徐庄水厂取水工程安全保障设计应用案例分析

在水厂工程中，取水工程的安全保障十分重要。本文结合工程实际案例，介绍了湖泊水源取水工程的主要安全保障因素：取水头部位置、进水孔口竖向高程、取水头部和引水管安全防护。该工程在取水工程安全保障方面，创新性地将河湖航运和港口行业中的相关技术成功运用到市政取水工程中，从2年多的运行情况看，效果较好。同时，也为类似湖泊水源取水头部安全保护解决方案提供了新的思路。

项目概况

徐州市徐庄水厂水源为骆马湖，取水总设计规模140万m3/d，本次取水工程头部和引水管按140万m3/d设计建设；取水泵房土建80万m3/d规模一次实施，设备按近期规模40万m3/d配置；原水输水管DN1600-DN2000球墨铸铁管约2×81km，按远期80万m3/d一次实施，近期向2座水厂（徐庄水厂、刘湾水厂）供原水，远期向4座水厂供原水；原水输水管道系统设置中途提升泵站一座，规模70万m3/d；徐庄水厂总规模40万m3/d，总投资约27.1亿元。（图1、图2）

图1 徐庄水厂

图2 骆马湖取水泵站

取水工程安全因素分析

骆马湖为徐州市和宿迁市共有的自然湖泊，湖区面积徐州占1/3、宿迁占2/3。徐州境内湖区一般为浅水区，近年来由于采砂严重，造成湖底高低不平，高差较大，最大高差约20m，湖区在采砂塘附近水深较深，一般水深为4m～5m，局部区域深达20m左右，而且湖区内有各种船舶航行，如采砂船、运输船只、打鱼船只等（图3）。因此，就该项目而言，安全保障因素主要包括：取水水质保障：主要涉及到取水头部位置的合理选择、进水孔口竖向高程；取水设施的安全保护：取水头部及引水管的安全防护技术措施。

取水工程安全保障设计方案

本文重点介绍取水头部位置、进水孔口竖向高程以及取水头部和引水管安全防护设计方案。

（1）取水头部位置选择。

对于骆马湖水源，取水头部位置选择需要考虑以下因素：第一，水质好、湖床相对稳定、水深足够；第二，取水头部位置应属于徐州市行政管辖范围；第三，应尽可能距湖岸近；第四，不影响湖区的主要通航航道。只有满足上述要求，才能够达到既能取得湖区优质原水、取水头部稳定安全运行，同时又距湖岸近，引水管相对较短，投资和运行成本低。

据调查，骆马湖的沂河入湖口、老沂河入湖口、中运河入湖口、骆马湖北、骆马湖中、嶂山闸上、骆马湖南、皂河北共设有8个监测站点，沂河入湖口、中运河入湖口、骆马湖区北、骆马湖中和嶂山闸上共5个站点为水质Ⅱ类；其他3个站点为水质Ⅲ类。（图4）

从水质监测资料可以看出，骆马湖北、骆马湖中水质最优，中运河入湖口水质次之。骆马湖北水质在Ⅱ类-Ⅲ类之间，且属于徐州市域，原水输水距离最近，水质好，工程投资最低，是比较合适的取水点。为避开中运河入湖水流对取水点的影响，取水头部适当向北偏移，河流入湖口水流对湖水水质影响范围如图5所示。

由于骆马湖周边浅水区有大面积的围网养殖，取水头部还需要向湖心延伸，根据现场查看及对骆马湖区初查结果，结合骆马湖水下地形图，在新沂窑湾镇二湾以北308县道40界碑处向湖内延伸约2.1km。该处湖底高程约9.5m，正常水深约13.8m，且此区域为采砂深水区，采砂区基本连片，采砂区内采砂也已基本完成，湖床稳定，水面开阔，面积约4km2范围内无养殖设施，其水质良好（为Ⅱ类-Ⅲ类），符合饮用水源地要求，取水头部基本布置在该区域的中部靠近湖岸，位置适中，能够取得优质湖水，因此，取水头部设置在此处。（图6）

（2）进水孔口标高确定。

对于设置在湖泊的取水头部，其进水孔口的竖向高程确定应考虑在取得优质原水的同时，尽可能避免进水孔口前设置的格栅被杂草和水体中的漂浮物堵塞，减少藻类进入和较大风浪对取水的不利影响，以及考虑湖床多年泥沙淤积等因素。

图3 取水头湖区情况

图4 水质监测点分布图

图5 河流入湖口水流水质影响分布图

图6 取水头部位置图

一般情况下，湖泊或水库水体水质从竖向分布来看，表层可能有漂浮物，会季节性出现藻类，水质不是最优。一般来讲，中上层水质不仅最优，且漂浮物、藻类很少；此外还应考虑湖泊水面宽阔，较大风浪对取水的不利影响，也宜将进水孔布置在枯水位风浪影响较小的水面下，因此，进水孔口应布置在中上层较为合适。骆马湖设计洪水位25.79m、常水位22.79m、枯水位20.29m。据此，设计进水孔上缘按低于枯水位1.2m左右考虑，取19.00m，孔口高度取2m，则进水孔口下边缘高程为17.00m。从现状水深来看，骆马湖常水位为22.79m，枯水位20.29 m，湖底高程9.5m，进水孔口位于17.00m～19.00m，既可以取到中上层的最优湖水，又避免了表层漂浮物、季节性出现的藻类以及风浪对取水的影响。因此，本工程进水孔上下缘高程确定为19.00m和17.00m。（图7）

（3）取水头部及引水管安全防护设施。

除国家规定设置的取水头部水源保护区外，考虑到骆马湖湖区常有很多打渔船、采砂船等，为避免这些船舶航行、抛锚、走锚以及人为滥采湖砂等对取水头部、引水管安全造成影响，所以在取水头部和引水管周围设立安全保护区。（图8）

在保护区边界设置保护设施，该保护设施由抬缆浮筒和浮鼓组成，抬缆浮筒之间及抬缆浮筒与浮鼓之间通过锚链连接，并通过抬缆浮筒和浮鼓将取水头部和自流引水管包围，形成保护圈。浮鼓和抬缆浮筒颜色一般采用较为醒目的黄色，且在抬缆浮贴反光漆和在浮鼓安装航标灯，夜间可提醒过往船舶与保护设施保持一定的安全距离航行。（图9）

此外，在保护桩上还设置语音提醒、警示、警告广播和视频监控探头。若发现船只靠近保护区，可及时广播提醒、警示和警告，当发生意外事故时，视频监控可回放事故过程，为事故追责和处理提供法律依据。

图7 取水头进水窗口竖向布置

图8 取水头部及引水管安全防护设施布置

图9 取水头部及引水管安全防护设施

结语

（1）该水厂于2016年9月建成投入运行至今，总体运行正常、安全，原水水质及出厂水水质各项指标优良。该工程能够正常安全运行，取水工程安全保障技术措施的合理设计起到了关键性作用。

（2）在工程设计中，通常非常重视取水头部位置、进水孔口竖向高程，但往往忽略取水头部和引水管在运营期的安全防护措施。该工程在这方面有所创新，将河湖航运和港口行业中的相关技术成功运用到市政取水工程设计中，方便运行管理。从2年多的运行情况看，效果较好，同时也为类似湖泊水源取水头部安全保护解决方案提供了新的思路。

（3）建议对于湖泊水源取水，取水头部位置选择和进水孔口高程设计宜遵循“水质优先，远近适宜，高低适中，保障有效，加强管理”的原则。