3.1水站结构设计方案

水站正面如下图所示。

图3-1水站正面示意图

水站侧面如下图3-2所示。

图3-2水站侧面示意图

3.2水站系统结构设计

户外水站系统结构如图3-3

3.3水站运行流程设计

户外水站运行流程见图3-4

图3-4水站监测流程设计图

3.4 采水系统方案

采水系统是保证整个系统正常运转、获取正确数据的关键部分，设计及建造一套运行可靠的水样采集单元非常重要。采水单元必须保证向整个系统提供可靠、有效的水样。

依据对各个现场的考察情况，针对各现场水质的调查了解，结合公司在以往类似项目中的经验，特设计出一套满足当前项目要求、能够自动连续地与整个系统同步工作的采水单元，向系统提供可靠、有效的水样。

3.4.1采水方式选择

采水系统建设在满足取水要求的前提下应尽量简洁，因地制宜，针对每个水站取水位置的不同情况采取最实用的方式。

采水系统是水质自动业主的重要组成部分，根据取水口工况的不同，如水位的变化幅度，河岸的地质情况等，通常会设计不同的取水方式。常用的取水方式包括栈桥式、浮船式、浮桶式、管道式、护筒式、采样井等。

3.4.1.1浮船式采水方式

浮船式采水应用范围

适合于浅滩河岸、取水点位距离岸边较远，或河流改道现象比较频繁的情况。

浮船取水特点

浮船取水具有设计简单、维护方便的特点，同时可以比较方便地在河道中改变位置，适应河道变化。

浮船式采水方式描述

浮船式采水方式如下图所示。

浮船式采水示意图

1）浮船的位置

根据取水点选取原则，浮船所在位置选在河水深度常年在 3 米以上的河道位置，该点水位常年满足要求，无急流漩涡等干扰因素，浮船的位置应尽量考虑偏离航道。

2）浮船的固定

据现场情况，如果浮船距离岸边相对较近，可以采用从浮船牵引钢丝绳到岸边固定桩，并抛锚固定。如果浮船距离岸边太远，直接从岸边固定桩牵引钢丝绳无法将浮船固定在特定位置，可以采用锚桩与抛锚配合的固定方式。可以考虑在临近深水区的浅水河滩上建设锚桩，数量为两个，相距为 10~15 米，排列与河岸平行。锚桩上预留钢筋拉环，便于与钢丝绳连接，浮船位于两个锚桩之间，首尾通过钢丝绳与锚桩连接，钢丝绳的长度留有一定余地，以便浮船在水位变化时可以随之上下浮动。

3）浮船的设计

材质与尺寸：采样浮船采用优质轻质塑料，尺寸约 0.6 米*0.6 米， 设计满足除自身设备外，可承受五十公斤的额外重量；

造型：造型可设计成四方形，由于体积小，可以减轻水流冲击力；

结构与设备：浮船上部为轻质塑料，支撑整个设备浮于水面，两侧均设有不锈钢过滤网，过滤网可设计成拆卸式，以方便日后拆出潜水泵和格栅进行清洗。取水浮船的相对位置保证取水深度始终为水面下 0.5~1 米；

取水浮船两侧的不锈钢过滤网内均放置潜水泵，这样即使浮船两边受力平衡，又满足系统需要双泵双管，一采一备，实时不间断监测的要求。并且当一路出现故障时，能够自动切换到另一路进行工作， 保证整个系统的正常运行；

潜水泵扬程选择取决于取水点到站房的距离以及站房与水平面的高度差。根据现场不同情况，选择不同型号的潜水泵，并可通过调节管路开度使得其工作状态达到最佳。

4）浮船的安全措施

警示：浮船护栏上悬挂“危险勿近”标志，船上安装有符合航道标志协会要求的标准航标灯，以防晚上或者视线不好的情况下船只误撞。航标灯具有光感功能，可在光线不足时自动亮起。

防撞：浮船周围设置防撞带，防撞带由橡胶制成，可防止浮船由于水位变化上下产生浮动产生的撞击，也可防止因波浪推移或船只不

慎造成的侧面撞击。同时也降低在发生碰撞造成的损伤。浮船下方设有双排防撞杆，可避免船体下方与岸边的侧面撞击。

防泥：防撞杆的设计高度远大于不锈钢过滤网的高度。同时防撞杆也起到防止系统抽吸底泥的作用。当水位降到一定高度时，防撞杆支撑起整只浮船，将过滤网架空，系统一旦检测到取样管水压达不到设定压力，会指令取水泵停止工作。

防堵：取水口上下方设置不锈钢丝网，防止进水口淤积和杂物堵塞。

防冻：取水管前端采用双不锈钢软管，捆扎后尽量沿着河底铺设， 由于河水热容量比空气大，因此取水管在河水中不易造成管中水冰冻。系统在冬天低温天气中可调节反向冲洗用水的温度，防止取水口冻结。

5）浮船的维护

为延长浮船寿命，同时保持浮船外表美观，每年必须安排对浮船进行检修；

要定期检查浮船工作状态，及时处理潜在的问题；

定期检查清洗浮船过滤网。

3.4.1.2浮桶式采水方式

浮筒式采水与浮船式原理基本一样，是浮船的小型化。

3.4.1.3采样井采水方式（地下水取样）

地下水分层监测井采用多级完整监测井代替传统的组孔多级采样监测井多级完整监测井是在一口井中放入数根监测管通过分层围填砾料和封隔分别监测所选定层位可节省建井成本提高建井效率，潜水泵将水样抽取分配到水样采集系统。

3.4.1.4管道式采水方式（饮用水管网取样）

项目在对各现场工况进行充分调研的基础上，根据各现场取水口特点并结合实际适用范围及特点，针对饮用水管网取水位置的不同情况采取最实用的方式， 利用管道预留口，该种方式方便简单，便于操作；另一种是根据设计院实际采取管道开孔取水。

开孔示意图

3.4.2 取水工艺设计

取水采用潜水泵或自吸泵，双泵双管路设计，一用一备，满足实时不间断监测要求，所有取水管路必须配有管道清洗、防堵塞、反冲洗等设施。

3.4.2.1潜水泵

本公司选用的潜水泵为国内性能优越的潜水泵。潜水泵固定在取水平台的浮筒中，垂直放置，通过带网眼的浮筒对水进行粗滤，避免水中大的浮草或者杂物进入泵体，损坏潜水泵。具体技术特点如下：

全扬程水泵，克服河流水位落差引起的水泵工作扬程改变而破坏泵体

采用叶轮式的吸水方式，防止杂物进入，导致泵体烧坏

叶轮式吸水方式，保证系统可以对取水系统进行反吹，大大降低人工维护力度

绝缘等级：F 级

可连续操作：水冷式马达，单相型号内置过热保护断路器及电容

来电自动恢复，过载自动保护等功能

3.4.2.2自吸泵

系统采用国产优质自吸泵，具有以下优点：

性能稳定，工作曲线随泵龄变化相对较小

泵体使用寿命较长，基本免维护

置于室内，可防盗来电自动恢复，过载自动保护等功能

3.4.3 管路设计

取水单元采用双泵双管路设计，两条管路交替运行，互为备份，通过管道中的压力传感器可以判断取水管路的运行状况。采水过程中，系统实时监测总管路上设置的压力传感器压力值，当压力不足时，系统自动切换至另外一路取水管路。

3.4.3.1 管路清洗设计

在取水结束时，管内的剩余水能够自动通过电动球阀排空。在系统长期使用后，管路内必定会滋生藻类，所以在设计时要充分考虑到此问题，不让藻类有生存环境。系统配置清洗管路接口，系统定期自动打开臭氧发生器，配合自来水和压缩空气,通过控制总管路及配水管路的电动阀门，可分别对外部采水管路和内部配水进行反冲洗，以防止管路堵塞,并达到对管路的除藻作用。

3.4.3.2 采水工艺特点

取水量充足

本项目所选择的自吸泵或潜水泵流量均为 5m3/h，而本系统需水总量为 3m3/h，故取水量能满足本系统需求，并有足够的冗余。

管路可拆卸

系统配置足够的活结，可以方便管路的拆卸和维护。

极好的化学稳定性

系统采水管路在取水泵与取水平台端采用规格 DN25 的磐石软管。采水管路采用优质灰色 UPVC 管，内径 25cm，具有高强度、耐高温、极佳的耐腐蚀和耐化学性、阻燃、安装方便、使用寿命长等诸多优良特性，尤其内壁的光滑程度高，对防止污物和微生物的附着起到了良好的效果。管路中配有活接头， 便于拆卸和清洗。

技术规格：

产品材料 中材 UPVC 管材

工作压力 1.0Mp

热膨胀系数 60℃（负重19Kg）

操作温度范围 -5—+55℃

耐候性 成品表面颜色不会褪色

可燃性 不助燃、会自熄

脆化温度 -18℃

技术特色：

管壁内外温度皆大-18℃时，管材开始脆化，但因 UPVC 管的热传导率极低， 所以管壁越厚越不容易达到脆化点。

耐酸、碱、盐及有机药品的腐蚀

采用胶粘连接，安装方便

管材公差符合国际要求，便于配套。

符合给水要求，管材不对水样水质造成影响。

机械强度及化学稳定性好，寿命长，价格合理

3.4.3.4管路保温和防冻

管路总体来讲分为两段：地面段和埋地段。

地面段：管路通过外层敷设保温棉实现相应的保温和防冻功能；

埋地段：通过将管路敷设于当地冻土层以下，对管路起到防冻作用。

3.4.3.5管路防腐

系统采水管路在取水泵与取水平台端采用规格 DN25 的磐石软管，从取水平台至站房均采用规格 DN25 的优质 PE 管路，这两种管路对相应的监测水体（水库、河流）均具有极好的化学稳定性和很好的抗腐蚀性能。

3.4.3.6管路防压

系统对栈桥段管路和埋地管路均进行防压处理：

栈桥端管路：将管路敷设于栈桥预留的管线地沟内，上部设置水泥盖板防止人为践踏；

埋地管路：在埋地管路置于规格为 DN100 的镀锌钢管内，能起到很好的防压效果。

3.4.3.7管路防淤

系统采取以下管路防淤措施：

采水管路采取排空设计，每次取样完成后，采水管路自动排空；

每次采样完成后，系统对采水管路进行自来水+压缩空气清洗，有效地去除管内淤积物体。

3.4.3.8采水系统防撞和防盗

采水系统防撞措施：在栈桥/浮船/浮球顶端设置标准航标灯；

采水系统防盗措施：在取水口位置处安装视频监控装置，实时监视取水口状态；

3.4.3.9采水管路清洗

采水单元设置采水单元清洗功能，并不产生环境污染。系统设计了清水增压泵、空气压缩机等设备，实现管路的自清洗功能。系统可根据压力传感器的数值自动清洗管路或根据实际经验设定自动清洗间隔，降低取水系统的故障率。

3.4.3.10安全措施

在航道上建站考虑能长期稳定安全运行，取水部件要注意不影响航运，又能够保护自身安全。针对在航道上建设取水装置的场合，为保证系统长期稳定安全运行，取水部件的选点和安装首先考虑远离航道，在取水部件周围设置防护墩或防护栏，同时在取水部件顶部安装标准航标等以提示过往船辆避免相撞。针对浮船、浮球取水方式，通过在取水结构周围设置红色浮球防护圈，并设置航标灯以实现安全保护功能。

3.4.3.11采水故障判断

双层次自动判断取水系统故障，并发出报警信号。系统取水故障判断逻辑,当系统执行采样流程时候，会对整个管路相关电动球阀作出判断是否完全打开、当异常时系统会自动切换至另一路取水管路；当电动球阀正常时，会自动对总管路压力进行判断，当压力异常时，系统会自动切换至另一路取水管路，切换取水管路后，系统会继续对总管路压力进行判断，若仍然异常，系统会终止该采样流程，并产生相应报警信息。