引水暗渠与引水方涵比较专题报告

阎俊超

【摘要】通过深圳LNG项目对引水暗渠与引水方涵两个方案进行经济和运行安全性比较，最终采用双孔引水方涵的取水方案。

【关键词】LNG;海水取水;经济;比较

一、概述

本工程取海水量最终规模为55200m³/h。在可行性研究阶段已经确定本工程取海水的取水前端为输水隧洞方式引水至海水泵房，根据本海域水文条件和取水泵的特性要求确定了输水隧洞首端洞底高程为-5.54m，而实际地形洞口处海底高程为0.5m。自隧洞口至-6.0m水深海域尚有180m的距离，即还有180m的海滩相隔，在此段距离范围内的海底土壤为含淤泥质的粉细砂层，深度在-10m～-12m之间。如何将-6.0m深处的海水引至输水隧洞是本课题要讨论的主要问题。

二、自然条件

（一）含沙量

大鹏湾海域的含沙量低，均在0.02kg/m³以下，含沙量垂向分布比较均匀，悬沙颗粒主要为沙质粉砂，表层沉积物砂含量较高，粉砂含量次之，粘土最少，沉积物类型为粉砂质砂。

（二）泥沙回淤

该海域没有大河流注入，泥沙来源较少。海域属弱潮海区，潮流动力较弱，波浪强度不大。工程区陆域泥沙来源少，水体含沙量很小，海床多年稳定。码头前沿港池及回旋水域因局部挖深的影响，平均流速减小1.0～15cm/s。

（三）引水构筑物型式的选择

以上两方面情况都有利于采取暗渠式引水方式。但如果开挖暗渠，会影响原有水域的水动力平衡状态。需要对于不同的引水构筑物的稳定性，泥沙淤积的影响，波浪的影响及建筑工程投资等方面综合比因此委托了大连理工大学进行物理模型试验研究。了解按工程需要开挖水下暗渠取水运行时在不同水位，不同波浪作用下渠道及周围的底流速，以及在采取工程措施（设置挡沙堤）后的底流速变化。

试验报告归纳如下结论：

（1）在取水纯流时渠底流速不会达到泥沙启动流速，不会发生泥沙冲淤问题。在不利的SSW向波浪作用下取水时从引水暗渠到渠道外岸滩上的底流速，均超过泥砂在波浪作用下的起动流速。（2）设置挡沙堤后，部分海床波浪水质点的底部流速虽略有降低，但总体上底流速仍然明显超过泥沙在波浪作用下的启动流速。（3）挡沙堤内的海床应进行护底。（4）波浪作用下的淤积，水，下明渠在波浪作用下引起的淤积根据模型研究结果，对于水下暗渠引水方案可以做出否定的结论，即在本海域水位及海床地形地质条件下采用水下暗渠引水是不适宜。水下暗渠的护底及护坡以及挡沙堤采用抛石结构，这种结构施工方法只能是用船在水面上向下抛投，可以想象很难控制施工质量，很难保证尺寸形状。对水下暗渠及挡沙堤的形成难以保证。（5）泥沙淤积。常年波浪作用下渠道内的年淤积厚度局部地段还是比较大的，如海床-10m处即靠近输水隧洞洞口端淤积量达到每年0.3m，3年左右即淤积厚度可达1m，即淤积厚度占到渠道深度的20%左右，即需要清淤，3年清淤一次，实为取水运行难以接受。取水口在SSW波向（即取水口的正前方向）作用下的骤淤厚度，在出现频率较高的2年一遇，风暴历时较短的2小时。即出现风暴潮较高的频率情况下，一次淤积厚度可达到1.59m。这样的淤积速度尽管2年出现一次也是渠道引水所不允许的。

本工程不适于水下暗渠取水。

三、方涵引水

引水方涵引水方式不受波浪引起的海底推移质运动形成的泥沙淤积的影响，只是工程费用较高。是比较可靠的离岸式引海水方式。但应选择合适的引水方涵及进水结构的构造型式。针对本工程的取水量，海域水文，地质等具体条件，提出如下两个方案进行比较。

（一）方案一，双孔方涵方案

方形双孔引水方涵，断面尺寸为2x2.5mx2.5m，过水断面面积为125m²，沟长为187m，进水头部即为沟的人口，为减少进口流速设置4个进水口，方涵的终端直接进入隧洞前端的闸门井，海水的进口流速在最大取水量为55200m²/s时，进口流速为0.613m/s，方涵内流速为1.226m/s。方涵内沿程阻力为i=0.597%0.总阻力为0.107m。

（二）方案二，取水戽头单孔方涵方案

方形单孔引水方涵，断面尺寸为3.5mx3.5m，沟长度为180.5m。为了减少海水进口流速采用方形进水戽头。戽头尺寸为8mx8m，取水戽头为淹没式，戽头三面设6个进水窗。海水进口流速为0.51m/s，取水方涵内流速为1.25m/s，沟内阻力i=0.392%0.沟内总阻力为0.0706m。

（三）两个方案比较

（1）工程量和价格的比较，详见下表1。

（2）两个方案的比较

两个方案的共同特点是，都能满足输水量的要求，海水进水口的流速都在0.62m/s以下。不会引起海底推移质的活动，方案一取水头部比较简单易于施工，但沟的钢筋混凝土量大，闸门井体积也较大，工程量大，投资多。方案二，戽头取水因进水窗口较高，對防止泥沙进入沟道更为有利，虽然两个方案过水断面面积相同，但单孔方涵比双孔方涵施工安装更容易投资小，因此采用方案二，即取海水戽头单孔。