渔业养殖园海水取水工程设计方案比选

摘 要：海水取水工程的建设包括取水头、取水管道、取水泵站等部分，该文首先对海水取水工艺系统进行介绍，分析各部分的设计要点。然后以某渔业养殖园海水取水工程为例，通过对集中式和分散式取水头部进行设计，对其优缺点进行对比，根据项目的具体情况和实施条件，推荐采用分散式取水头；通过对多种材质的取水管材进行比选，推荐采用HDPE取水管，最后进行水泵选型，为海水渔业养殖取水工程设计提供参考。

关键词：渔业养殖；取水工程；取水头；取水管道；海水取水泵

中图分类号：TU991.1 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2024）29-0166-04

Abstract： The construction of seawater water intake project includes water intake head， water intake pipeline， water intake pumping station and so on. This paper first introduces the seawater water intake process system and analyzes the design points of each part. Then， taking the seawater intake project of a fishery culture park as an example， through the design of centralized and decentralized intake heads， their advantages and disadvantages are compared. according to the specific conditions and implementation conditions of the project， the decentralized intake head is recommended; through the comparison and selection of water intake pipes of various materials， HDPE intake pipes are recommended， and finally pump selection is carried out to provide reference for the design of mariculture intake engineering.

Keywords： fishery aquaculture; water intake project; water intake head; water intake pipeline; seawater pump

我国是世界海水养殖产量第一大国，2021年总产量高达2 211.14万t，占全国海水产品总量的65.3%。这意味着海水养殖已成为我国海洋渔业的主导力量。这样的成就，一方面得益于我国广阔的海域和丰富的海洋资源，另一方面也离不开我国海水养殖技术的不断进步和养殖模式的持续创新。然而，随着我国海水养殖业的迅猛发展，超容量、高密度养殖导致近海养殖空间枯竭、产品结构失衡以及近岸海域环境恶化等问题，严重制约海水养殖业的发展[1]。为保障海水养殖业的可持续发展，我国沿海地区建立了多座海水养殖园，未来随着海水养殖产品的需求量增长，海水养殖园的建设数量和规模会进一步增长。

海水养殖项目需要大量的海水来支持养殖活动，因此，取水工程的建设和运营对于确保养殖园的正常运转至关重要。同时，优质的水源也是保障养殖生物健康生长的重要因素。取水工程的建设包括取水头、取水管道、取水泵站等部分[2]。取水头应设计合理，便于海水的引入；取水管道应耐用环保，不污染水质，方便安装，铺设平稳，确保海水能够顺畅地输送到养殖园；泵站应安装高效、稳定的水泵，以满足养殖园的用水需求，确保养殖用水的安全性。因此，海水取水工程的设计至关重要。如设计不合理，可能造成海水取水量不够、取水设施淤积，进而影响取水量，最终影响整个海水养殖园的正常稳定运行[3]。

1 工程概况

某渔业养殖园项目海水取水工程，园区远期需水量为40万m3/d。取水分两期：一期、二期设计取水规模均为20万m3/d。为避免重复投资，按两期规模一次性建成，预留二期设备所需设备位置，工艺设备按一期设计规模进行配置。取水工程包括取水泵站、取水管、取水头。其中，取水采用自流管取水方式，单根管线长约2.0 km。

2 地质条件

2.1 工程地质

取水工程区域地层从上至下可划分为①素填土、②1细砂、②2珊瑚碎屑、②3含淤泥珊瑚碎屑、③淤泥质粉质黏土、③1粉砂、④粉质黏土、⑤强风化砂岩、⑥中风化砂岩。

2.2 地震效应

本工程区域地震设防烈度为7度，设计基本地震加速度值为0.15 g。

3 取水方案

渔业养殖海水主要取自临近海域，自流管取水至集水井（进水阀门井、格栅、进水前池），再通过水泵提升取水。

典型海水取水系统工艺流程如图1所示。

3.1 取水头部

取水头部，作为海水取水设施的起点，其设计的合理性对于整个取水系统的顺畅运行至关重要。根据取水工艺方案，取水头可采用集中式取水头和分散式取水头[4]。

3.1.1 集中式取水头

集中式取水头需要采用钢筋混凝土永久结构作为取水头部，通常为预制沉箱结构。沉箱长15.55 m，宽11.05 m，高5.9 m。纵向设有4个舱格，横向设有2个舱格，前排为压载舱，后排为取水舱，舱格尺寸均为3.5 m（纵向）×5.0 m（横向）。沉箱舱格除前后壁及中间隔墙，均开长2.5 m，高3 m的进水孔，侧壁进水孔安装不锈钢栅网，网格孔径为20 mm×20 mm。集中式取水头平面图如图2所示。

3.1.2 分散式取水头

分散式取水头采用多点淹没式侧边进水取水头部，在取水头部设置多点淹没式侧边进水口，单个管道上共布置3个圆形进水口，每个进水口直径1.6 m，通过直径1 m的管道与下方取水母管相连。

取水头部2根管道共设6个进水口，单个进水口长度为360°弧长，高度1 m。进水口设拦污栅，用于拦截水中漂浮物，栅条间距为120 mm，直径10 mm。分散式取水头断面图如图3所示。

3.1.3 取水头比选

集中式取水头和分散式取水头具体优缺点对比见表1。

集中式取水头沉箱结构重量较大，需要设置出运场地，并配备大型拖运、起重安装设备，施工难度大，工程造价高。分散式取水头结构简单，重量较轻，施工安装方便。本工程周边无大型拖运船舶，船舶调遣周期长、费用高，综合考虑，推荐采用分散式取水头。

3.2 取水管线

3.2.1 取水管材

常用的给水管材有钢管、钢筋混凝土管、高密度聚乙烯管（HDPE）、玻璃钢夹砂管等[4]。

1）钢管。在大直径埋地管道的应用中，钢管是使用最为广泛的管材。作为输水管道的常用选择，钢管通常要求为成品管，由于钢管管材强度高，能够承受较高的内外压力，同时，钢管采用焊接的方式进行连接，其管身的可焊性也使得制造各种型式的管件变得方便快捷，特别适用于地形复杂和障碍物较多的地段。然而，钢管的一大缺点是易于腐蚀，尤其是在海水环境中腐蚀更为严重，需要对钢管进行防腐处理[5]。

2）钢筋混凝土管。钢筋混凝土管分为普通钢筋混凝土管、自应力钢筋混凝土管和预应力钢筋混凝土管。按管子承受水压能力的不同，可分为低压管和压力管，压力管的工作压力一般有0.4、0.6、0.8、1.0、1.2 MPa等。钢筋混凝土管强度高，刚性强，能够承受较高的压力和振动载荷，适用于多种环境和使用条件。其次，可以根据需要制作成不同形状的异型构件，为施工安装提供了极大的便利，造价相对较低。此外，钢筋混凝土管还具备良好的抗渗性、耐腐蚀性和耐久性。然而，钢筋混凝土管也存在一些不足，比如其重量较大，给运输和安装带来一定的困难，且安装要求较高，需要专业技术和设备支持，管道配件相对较少，给后期运营维修增加了难度。

3）高密度聚乙烯管（HDPE）。高密度聚乙烯管（HDPE）具有多个不同的等级，可分为PE63级、PE80级、PE100级及PE112级等，它们的主要区别在于原料树脂对应的长期静液压强度不同，数值越高对应的管材强度越高。不同等级的高密度聚乙烯管材在密度、拉伸性能、抗冲击性能和承压能力等方面都有所区别，目前，给水中主要应用的是PE80级和PE100级管材。

聚乙烯管分为低密度聚乙烯管、中密度聚乙烯管和高密度聚乙烯管，其中高密度聚乙烯管相比于另2种聚乙烯管，其管材的性能更加优越，而且使用范围也更广，因此常作为聚乙烯管的代表。

高密度聚乙烯管是一种广泛应用的管材，具有诸多优良性能，如管材环保、无味无毒、耐腐蚀性好、不结垢、不滋生细菌；而且HDPE管道重量相对较轻，搬运和运输不需要大型起重运输设备，管材柔韧性更好，容易安装，抗冲击强度高，能够承受强震和扭曲[6]；管道之间的连接方式包括热熔连接和电热熔连接，接头连接的强度更高，接口安全可靠。

4）玻璃钢夹砂管。玻璃钢夹砂管是一种新型化学管材，主要由不饱和聚酯树脂、玻璃纤维和石英砂等原料制成，通过缠绕或离心浇铸固化而成。其管壁结构包括外表面树脂保护层、内增强层、中间结构层和内衬层。玻璃钢夹砂管（RPM）具有高强度、轻量化、耐腐蚀和阻力系数小等特点。在连接方式方面，它采用双“O”型橡胶密封圈承插连接，这种柔性连接能够适应一定程度的地面不均匀沉降。

3.2.2 管材选择

管材的选择原则主要如下：满足功能要求，符合卫生要求，不污染水质；符合国家现行产品标准要求；耐腐蚀、密封性高、阻力小、强度高和良好的韧性，经济合理，方便安装维修等。本工程输水管较长，结合本工程输送海水的实际工况，自流管取水方案中海水取水管采用高密度聚乙烯管（HDPE）。

3.2.3 管径确定

海水取水管管径按远期输水能力设计，根据园区规划，园区远期需水量为40万m3/d。为保证供水的可靠性，至少采用2根海水取水管。

1）设计流量Q。输水管的设计流量，应按最高日平均时供水量确定，并计入输水管的漏损水量（10%）[7]。

则设计流量Q=1.1×40=44万m3/d。

2）设计管径。

D=，

式中：Q为设计流量，m3/d；v为设计流速，m/s；D为设计管径，m。

3）管径确定。正常情况下，海水取水管最大设计流量为18 333.3 m3/h（远期）。结合管材价格、管道安装费用及取水的安全可靠性，自流管取水方案采用2根DN1 600 mm高密度聚乙烯管（HDPE）。

3.3 水泵选型

一期日供水量20万m3，漏损系数1.1，则设计小时供水量9 166.7 m3/h，设计秒流量2.55 m3/s。二期日供水总量40万m3，漏损系数1.1，则设计小时供水量18 333.3 m3/h，设计秒流量5.09 m3/s。

水头损失主要包括2类：沿程水头损失和局部水头损失。其中，局部水头损失按沿程水头损失的15%计。沿程水头损失公式采用达西公式

hy=λ，

λ=，

C=R1/6/n，

式中：hy为管道水头损失，m；λ为沿程阻力系数；l为管道长度，m；d1为管道计算内径，m；v为管道内流速，m/s；g为重力加速度，m/s2；C为谢才系数；n为糙率；R为水力半径。

经计算，总水头损失为7.19 m。

进水前池布置在场地标高约3.6 m处，为地下式调节池，工程设计极端低水位为-0.52 m（重现期为50年的年极值低水位），最不利点地面标高为3.6 m，则水泵静扬程为3.6-（-0.52）=4.12 m。

泵站总扬程=静扬程+总水头损失=4.12+7.19=11.31 m；因此，泵站一期选用4台卧式单级双吸离心泵，流量3 334 m3/h，扬程15 m，功率185 kW，数量4台，3用1备，2台变频控制。

4 结束语

本文以某渔业养殖园海水取水工程为例，首先对海水取水工艺进行了介绍，然后根据项目的具体情况和实施条件，通过对取水头部、取水管材进行比选，最终采用分散式取水头和HDPE取水管，最后进行水泵选型，为海水渔业养殖取水工程设计提供参考。海水养殖项目的取水工程是保障养殖活动顺利进行的关键环节。随着海水养殖技术的不断发展和养殖规模的不断扩大，取水工程也需要不断优化和升级。通过科学的设计和建设、严格的运营管理和环保要求的不断升级，可以确保取水工程的高效、稳定运行，为海水养殖业的可持续发展提供有力保障。

参考文献：

[1] 刘晓彤，沈金生.基于系统动力学的中国海水养殖业绿色发展政策模拟与仿真研究[J].海洋开发与管理，2023，40（10）：32-45.

[2] 严煦世，范瑾初.给水工程[M].4版.北京：中国建筑工业出版社，1999：229-230.

[3] 翟振城.LNG接收站海水取水工艺系统设计要点探讨[J].港口航道与近海工程，2023，60（5）：19-22.

[4] 上海市政工程设计研究总院（集团）有限公司.给水排水设计手册[M].3版.北京：中国建筑工业出版社，2017：230-238.

[5] 傅艳军，袁军，张康年.某电厂循环水管道材质比选分析[J].能源研究与管理，2018（4）：71-73.

[6] 陈文阳.浅谈市政给水管道工程中管道材质的选择及运用[J].居业，2022（10）：85-87.

[7] 中华人民共和国住房和城乡建设部，国家市场监督管理总局.室外给水设计标准：GB 50013—2018[S].北京：中国计划出版社，2018.