肇慶市一村取水口建設方案與影響分析

黃新平 中山市水利水電勘測設計咨詢有限公司

1.概況

肇慶市高新區(qū)一村取水口位于肇慶市大旺高新區(qū)古塘取水口上游約200m處，取水頭部擬建在大旺圍K2+050處的距離堤頂165m的北江河床中。設計取水規(guī)模為14萬m3/d，遠期設計取水規(guī)模為28萬m3/d，遠景設計取水規(guī)模為38萬m3/d。根據(jù)現(xiàn)場實際情況，工程沿取水水流方向總體布置為：北江→取水頭部→引水管→取水泵房→原水輸水管→現(xiàn)有原水輸水管→將軍山水廠[1]。工程主要建設內(nèi)容為取水頭部、引水管等，屬Ⅱ等大（2）型工程。為保障供水安全順利建設，提高供水質(zhì)量，需對取水口建設方案及影響進行分析。

2.取水頭部設計

2.1 取水頭方案比選

根據(jù)項目區(qū)地形特征，現(xiàn)對取水頭部及輸水形式主要選取混凝土進水口+箱涵（方案一）和樁架式取水頭部+自流管（方案二）進行比較。

方案一：取水頭部布置涵閘，涵閘前緣與岸邊擋墻平齊，墩頂高程為4.0m，閘底高程-1.8m，布置1孔閘，閘門尺寸2m×2.8m（寬x高），涵閘后接44m長混凝土箱涵，箱涵孔口尺寸為2m×2.8m（寬×高），箱涵末端接泵站前池。

方案二：取水頭部擬建在大旺圍K2+050處距離堤頂約150m的北江河床中，采用鋼管樁架式形式取水頭部。引水管采用2根DN1600管道，考慮自灌式取水要求，引水管道管中心高程定為-2.92m，低于最低水位-0.70m，設置兩根DN1600引水管道滿足遠景水量及事故時取水要求，管道采用鋼管，壁厚16mm，喇叭口采用鋼管樁固定，兩個喇叭口管中心間距9.10m，引水管道初始段31m，位于常水位以下，此段采用水下施工方式；引水管道靠近灘地段，管道管中心間距調(diào)整為4.20m，平行布置，此段埋深約6.8m，管道位于淤泥層，采用頂管施工，頂管長度184m，頂管工作井利用泵房下部沉井作為頂管工作井。兩方案優(yōu)缺點詳見表1。

表1 取水方式比選

從表1可以看出，方案一箱涵施工工期長，但并不在直線工期內(nèi)，另外從運維、耐久性方便優(yōu)勢明顯，且沒有占用北江航道的風險，但是施工工期較長，投資相對較大。

方案二樁架式取水頭部具有施工簡單，水下工程量少，檢修維護方便，抗堵塞能力強，經(jīng)驗豐富，本地區(qū)取水基本上都采用樁架式，運行一直正常，且取水頭部地質(zhì)情況適宜打樁，設計采用樁架式取水頭部，同時水泵均采用自灌式吸水方式，運行簡單，符合運行單位的意向，同時考慮引水管道施工位于河道灘地內(nèi)，地下淺層屬于軟土層，含水量大，抗剪強度低，當溝槽深度較深時，施工降水、溝槽壁支護等都需要相應的加強。并且施工降水對周圍地面影響大，會造成地面沉陷。因此采用方案二樁架式取水頭部+自流管的方案。

2.2 樁架式平臺結構設計

根據(jù)水源特點和取水口地形、地質(zhì)、水文條件，取水頭部采用樁架式平臺的型式，具有施工簡單，水下工程量最少，檢修維護方便，抗堵塞能力強優(yōu)點。取水頭部為兩個D1620 喇叭口，用5根DN500鋼管樁固定，四周用PLW型攔污格網(wǎng)圍護，兩側進水，上、下游分別設導流板除去雜草等漂、懸浮物，在常水位以上設檢修平臺以利巡視、清渣，格柵按順水方向成 45°角布置，以減少堵塞。

取水頭部平面尺寸18.12×5m，河底模袋砼護底。取水頭部頂高3.30m，高于常水位1.87m。進水格柵底高-4.25m，頂高 2.57m。在頭部范圍內(nèi)設12根鋼管樁，內(nèi)部充填C20 砼，頭部頂和底部設縱橫鋼構件，形成水平框架，以保證頭部結構的穩(wěn)定性和整體性，進水格網(wǎng)和虹吸管由框架支撐，為保護取水頭部安全，在上、下游兩端內(nèi)外側共設置四個防撞墩，防撞墩由三條DN500鋼管樁相連組成。

鋼管樁運輸和沉樁，管內(nèi)灌注砼工藝簡單，較灌注樁有優(yōu)勢，本設計優(yōu)選鋼管樁方案進行設計。

2.3 模袋砼結構設計

模袋混凝土就是在模袋內(nèi)充灌混凝土或砂漿，經(jīng)固化后形成的結構物[2]。在取水頭部約30m范圍內(nèi)采用模袋砼護底，強度等級C20，厚度200mm，底部高程-4.92，距進水喇叭口0.6m，模袋砼護坡的坡肩、坡腳設置壓頂、護腳設施，壓頂設施采用填土覆蓋固定，護腳采用拋石，護腳伸入坡腳沖刷線以下不小于0.5m。

模袋混凝土的模袋為帶濾點的丙綸機織雙層織物，充填厚度設計為200mm，單位面積質(zhì)量250g/m2，單層厚度0.55mm，抗拉強度（經(jīng)緯）＞2000N/5cm，延伸率＜30%，頂破強度＞4000N，等效粒徑＜0.12，滲透系數(shù)＞0.001cm/s。模袋混凝土充灌C20混凝土的碎石粒徑＜20mm，拌合物的坍落度為22～25 cm，水灰比為0.50～0.55，摻加粉煤灰15%～20%。充填速度為10～15m3/h，充填壓力為0.2Mpa～0.3Mpa。

模袋砼按水流方向每14 m 分縫，接縫處底部設置土工布(250g/m2)，模袋與土工布的搭接長度每側0.5m。

模袋砼厚度的確定，可按照下列公式進行計算。

式中：δ為計算厚度，m；C為面板系數(shù)，大塊混凝土護面1.0，護面上有濾水點，C=1.5；

以往的空氣環(huán)境監(jiān)測更偏重于室外，但由于人們大多數(shù)時間是在室內(nèi)，而且近期媒體傳播的室內(nèi)空氣污染如甲醛等層出不窮，人們對室內(nèi)環(huán)境的了解需求更迫切。本系統(tǒng)設計要實現(xiàn)的功能大致如下：

Hw為計算波浪高度，取積累頻率1%的波高，0.36m；Lw為計算波浪長度，5.81m；Lr為單個模塊寬度，10m；m為斜坡坡率，11.25；γL為混凝土或砂漿容重，24kN/m3；γw為水容重，10kN/m3。

計算得模袋厚0.15m,可滿足抗浮動要求，取0.2m。

3.引水管設計

3.1 建筑物設計

本工程擬選用從北江自灌式吸水的方式取水，引水管道管中心高程定為-2.92m，低于最低水位1.0m，設置兩根DN1600引水管道滿足遠景水量及事故水量時取水要求，引水管道采用鋼管。引水管道初始段31m，位于常水位以下，此段采用水下施工方式；引水管道靠近灘地段，管道管中心間距調(diào)整為4.20m，平行布置，此段埋深約6.8m，管道位于淤泥層，采用頂管施工，頂管長度56m，頂管井利用泵房下部沉井作為頂管工作井。

3.2 相關計算

（1）引水管水力計算。

本工程采用自流管進水方式，為了確保取水安全，采用兩條DN1600鋼管。

①設計流量：按遠期設計規(guī)?？紤]，取水頭部總設計流量4.75m3/s（考慮水廠自用水系數(shù)及輸水管道漏損濾8%），采用兩條引水管，單管設計流量q=2.375m3/s。

②設計流速：取引水管管徑DN1600，則設計流速：

（GB50013-2018要求＞0.6m/s），1000i=0.801。

③校核流速：事故時校核流量取總設計流量的75%，即3.5625m3/s，經(jīng)計算引水管道校核流速1.773m/s，1000i=1.802滿足規(guī)范設計要求。

（2）引水管設計管中心標高。

本取水頭部DN1600吸水管中心標高為-2.92m（珠基高程），在最低水位（97%保證率水位）下淹沒2.21m，吸水管喇叭口上緣在最低水位下淹沒1m，符合取水構筑物淹沒進水孔上緣在設計最低水位下深度的規(guī)范規(guī)定。

取水口底距河床：0.8m。大于規(guī)范要求的側面進水不得小于0.5m的規(guī)定。

4.工程實施影響分析

4.1 對北江流量的影響

根據(jù)水文監(jiān)測數(shù)據(jù)，北江石角站日平均來水流量為208 m3/s（P=97%），取水口處日平均來水流量為233m3/s（P=97%），從干流石角站至北窖口河段，考慮本項目上下游所有用水戶的取水量及河段內(nèi)基流后，取水口處項目可利用的剩余日平均流量為45.82m3/s，本項目取水流量為1.62m3/s，取水流量占剩余的可利用日平均來水流量的3.5%；項目年總取水量為5110萬m3，占北江石角站P=97%的年來水量的0.21%、多年平均年來水量的0.12%，所占比例都極小。生態(tài)基流已按該流域多年平均徑流的10%來考慮，故取水不會惡化下游生態(tài)環(huán)境。而且距離上游水利設施均較遠，水位變化影響范圍未達到這些水利工程位置。

綜上，本工程的建設使北江的水資源得到合理的開發(fā)、利用及調(diào)配，使有限的水資源得到高效利用，取水對北江流量影響很小。

4.2 對北江河勢的影響

本工程僅取水頭部占據(jù)北江河道，由于取水頭部阻水引起過水斷面面積的變化，減少了斷面的有效過水寬度，工程建設將引起工程附近水域局部的調(diào)整。但本工程取水頭部采用樁架式的方式，建成后對河道的流速、流態(tài)變化的影響有限，僅局限于工程上游20m～下游 20m 范圍內(nèi)，工程對河槽形態(tài)變化的影響也局限在該區(qū)域。工程建設對河道局部地形的改變會產(chǎn)生一定的影響，但隨著時間推移，會逐漸進入新的水動力平衡狀態(tài)，擬建工程對其附近水域的水流動力環(huán)境影響較小，工程對所在河道的河勢穩(wěn)定和岸線變化的影響不大。

4.3 對北江通航的影響

工程前后水位變化不大，工程取水頭部離主航道約 150m，工程在主航道范圍外，而且工程壅水及影響流速的范圍只局限于取水頭部附近地區(qū)，不會影響主航道，因此工程建設不影響通航。

4.4 對北江水源保護區(qū)的影響

2019年，廣東省政府通過了《肇慶市飲用水源保護區(qū)優(yōu)化調(diào)整方案》，新劃定北江大旺區(qū)一村為飲用水水源保護區(qū)。本工程對該水源保護區(qū)的影響主要集中在施工期，在采取保護措施后對水質(zhì)影響不大，工程建成后對保護區(qū)的影響較小。取水口建成運行后將嚴格執(zhí)行國家《生活飲用水水源水質(zhì)標準》及《廣東省珠江三角洲水質(zhì)保護條例》中的有關規(guī)定，設立水源保護區(qū)，加強水源水質(zhì)的監(jiān)測，積極實施《珠江三角洲環(huán)境保護規(guī)劃》，按照《廣東省地表水環(huán)境功能區(qū)劃》的水質(zhì)目標要求，做好水源保護工作。

4.5 對其他權益相關方取用水條件的影響

本項目近期取水量為5110 萬m3/a，即取水流量為1.62m3/s，占北江取水口處97%保證率日平均來水流量233m3/s的比例0.70%，取水占比很小?？鄢昶渌∷畱艉螅杂休^大的下泄流量，各取水戶之間并不存在取水權益糾紛。所以，本項目對其他權益相關方取用水條件的影響很小。

5.結語

高新區(qū)一村取水口擬建在肇慶市大旺圍K2+050處距離堤頂165m的北江河床中，通過分析探討，采用樁架式取水頭部+自流管的取水建設方案投資小，風險小，不需維護，引水管施工期短，工程建設對北江影響較小，是一項解決高新區(qū)生產(chǎn)生活用水安全的民生工程，建議盡快實施。