黃 偉，邱崇俊，李 斌

（1.華能瀾滄江水電股份有限公司烏弄龍·里底水電工程建設管理局，云南 維西 674606；2.中國電建集團昆明勘測設計研究院有限公司，云南 昆明 650216）

0 引言

水電站受漂浮物危害嚴重，現(xiàn)階段水電站治理漂浮物的主要方式有攔漂、排漂和清漂[1]?，F(xiàn)有的設計規(guī)范中規(guī)定，攔污設施的布置型式應根據(jù)河流中污物的種類、數(shù)量及對清污的要求來確定[2-3]，在進水口應設置攔污柵，并采取門前撈漂、機械清污或提柵清污等防污措施，必要時可設置攔漂、導污設施，集中清污[4-5]。最近幾年，對于污物較多的河流上的電站，為緩解和減小水電站進水口攔污柵污物堵塞的壓力，常在進水口前設置（或增設）一道攔污排，將進入電站進水口水域表層的漂浮物先行攔截，待合適時機將漂浮物清除或?qū)胖料掠?，從而減輕攔污柵的攔污和清污機清污壓力。

目前我國攔污排的設計還沒有相應的規(guī)程規(guī)范，只能憑借工程經(jīng)驗，參考已建工程進行設計。此外，由于不同電站的樞紐布置、地理地形、風向及風速、水流條件、污物形式各不相同，也很難做結(jié)論性的技術設計指導[6]。本文結(jié)合烏弄龍攔污排的選型、布置及設計，在總結(jié)以往設計經(jīng)驗和相關研究成果的基礎上，對柔性攔污排的設計做了進一步的探索。

1 工程概況

烏弄龍水電站位于云南省迪慶州維西縣巴迪鄉(xiāng)境內(nèi)，為瀾滄江上游水電規(guī)劃7個梯級電站中的第2個電站，壩址控制流域面積8.59萬km2，多年平均流量744 m3/s，多年平均徑流量235億m3，工程屬二等大（2）型工程。電站主要任務以發(fā)電為主，水庫總庫容2.84億m3，調(diào)節(jié)庫容0.36億m3，為日調(diào)節(jié)水庫，電站裝機容量990 MW。

烏弄龍水電站庫區(qū)漂浮物主要是因暴雨沖刷至河道的樹枝、原木和部分生活垃圾。庫區(qū)漂浮物主要有以下兩個來源，一是水庫蓄水和汛期隨雨水沖刷帶進江中的樹枝、原木和柴草等；二是沿江進入江內(nèi)的生活垃圾。水庫漂浮物一般暴發(fā)在主汛期及蓄水期。主汛期漂浮物主要來自于陸地面源被雨水沖刷后帶入河流中的雜物；蓄水期的漂浮物則主要來源于蓄水期間被淹沒的兩岸植被及淹沒地的垃圾。一般每年的第一次洪水期漂浮物來量較大，如遇大暴雨漂浮物來量也會明顯增加。

2 攔污排選型

目前國內(nèi)外均沒有攔污排設計規(guī)程規(guī)范 ，也沒有明確的設計導則做指導，攔污排的結(jié)構形式也多種多樣。對國內(nèi)部分水電站攔污排進行了調(diào)查統(tǒng)計，經(jīng)分類比較，根據(jù)結(jié)構形式，應用廣泛的主要有鉸接型攔污排和柔性攔污排兩種。

2.1 鉸接型攔污排

鉸接型攔污排主要由排體和滑槽及埋件組成，排體分成若干排節(jié)，節(jié)間鉸接，排體兩端嵌在混凝土墩滑槽內(nèi)，滑槽內(nèi)設有鋼埋件。每節(jié)排體由鋼板焊接而成，分為浮箱、柵條。該種型式的攔污排可隨水位的變化自動升降，兩側(cè)有滑槽，浮箱一般采用金屬浮箱，柵條也一般采用金屬柵條。由于這種攔污排結(jié)構可承受拉力較大，一般為一跨，中部不設拉錨裝置。這種攔污排工程量較大，重量少則幾十噸，多則幾百噸。該種型式現(xiàn)已成功地應用于國內(nèi)許多大中型水電站中，如糯扎渡水電站、魯?shù)乩娬?、景洪水電站、功果橋水電站等?/p>

2.2 柔性攔污排

柔性攔污排主要由浮箱、攔污網(wǎng)、鋼絲繩、地錨墩（或滑槽）組成。該種型式的攔污排可隨水位的變化自動升降，兩端可為固定形式或滑槽形式。浮箱可采用金屬浮箱或非金屬浮箱，非金屬浮筒由 PE高分子材料制成，與金屬浮箱相比重量較輕，不需要進行定期防腐處理，制造和維護成本低。由于這種攔污排排體結(jié)構輕，拉力較小，兩端和中間設拉錨裝置，承受荷載較小，為鉸接型的1/10，可大幅減少錨墩邊坡開挖、支護及鋼筋混凝土工程量，容易施工。該型式攔污排使用的電站有：瀑布溝水電站、深溪溝水電站、龔咀水電站等，該類型的攔污排國內(nèi)有專業(yè)的制造安裝企業(yè)。

2.3 攔污排類型選擇

鉸接型攔污排與柔性攔污排相比，鉸接型攔污排工程量遠大于柔性攔污排，后期防腐等維護費用也大于柔性攔污排。鉸接型攔污排兩端必須采用滑槽，而柔性攔污排兩端可采用滑軌或地錨墩形式，滑槽荷載和工程量也大于滑軌或地錨墩。若清污不及時發(fā)生意外導致斷排等事故時，鉸接型攔污排對電站進水口的危害也大于柔性攔污排。

根據(jù)樞紐布置特點，結(jié)合電站庫區(qū)污物的種類、數(shù)量，經(jīng)綜合比選，烏弄龍水電站攔污排選用可隨水位自動升降的柔性攔污排結(jié)構。這種攔污排結(jié)構能隨水位自動升降保證了攔污范圍無死角；運行期除清污和例行檢查外無需人工干預，增加了運行的靈活性；采用柔性結(jié)構，使攔污排具有“隨波逐流”的特性，改善了攔污排結(jié)構的受力狀態(tài)。

3 攔污排布置

烏弄龍水電站攔污排布置在引水發(fā)電系統(tǒng)進水口前約30 m處，使漂浮物與電站進水口有一定的距離。攔污排軸線大致與進水口壩段的壩面平行。攔污排一端固定在泄洪壩段壩體上的P1點，另一端固定在大壩右岸的P2點。庫區(qū)污物采用導排方案，通過攔污排將污物導排至大壩表孔進口，結(jié)合大壩表孔泄洪進行排污。

圖1 攔污排布置示意圖

由于攔污排整體跨度較大，為改善攔污排在正常工作時的受力狀態(tài)，減小攔污排兩端的基礎荷載，在排體上設置兩根鋼絲繩作為安保系統(tǒng)，鋼絲繩固定在左岸岸坡上的P3點，安保系統(tǒng)鋼絲繩將攔污排沿跨徑分成三段。由于大壩溢洪道表孔泄洪時，攔污排靠近大壩處P1點局部流速過大，最大流速為3.58 m/s，為改善在此種情形下攔污排的受力狀態(tài)，減少排體和P2點荷載，在排體上設置三根鋼絲繩作為反向拉錨，鋼絲繩固定在進水口閘墩上P4、P5和P6點，反向拉錨鋼絲繩將攔污排沿跨徑分成不等長的四段。

4 攔污排主要參數(shù)

最大風速：19 m/s

斷面流量：1 380 m3/s （四臺機滿負荷發(fā)電流量）

斷面水流速（正常發(fā)電）：1.0 m/s

局部最大流速（泄水時靠近P1點）：3.58 m/s

水庫正常蓄水位：1 906.00 m

攔污排最低運行水位：1 901.00 m

攔污排最高運行水位：1 908.70 m

滑軌底部高程：1 899.00 m

滑軌頂部高程：1 909.50 m

水上攔污高度：0.43 m

水下攔污深度：2.12 m

攔污排跨度：238.4 m（直線距離）

5 攔污排結(jié)構設計

5.1 功能組成

攔污排主要由三部分構成：第一部分為攔污系統(tǒng)，由滑軌及支架、滑車、浮箱、連接桿、浮漂、攔污網(wǎng)、重錘等組成，是攔污排的主要部分，攔污系統(tǒng)在水位變幅區(qū)間可隨水位升降而自由升降，無需人工干預；第二部分為安保系統(tǒng)，由安保系統(tǒng)鋼絲繩、錨固點裝置、浮漂等組成，安保系統(tǒng)可以改善排體受力，限制排體移動，并可有效防止失控船只等損壞攔污排之后排體無序漂浮而誘發(fā)的事故；第三部分為反向拉錨系統(tǒng)，由反向拉錨鋼絲繩、錨固點裝置、浮漂等組成，反向拉錨系統(tǒng)可以改善泄洪時排體的整體受力，限制排體移動，也可保證排體在受到不可抗拒外力等原因斷排后，排體仍被拉住，避免對溢洪道表孔工作弧門安全造成威脅。

5.2 攔污排荷載及計算分析

攔污排由若干連接桿鉸結(jié)相連成鏈狀, 屬柔性結(jié)構體系, 在壩前水域受到復雜水流、大風、波浪和漂浮物沖擊等荷載單獨或共同作用，由于不同工程水電站樞紐布置情況各異、庫區(qū)污物來量和種類不同，水電站進水口所在地域、地形、地貌和氣候條件變化、發(fā)電與泄洪設計洪水標準不一等因素，使得在不同運行條件下，漂浮式攔污排產(chǎn)生不同的張拉形狀和張力[7]。攔污排在水面受到的全部荷載將轉(zhuǎn)化為張力并經(jīng)過約束在滑軌內(nèi)的滑車最終傳遞給攔污排兩端的支架，并通過支架的錨固件傳遞到基礎上。

在攔污排的設計中，通常將水流力、風壓力、浪壓力、由于水壓差引起的壓力，以及撞擊力等主要荷載疊加作用在攔污排上來進行分析和計算，從而驗證結(jié)構的安全性。計算中假定攔污排的浮漂和連桿結(jié)構自身的剛度較大，水流、風和波浪力對攔污排結(jié)構所產(chǎn)生的位移遠大于結(jié)構本身的變形，各種荷載對攔污排結(jié)構產(chǎn)生的作用力局限于水平面內(nèi)[7]。

周坤[6]在研究了國內(nèi)攔污排張力計算的相關文獻后指出，按鏈狀柔性結(jié)構體系假設理論來計算攔污排的張力，可以比較合理地反映浮式攔污排的受力情況，但這種方法對水流參數(shù)要求較多，參數(shù)值需較準確，而設計時這些參數(shù)的獲取是比較困難的，且計算公式較為復雜，故在實際工程中應用的相對較少；按拋物線形假設理論來計算浮式攔污排的張力，雖然計算結(jié)果與實際有一定的差異，但計算方法簡單易行，工程上普遍采用。

烏弄龍攔污排設計時考慮安保鋼絲繩和反向拉錨鋼絲繩的作用，并按拋物線形假設理論來計算攔污排的張力，最終得到攔污排最大張力為238 kN，安保鋼絲繩最大拉力為154 kN，反向拉錨鋼絲繩最大拉力為172 kN。

5.3 各主要部件選型設計

（1）攔污系統(tǒng)

滑軌及支架采用焊接結(jié)構，滑車可以沿滑軌垂直滑動。滑軌安裝在泄洪壩段壩體上的P1點和大壩右岸岸坡上的P2點，安裝高程為1 899.00 m～1 909.50 m，滑軌通過支撐桿焊接在錨板上，滑軌的設計拉力為300 kN。

連接桿采用特制高強度閉式螺旋扣，強度等級達到CB/T 3818要求的T級，設計荷載250 kN，破斷荷載不小于875 kN，安全系數(shù)不小于3.5。

浮箱和滑車采用不銹鋼焊接結(jié)構。浮箱主要作用是為端部設備提供浮力，保證端部設備在浮力、摩擦力及重力的作用下能隨水位自動升降，浮箱箱體四周焊縫封口后必須做滲漏試驗保證不漏水。滑車主要作用是將攔污排張力傳遞給滑軌及支架，滑車設計荷載為250 kN。

浮漂的主要作用是產(chǎn)生浮力，浮漂采用無毒無味、不污染水體的LLDPE（線性低密度聚乙烯）材料制作。浮漂內(nèi)部充滿聚氨酯泡沫，保證即使在浮漂漏水情況下，也能由聚氨酯發(fā)泡提供浮力，保證浮漂浮力的耐久性。浮漂直徑為Φ700 mm，長度為1 000 mm，壁厚10 mm，外部整體承壓強度大于0.05 MPa。

網(wǎng)體采用鍍鋅鋼絲繩編織成菱形，網(wǎng)目為200 mm×200 mm，通過Φ8 mm的鍍鋅鋼絲繩綁扎在浮漂的肋槽中，網(wǎng)體底部掛有直徑為Φ135 mm的鑄鐵重錘，防止在水流的作用下網(wǎng)體飄起。

圖2 攔污系統(tǒng)示意圖

（2）安保系統(tǒng)

安保鋼絲繩選用40 ZAA6×36 WS+IWR-1 670 ZS的鍍鋅鋼絲繩，最小破斷拉力951 kN，鋼絲繩安全系數(shù)大于5，安保系統(tǒng)鋼絲繩用卸扣與攔污系統(tǒng)和錨固裝置相連。安保鋼絲繩上靠近兩端處每隔5 m設一個直徑為Φ800 mm的浮漂，防止連接點過重局部下沉。

（3）反向拉錨系統(tǒng)

反向拉錨系統(tǒng)鋼絲繩選用40 ZAA6×36 WS+IWR-1 670 ZS的鍍鋅鋼絲繩，最小破斷拉力951 kN，鋼絲繩安全系數(shù)大于5。反向拉錨系統(tǒng)鋼絲繩用卸扣與攔污系統(tǒng)和錨固裝置相連。鋼絲繩與排體連接部位固定直徑為Φ800 mm的浮漂，防止連接點過重局部下沉。

6 結(jié)語

烏弄龍水電站攔污排于2019年1月安裝完成并投入運行，投入運行后，攔污效果較明顯，有效地減輕了電站進水口攔污柵及清污抓斗的工作壓力。烏弄龍水電站采用的柔性攔污排結(jié)構能有效地適應攔污排跨度大、兩端基礎承載力小、局部流速大的特點，值得其他類似工程借鑒和推廣。