王樂(lè)然

（廣東省水利電力勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣東 廣州510635）

取水口作為取水工程的第一個(gè)取水設(shè)施，其選擇是否恰當(dāng)，直接影響取水的水質(zhì)和水量、取水的安全可靠、投資、施工、運(yùn)行管理以及河流的綜合利用［1］。取水口設(shè)計(jì)過(guò)程中往往容易忽略一些客觀條件的限制，給工程建設(shè)帶來(lái)不便，影響工程建設(shè)進(jìn)度，亦或是在工程投入運(yùn)行后影響運(yùn)行安全及供水保障，制約了引水工程社會(huì)效益及經(jīng)濟(jì)效益的發(fā)揮，因此對(duì)取水口進(jìn)行合理性的優(yōu)化設(shè)計(jì)是有必要的。

1 工程概況

南渡河引水工程位于湛江市境內(nèi)，是一宗跨縣級(jí)行政區(qū)的引調(diào)水工程，輸水線路總長(zhǎng)度61.1 km，以南渡河作為供水水源，為雷州市及徐聞縣提供農(nóng)業(yè)灌溉及城市用水而建的引水工程。工程供水對(duì)象為雷州市西南片7個(gè)鎮(zhèn)、徐聞縣中西片13個(gè)鎮(zhèn)及農(nóng)場(chǎng)農(nóng)業(yè)灌溉和城市用水，灌溉總面積約45.5萬(wàn)畝，年平均引水量1.60億m3，最大引水規(guī)模為12.1 m3/s［2］。

南渡河取水口是湛江市南渡河引水工程兩個(gè)取水口之一，位于湛江市南渡河出?？谒l上游約24 km處，獨(dú)立布置于河岸右側(cè)。取水口與泵站相隔約9.1 km，通過(guò)盾構(gòu)隧洞引水至泵站，泵站加壓將南渡河原水輸送至雷州市及徐聞縣各地，為社會(huì)發(fā)展提供可靠的水源保證。取水口平面布置見(jiàn)圖1。

圖1 取水口平面布置示意圖

2 地形地質(zhì)條件

本工程處于雷州半島，區(qū)域地貌類(lèi)型總體屬于濱海低山丘陵地貌，南部瀕臨南海，取水部位地形平緩，以農(nóng)田為主，平均高程2 m～4 m。該范圍處于第四系松散堆積層，主要為人工填土層、淤泥或淤質(zhì)粘土層、粘土，從上往下主要地層分布為：

①人工填土層，為土黃～褐黃色粉質(zhì)黏土和粉土，層厚1 m～2 m，平均標(biāo)慣17擊，承載力特征值fak=120 kPa～140 kPa；

②-1淤質(zhì)黏性土，局部見(jiàn)夾淤質(zhì)中細(xì)砂，層厚0.60 m～31.3 m，高壓縮性，平均標(biāo)慣3擊，承載力特征值fak=50 k Pa～60 kPa；

②-2淤質(zhì)細(xì)砂，局部夾淤質(zhì)黏土層，層厚0.70 m～9.60 m，平均標(biāo)貫9擊，承載力特征值fak=80 kPa～100 kPa。

3 南渡河取水口的總體布置

取水口采用岸塔式取水口型式，設(shè)計(jì)運(yùn)行水位1.0 m，最高運(yùn)行水位5.2 m，最低運(yùn)行水位0.1 m。取水口由引水渠及進(jìn)水閘兩部分組成。引水渠為梯形明渠，布置于堤外灘地，渠道長(zhǎng)度300 m，渠底寬6.2 m，頂部開(kāi)口寬度35.2 m，兩側(cè)邊坡坡比1∶2，放坡至現(xiàn)狀河灘地高程，渠底及兩側(cè)邊坡均采用砼護(hù)面。進(jìn)水閘孔口尺寸為：3.4 m×3.4 m（凈寬×凈高），平面尺寸為10.6 m×7.2 m（長(zhǎng)×寬），閘室內(nèi)順?biāo)鞣较蛟O(shè)置攔污柵、檢修閘門(mén)、工作閘門(mén)，閘室上部設(shè)置啟閉機(jī)室，閘前采用喇叭式進(jìn)水口與引水渠相接［2］。

圖2 引水渠橫剖面示意圖（單位：m）

取水口布置有以下優(yōu)缺點(diǎn)：

1）開(kāi)敞式明渠結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便；明渠過(guò)流斷面大，過(guò)流條件良好；渠底應(yīng)力小，無(wú)需進(jìn)行地基處理。但是渠底開(kāi)挖至淤質(zhì)粘土層，該土層壓縮性高、含水量大、承載力低，在外部干擾下自穩(wěn)性較差，開(kāi)挖過(guò)程中引水渠邊坡易產(chǎn)生沉降、滑移現(xiàn)象，渠道完工后也將成為影響結(jié)構(gòu)安全的隱患。

2）從圖2可見(jiàn)，明渠渠頂為河灘地（高程2.0 m～2.5 m），取水口最高運(yùn)行水位為5.2 m，當(dāng)取水口處于高運(yùn)行水位工況或在河道行洪期間，河道水位高于現(xiàn)狀引水渠頂高程，在長(zhǎng)期運(yùn)行過(guò)程中，河道水流中的漂浮物、泥沙會(huì)淤積、堵塞在引水渠內(nèi)，影響取水口的正常取水功能，且漂浮物推移至進(jìn)水閘攔污柵前也將影響進(jìn)水閘的運(yùn)行安全。為保證取水口的取水條件不受影響，工程運(yùn)行期間必須定期清理引水渠內(nèi)的淤積物，后續(xù)維護(hù)管理麻煩，運(yùn)行成本較大。

圖3 進(jìn)水閘橫剖面示意圖（單位：m）

3）由于歷史遺留問(wèn)題，現(xiàn)狀河灘地內(nèi)均為基本農(nóng)田。引水渠采用大放坡結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，為滿足上述布置，渠頂寬度35.2 m范圍內(nèi)均為永久征地范圍，涉及永久征地面積較大且占用大量基本農(nóng)田。

4 取水口布置的優(yōu)化：

4.1 引水渠布置的問(wèn)題

為保證取水條件不受影響，減少工程占地面積，引水渠采用暗涵結(jié)構(gòu)。經(jīng)計(jì)算，箱涵孔口尺寸采用4.5 m×3 m（寬×高）能滿足工程取水的過(guò)流要求?？紤]到工程區(qū)范圍淤泥層深厚，箱涵施工開(kāi)挖輔以鋼板樁作為臨時(shí)支護(hù)措施，在保證開(kāi)挖安全的同時(shí)減少放坡開(kāi)挖占地范圍，箱涵施工完畢后覆土還耕。

箱涵結(jié)構(gòu)10 m設(shè)置一道結(jié)構(gòu)分縫，根據(jù)南渡河取水口地質(zhì)資料，取水口范圍建基面為淤泥質(zhì)粘土層，地基承載力f=50 kPa～60 kPa。經(jīng)計(jì)算，引水渠完建時(shí)基底平均應(yīng)力值為66.6 kPa，需進(jìn)行地基處理。底板范圍采用格構(gòu)式攪拌樁（直徑0.6 m，間距0.45m）加固基底淤泥，攪拌樁有效長(zhǎng)度8 m，順?biāo)鞣较蚋駱?gòu)排樁2.1 m間隙內(nèi)換填厚1m塊石，提高地基承載力。引水渠優(yōu)化方案見(jiàn)圖4。

圖4 引水渠優(yōu)化方案示意圖（單位：m）

4.2 攔污柵布置的問(wèn)題

開(kāi)敞式引水明渠改成箱涵后雖然能避免永久征地并解決渠道內(nèi)容易淤積的問(wèn)題，但同時(shí)也帶來(lái)了新的問(wèn)題：河道垃圾將從箱涵進(jìn)水首端進(jìn)入涵內(nèi)，因此，攔污柵位置需調(diào)整至引水箱涵進(jìn)水側(cè)，阻攔涵洞外漂浮垃圾。攔污柵與進(jìn)水閘分離后，在引水箱涵進(jìn)口側(cè)首個(gè)分縫段設(shè)置攔污柵與檢修閘門(mén)，并將箱涵寬度由4.5m漸變擴(kuò)寬至6m，以解決柵片阻流的影響。

為平順?biāo)骷斑B接現(xiàn)狀河床岸坡，攔污柵前布置八字翼墻結(jié)構(gòu)，由河道向攔污柵側(cè)收縮，即由寬度14.0m縮窄自6.0m，同時(shí)在底板上游側(cè)設(shè)置攔砂坎，攔砂坎頂高0.8m，可減少河道泥沙順?biāo)鬟M(jìn)入引水箱涵?？紤]到下臥淤泥質(zhì)粘土層最大厚度達(dá)20.0m，地質(zhì)情況較差，擬采用與箱涵同樣的地基處理措施，提高地基承載力。攔污柵結(jié)構(gòu)布置優(yōu)化后攔污柵與進(jìn)水閘功能分離，避免了與引水暗涵銜接時(shí)相互干擾的問(wèn)題，其檢修、維護(hù)及垃圾清理均由汽車(chē)吊實(shí)現(xiàn)。攔污柵優(yōu)化布置方案見(jiàn)圖5。

圖5 攔污柵優(yōu)化方案示意圖（單位：m）

4.3 進(jìn)水閘的優(yōu)化

結(jié)合上述攔污柵結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整，進(jìn)水閘閘孔直接與箱涵銜接，取消了原有閘前連接擋墻?？紤]到取水口后引水隧洞出口已設(shè)置閘門(mén)設(shè)施，取水口進(jìn)水閘原有工作閘門(mén)功能重復(fù)，可取消進(jìn)水閘工作閘門(mén)，僅保留一道檢修閘門(mén)以備輸水豎井及引水隧洞檢修使用。優(yōu)化后的進(jìn)水閘孔口尺寸與箱涵同尺寸相同，為4.5 m×3 m（寬×高），閘室長(zhǎng)度縮短2.6 m。由于進(jìn)水連接擋墻的取消，進(jìn)水閘工程量大幅減少，節(jié)省了工程投資。進(jìn)水閘優(yōu)化布置方案見(jiàn)圖6。

圖6 進(jìn)水閘優(yōu)化方案示意圖（單位：m）

4.4 優(yōu)化后取水口的結(jié)構(gòu)布置

南渡河取水口進(jìn)行上述優(yōu)化調(diào)整后，其結(jié)構(gòu)布置沿水流方向調(diào)整為翼墻、攔污柵、引水箱涵、進(jìn)水閘（見(jiàn)圖7）。

優(yōu)化后的取水口在布置上有以下特點(diǎn)：

（1）引水渠范圍為封閉引水，攔污柵設(shè)置于箱涵進(jìn)水前端，將河道漂浮物阻攔在引水渠外，且進(jìn)水前端翼墻段底板設(shè)置攔砂坎，更能有效防止河道推移質(zhì)順?biāo)饔俜e于引水箱涵及輸水豎井內(nèi)，優(yōu)化后的方案能有效解決引水渠因淤積問(wèn)題而產(chǎn)生的運(yùn)行安全及維護(hù)管理等問(wèn)題。

圖7 取水口優(yōu)化方案平面布置示意圖（單位：m）

（2）引水箱涵采用鋼板樁支護(hù)開(kāi)挖，可大幅度減少了臨時(shí)征地范圍，除了在必要的運(yùn)行檢修通道區(qū)域需永久占地外，與基本農(nóng)田交叉的其他范圍均可在完工后覆土還耕，節(jié)省了取水口的征地投資費(fèi)用。

（3）攔污柵前翼墻的布置能有效穩(wěn)固河道的岸坡，防止因水流的沖刷、淘蝕對(duì)取水前端結(jié)構(gòu)的破壞，為取水口的安全運(yùn)行提供了保障。

（4）引水箱涵方案結(jié)構(gòu)布置較原方案復(fù)雜，對(duì)施工質(zhì)量要求更高，且增加了箱涵及其基礎(chǔ)處理、翼墻灌注樁等工程量，優(yōu)化后的取水口方案工程直接投資增加1233萬(wàn)元（原設(shè)計(jì)方案取水口直接投資為764萬(wàn)元，引水工程總投資29.2億元）。優(yōu)化后的取水口雖然工程直接投資增加較大，但從后期運(yùn)行維護(hù)、工程布置合理性、取水口的重要性及安全性等各方面綜合考慮，引水箱涵的優(yōu)化方案是可行的［3］。

5 結(jié)語(yǔ)

引水工程中取水口的布置需考慮諸多因素，但具有一定的共同性。通過(guò)對(duì)開(kāi)敞式明渠取水口的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化，不但保證了取水口取水功能不受影響，又解決了引水渠道運(yùn)行期間容易淤積，工程布置永久占地范圍大等問(wèn)題，值得類(lèi)似工程參考。