水體底部的高度大于1.0 m。為確保取水頭部在最低水位下能去到所需水量，淹沒進(jìn)水孔上緣在設(shè)計(jì)最低水位下的深度時(shí)，應(yīng)根據(jù)海流的水文和漂浮物的情況，通過水力計(jì)算確定，一般大于0.5 m，若該區(qū)域風(fēng)浪較大時(shí)，還應(yīng)加大深度。

在確定取水頭部位置時(shí)，首先應(yīng)保障取水安全可靠，水質(zhì)和水量能夠滿足生產(chǎn)要求；其次要求具備穩(wěn)定的海床，及足夠的水深，并符合航運(yùn)要求，同時(shí)取水頭部位置應(yīng)設(shè)置防撞警示浮標(biāo)。

3.3.4 海岸管道鋪設(shè)

當(dāng)取水管道從水下延伸到海岸時(shí)，需要在海岸下鋪設(shè)地下管道，進(jìn)入集水池。若海岸上無影響管道鋪設(shè)的地物時(shí)，可采用溝槽挖填方式鋪設(shè)管道；若海岸上有房屋建筑、沿海道路等設(shè)施時(shí)，可采用頂管施工工藝，進(jìn)行管道的鋪設(shè)。

3.3.5 管道清淤

當(dāng)管道淤積泥砂時(shí)，可采用下述方法清淤。

正向沖洗法。在海水位較高時(shí)，先關(guān)閉自流管末端閘門，將集水池內(nèi)水位降至最低，然后迅速打開閘門，利用較大水位差進(jìn)行沖洗；或者關(guān)閉另外幾根自流管，利用欲沖洗的一根自流管來供應(yīng)全部水量，使該管流量增加，加大流速進(jìn)行沖洗。

反向沖洗法。在海水位較低時(shí)，將自流管與壓力輸水管或沖洗水泵進(jìn)行連接，進(jìn)行反向沖洗。此法水量充足，壓力高，使用靈活，效果較好。

3.3.6 海生物防治

海水中的生物，如貝類、牡蠣、海蛭、海藻的繁殖，會造成取水頭部、格網(wǎng)和管道阻塞，對取水安全產(chǎn)生很大威脅。防治和清除海生物的方法主要有加氯法、加堿法、機(jī)械刮除、電極保護(hù)等，其中以加氯法采用最多。目前海濱地區(qū)的電廠、海水淡化廠普遍采用在取水頭部加氯措施，效果較好。

4 結(jié)論

為提高海鹽質(zhì)量，采用遠(yuǎn)海取水方式，應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐淖匀粭l件、企業(yè)的綜合能力，選擇適當(dāng)?shù)娜∷Ｊ?，納取高質(zhì)量海水，為傳統(tǒng)海鹽生產(chǎn)開辟出一條新途徑。