萧山江东大型水厂取水口位置选择

田一鸣,赵渭军,曹 颖

(1.杭州萧山水务集团有限公司,浙江 萧山 311202;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

为解决萧山江东新城区域不断增长的用水需要,满足淡水水量和水质的要求,拟在闻家堰三江口以上河段选择江东水厂取水口,江东水厂的建设规模为远期100万m3/d,一期建设30万m3/d。本文在分析取水工程河段水文泥沙特性的基础上,根据滩槽冲淤情况选取合适的断面位置,分析成果可为编制江东水厂工程可行性研究报告及工程初步设计提供必要的技术参数。

1 工程河段河势变化

江道深泓线是水流动力轴线运行的轨迹,而后者是造成岸滩冲淤变化的主要动力因素,因此有必要分析河段深泓线的变化。

三江口以上的分汊河段历史上为3股槽的复式河道,江心有长安沙和小沙2个江心洲。自20世纪50年代以来,该河段受上游建库、河口治江围涂以及封堵支汊、河道采沙等人类活动的影响,河床变化较大。20世纪60年代以前,上游尚未建库,洪水径流未得到调节,洪峰流量较大,北汊道为主汊。70年代初,东洲铜钱沙楔型沙尾被围垦巩固后,大部分径流沿着长安沙南汊下泄,加之1975年前后小沙北支曾抛筑821 m长的堵江潜坝,直至1985年前后才被拆除。堵江大坝存续期间,上游径流集中从南支汊道下泄,使南支汊道逐渐发育,北支汊道随之萎缩。80年代初,在长安沙和小沙的南北两端抛筑锁坝使之连接为一体,造成北汊弯曲系数变大,水流阻力加大,分水分沙量大大减小,从而更进一步确立了南主北支的地位。此外,80年代在小沙南侧的五丰村向外进行了围垦,使主槽线进一步南逼,但由于该河段上端受雁鹅山山体节点控制,沿岸为不易冲刷的基岩,因而南侧主汊道几十年来较为稳定,支汊因而亦趋向稳定,整个江心洲维持冲淤平衡的状态。据调查分析[1],80年代以来工程河段造成河床冲深的主要原因是围垦和大规模的采砂等人为因素,自然冲刷是次要的。

长安沙分汊河段主汊为南汊,位于雁鹅山至元宝沙之间的南汊河段较为顺直,北汊则为微弯河道。随着年际间径流量的丰枯变化,南汊深泓线发生平面摆动。遇偏丰水文年时,主流走直,沿雁鹅山山体一线径直往下游下泄;遇中偏枯水文年时,主流发生弯曲,偏离里山和雁鹅山岸线,从长安沙头部拐向南岸石门沙一带,再偏离传雅沙向闻家堰流去。总之,无论何种河势,石门沙区段始终是主流临岸段 (见图1)[2]。

图1 取水工程河段深泓线变化图

2 取水断面位置的选择

根据前文分析,结合水深、水质、对航运影响、取水管长度及与水厂间的距离等因素,对取水口位置进行选择。根据有关方面的要求,初步拟定了3个取水方案。

方案1位于萧山、富阳两地交界,更接近石门沙狭窄河段,水质优,水深条件较好,河床较为稳定;

方案2考虑与萧山南片水厂取水口合并,与水厂距离较近,便于管理;

方案3位于闻家堰,河床稳定,水深条件最优,此处无需穿越浦阳江,水下管线长度亦最短,但受潮汐影响较大,水质相对较差,同时存在与闻家堰海塘险段的交叉问题(见图2),因此不予考虑。

图2 各取水口方案布置示意图

考虑到方案1位置陆域土地征用、房屋拆迁量大,且陆上管线亦较长,因此取水口只能在方案2河段选取,即在南片水厂取水口至下游100 m范围内进一步选取。方案2的有利条件是:可与萧山南片水厂取水口合并,与水厂距离较近,便于管理。考虑到取水头部之间施工时的安全间距约为40 m;另一方面,南片水厂下游约500m处有1个规模较大的砂石料码头,根据《给排水设计手册》(第三册)的规定[3],取水口不宜设在码头附近,若必需设置,则至少距离码头100 m以上,其次按照有关规范规定,在500 m范围内取水构筑物不允许有污染水源或排污的构筑物。因此江东水厂取水头部只能在南片水厂头部下游40～100m的范围内选取。现选取3个取水断面 (见图3)作进一步比选。A-A断面、B-B断面和C-C断面与南片取水管的距离分别为50,70,90 m。

图3 各取水断面布置图

从平面河势来看,上游比下游主槽摆动幅度小,深槽离岸也较近;相应地,越往上河床越稳定,冲淤幅度越小,越往下河床冲淤幅度越大,所以A-A断面床面稳定性和水深条件优于B-B断面和C-C断面。

由表1可见,3个断面相比,上游侧的A-A断面现状水深条件最好。

表1 各断面离岸距为150 m和180 m处的床面高程表 m

另一方面,由于拟选河段下游有个砂石料码头,A-A断面位于上端,受砂石料污染的影响较小,A-A断面稍优;另一方面,根据数学模型计算得到的流速流态成果来看,这3个断面布设取水口对南片水厂取水口取水均没有影响,3个断面取水口形成的漏斗半径均在20 m以内,跌水小于0.03 m,不会影响南片水厂取水口的正常运行,因此最后选择A-A断面作为拟选取水断面。

3 取水口高程和离岸距的综合确定

3.1 取水口高程

根据规范要求,取水口的取水保证率一般为90%～99%,因本水厂是大型水厂,取水口暂按99%保证率计算。根据统计计算,推荐断面取水口的99%取水保证率的低水位为1.22 m。为了使取水口不吸入汽化水,保证原水质量,取水口的淹没水深至少为0.5 m,喇叭口下缘离床面至少为1.0 m,现取水喇叭筒的高度为3.3 m,为使低水位时取水喇叭顶部不外露,影响景观,则江东水厂头部喇叭口下缘的高程应在-2.1 m以下,对应的床面最高高程应在-3.1 m以下。为此,建议取水喇叭口下缘高程设在-3.1 m处。

图4 A-A断面近年来河床形态图

3.2 取水口离岸距的确定

从A-A断面图4来看,离岸90～140m段为陡坡,140～180 m段为水平的岸边深槽段,180～330 m为主槽深槽段,陡坡段不适宜布置取水头部。推荐断面位置有一定的冲淤变幅,160～180 m处的平均高程为-3.4～-4.5 m,最低高程则从-5.9m降至-7.3 m,最大变幅为4.9～5.5 m。从最近20 a的地形来看,1990年离岸160 m处的河床高程为-2.6 m,1999年为-2.5 m;1990年离岸170 m处的河床高程为-3.2m,1999年的河床高程均为-3.3 m。因此为了满足取水口取水水量、水质及景观等多方面的要求,取水头部宜布置在离岸170 m至180 m的适当位置。结合取水口滩槽稳定性分析,推荐取水口断面近20 a来距南岸160～180 m以外床面较为稳定,160,170,180 m处的河床最高高程分别为-2.5,-3.2,-3.9 m(见图5),基本符合取水要求。同时由于20世纪90年代后主槽靠岸,相应的主航道也偏向南岸,为尽量减小对航运的影响,建议取水头部设置在距南岸170～180 m处。

图5 A-A断面不同位置河床高程历年变化图

4 结 语

(1)闻家堰三江口以上为复式河道,历史上曾发生主支汊易位,滩槽变化较大,上游建库和河段围垦以后,江心洲也得以维持冲淤平衡的状态。无论何种河势,南汊石门沙区段始终是主流临岸段。因此,推荐南片水厂下游40 m的A-A断面作为拟选断面。

(2)由于工程河段河床年内洪冲潮淤,年际丰冲枯淤,低水位的变化与径流变化较为一致,径流量大,低水位低,径流量小则低水位较高,低水位的年内变化滞后于径流的变化。推荐取水口位置99%保证率的低水位为1.22 m。

(3)根据工程河段低水位及取水头部对河床高程的要求,建议取水头部下缘高程设在-3.1 m,取水头部设置在距南岸堤外170～180 m位置。

[1]陈文江.采砂对江道的影响及其对策分析 [J].浙江水利科技,2009(3):14-15.

[2]赵渭军,史英标,王文杰.杭州市抗咸二期工程取水口位置选择 [R].杭州:浙江省水利水电河口海岸研究设计院,2001.

[3]给排水设计手册编委会.给排水设计手册 [M].北京:北方工业出版社,2007.