田一鳴,趙渭軍,曹 穎

(1.杭州蕭山水務(wù)集團(tuán)有限公司,浙江 蕭山 311202;2.浙江省水利河口研究院,浙江 杭州 310020)

為解決蕭山江東新城區(qū)域不斷增長(zhǎng)的用水需要,滿足淡水水量和水質(zhì)的要求,擬在聞家堰三江口以上河段選擇江東水廠取水口,江東水廠的建設(shè)規(guī)模為遠(yuǎn)期100萬m3/d,一期建設(shè)30萬m3/d。本文在分析取水工程河段水文泥沙特性的基礎(chǔ)上,根據(jù)灘槽沖淤情況選取合適的斷面位置,分析成果可為編制江東水廠工程可行性研究報(bào)告及工程初步設(shè)計(jì)提供必要的技術(shù)參數(shù)。

1 工程河段河勢(shì)變化

江道深泓線是水流動(dòng)力軸線運(yùn)行的軌跡,而后者是造成岸灘沖淤變化的主要?jiǎng)恿σ蛩?因此有必要分析河段深泓線的變化。

三江口以上的分汊河段歷史上為3股槽的復(fù)式河道,江心有長(zhǎng)安沙和小沙2個(gè)江心洲。自20世紀(jì)50年代以來,該河段受上游建庫、河口治江圍涂以及封堵支汊、河道采沙等人類活動(dòng)的影響,河床變化較大。20世紀(jì)60年代以前,上游尚未建庫,洪水徑流未得到調(diào)節(jié),洪峰流量較大,北汊道為主汊。70年代初,東洲銅錢沙楔型沙尾被圍墾鞏固后,大部分徑流沿著長(zhǎng)安沙南汊下泄,加之1975年前后小沙北支曾拋筑821 m長(zhǎng)的堵江潛壩,直至1985年前后才被拆除。堵江大壩存續(xù)期間,上游徑流集中從南支汊道下泄,使南支汊道逐漸發(fā)育,北支汊道隨之萎縮。80年代初,在長(zhǎng)安沙和小沙的南北兩端拋筑鎖壩使之連接為一體,造成北汊彎曲系數(shù)變大,水流阻力加大,分水分沙量大大減小,從而更進(jìn)一步確立了南主北支的地位。此外,80年代在小沙南側(cè)的五豐村向外進(jìn)行了圍墾,使主槽線進(jìn)一步南逼,但由于該河段上端受雁鵝山山體節(jié)點(diǎn)控制,沿岸為不易沖刷的基巖,因而南側(cè)主汊道幾十年來較為穩(wěn)定,支汊因而亦趨向穩(wěn)定,整個(gè)江心洲維持沖淤平衡的狀態(tài)。據(jù)調(diào)查分析[1],80年代以來工程河段造成河床沖深的主要原因是圍墾和大規(guī)模的采砂等人為因素,自然沖刷是次要的。

長(zhǎng)安沙分汊河段主汊為南汊,位于雁鵝山至元寶沙之間的南汊河段較為順直,北汊則為微彎河道。隨著年際間徑流量的豐枯變化,南汊深泓線發(fā)生平面擺動(dòng)。遇偏豐水文年時(shí),主流走直,沿雁鵝山山體一線徑直往下游下泄;遇中偏枯水文年時(shí),主流發(fā)生彎曲,偏離里山和雁鵝山岸線,從長(zhǎng)安沙頭部拐向南岸石門沙一帶,再偏離傳雅沙向聞家堰流去。總之,無論何種河勢(shì),石門沙區(qū)段始終是主流臨岸段 (見圖1)[2]。

圖1 取水工程河段深泓線變化圖

2 取水?dāng)嗝嫖恢玫倪x擇

根據(jù)前文分析,結(jié)合水深、水質(zhì)、對(duì)航運(yùn)影響、取水管長(zhǎng)度及與水廠間的距離等因素,對(duì)取水口位置進(jìn)行選擇。根據(jù)有關(guān)方面的要求,初步擬定了3個(gè)取水方案。

方案1位于蕭山、富陽兩地交界,更接近石門沙狹窄河段,水質(zhì)優(yōu),水深條件較好,河床較為穩(wěn)定;

方案2考慮與蕭山南片水廠取水口合并,與水廠距離較近,便于管理;

方案3位于聞家堰,河床穩(wěn)定,水深條件最優(yōu),此處無需穿越浦陽江,水下管線長(zhǎng)度亦最短,但受潮汐影響較大,水質(zhì)相對(duì)較差,同時(shí)存在與聞家堰海塘險(xiǎn)段的交叉問題(見圖2),因此不予考慮。

圖2 各取水口方案布置示意圖

考慮到方案1位置陸域土地征用、房屋拆遷量大,且陸上管線亦較長(zhǎng),因此取水口只能在方案2河段選取,即在南片水廠取水口至下游100 m范圍內(nèi)進(jìn)一步選取。方案2的有利條件是:可與蕭山南片水廠取水口合并,與水廠距離較近,便于管理。考慮到取水頭部之間施工時(shí)的安全間距約為40 m;另一方面,南片水廠下游約500m處有1個(gè)規(guī)模較大的砂石料碼頭,根據(jù)《給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)》(第三冊(cè))的規(guī)定[3],取水口不宜設(shè)在碼頭附近,若必需設(shè)置,則至少距離碼頭100 m以上,其次按照有關(guān)規(guī)范規(guī)定,在500 m范圍內(nèi)取水構(gòu)筑物不允許有污染水源或排污的構(gòu)筑物。因此江東水廠取水頭部只能在南片水廠頭部下游40～100m的范圍內(nèi)選取?，F(xiàn)選取3個(gè)取水?dāng)嗝?(見圖3)作進(jìn)一步比選。A-A斷面、B-B斷面和C-C斷面與南片取水管的距離分別為50,70,90 m。

圖3 各取水?dāng)嗝娌贾脠D

從平面河勢(shì)來看,上游比下游主槽擺動(dòng)幅度小,深槽離岸也較近;相應(yīng)地,越往上河床越穩(wěn)定,沖淤幅度越小,越往下河床沖淤幅度越大,所以A-A斷面床面穩(wěn)定性和水深條件優(yōu)于B-B斷面和C-C斷面。

由表1可見,3個(gè)斷面相比,上游側(cè)的A-A斷面現(xiàn)狀水深條件最好。

表1 各斷面離岸距為150 m和180 m處的床面高程表 m

另一方面,由于擬選河段下游有個(gè)砂石料碼頭,A-A斷面位于上端,受砂石料污染的影響較小,A-A斷面稍優(yōu);另一方面,根據(jù)數(shù)學(xué)模型計(jì)算得到的流速流態(tài)成果來看,這3個(gè)斷面布設(shè)取水口對(duì)南片水廠取水口取水均沒有影響,3個(gè)斷面取水口形成的漏斗半徑均在20 m以內(nèi),跌水小于0.03 m,不會(huì)影響南片水廠取水口的正常運(yùn)行,因此最后選擇A-A斷面作為擬選取水?dāng)嗝妗?/p>

3 取水口高程和離岸距的綜合確定

3.1 取水口高程

根據(jù)規(guī)范要求,取水口的取水保證率一般為90%～99%,因本水廠是大型水廠,取水口暫按99%保證率計(jì)算。根據(jù)統(tǒng)計(jì)計(jì)算,推薦斷面取水口的99%取水保證率的低水位為1.22 m。為了使取水口不吸入汽化水,保證原水質(zhì)量,取水口的淹沒水深至少為0.5 m,喇叭口下緣離床面至少為1.0 m,現(xiàn)取水喇叭筒的高度為3.3 m,為使低水位時(shí)取水喇叭頂部不外露,影響景觀,則江東水廠頭部喇叭口下緣的高程應(yīng)在-2.1 m以下,對(duì)應(yīng)的床面最高高程應(yīng)在-3.1 m以下。為此,建議取水喇叭口下緣高程設(shè)在-3.1 m處。

圖4 A-A斷面近年來河床形態(tài)圖

3.2 取水口離岸距的確定

從A-A斷面圖4來看,離岸90～140m段為陡坡,140～180 m段為水平的岸邊深槽段,180～330 m為主槽深槽段,陡坡段不適宜布置取水頭部。推薦斷面位置有一定的沖淤變幅,160～180 m處的平均高程為-3.4～-4.5 m,最低高程則從-5.9m降至-7.3 m,最大變幅為4.9～5.5 m。從最近20 a的地形來看,1990年離岸160 m處的河床高程為-2.6 m,1999年為-2.5 m;1990年離岸170 m處的河床高程為-3.2m,1999年的河床高程均為-3.3 m。因此為了滿足取水口取水水量、水質(zhì)及景觀等多方面的要求,取水頭部宜布置在離岸170 m至180 m的適當(dāng)位置。結(jié)合取水口灘槽穩(wěn)定性分析,推薦取水口斷面近20 a來距南岸160～180 m以外床面較為穩(wěn)定,160,170,180 m處的河床最高高程分別為-2.5,-3.2,-3.9 m(見圖5),基本符合取水要求。同時(shí)由于20世紀(jì)90年代后主槽靠岸,相應(yīng)的主航道也偏向南岸,為盡量減小對(duì)航運(yùn)的影響,建議取水頭部設(shè)置在距南岸170～180 m處。

圖5 A-A斷面不同位置河床高程歷年變化圖

4 結(jié) 語

(1)聞家堰三江口以上為復(fù)式河道,歷史上曾發(fā)生主支汊易位,灘槽變化較大,上游建庫和河段圍墾以后,江心洲也得以維持沖淤平衡的狀態(tài)。無論何種河勢(shì),南汊石門沙區(qū)段始終是主流臨岸段。因此,推薦南片水廠下游40 m的A-A斷面作為擬選斷面。

(2)由于工程河段河床年內(nèi)洪沖潮淤,年際豐沖枯淤,低水位的變化與徑流變化較為一致,徑流量大,低水位低,徑流量小則低水位較高,低水位的年內(nèi)變化滯后于徑流的變化。推薦取水口位置99%保證率的低水位為1.22 m。

(3)根據(jù)工程河段低水位及取水頭部對(duì)河床高程的要求,建議取水頭部下緣高程設(shè)在-3.1 m,取水頭部設(shè)置在距南岸堤外170～180 m位置。

[1]陳文江.采砂對(duì)江道的影響及其對(duì)策分析 [J].浙江水利科技,2009(3):14-15.

[2]趙渭軍,史英標(biāo),王文杰.杭州市抗咸二期工程取水口位置選擇 [R].杭州:浙江省水利水電河口海岸研究設(shè)計(jì)院,2001.

[3]給排水設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).給排水設(shè)計(jì)手冊(cè) [M].北京:北方工業(yè)出版社,2007.