大伙房水庫浮式攔污柵設(shè)計(jì)施工方案分析

吳長江

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，沈陽 110166)

技術(shù)論壇

大伙房水庫浮式攔污柵設(shè)計(jì)施工方案分析

吳長江

(遼寧潤中供水有限責(zé)任公司，沈陽 110166)

水庫攔污柵設(shè)計(jì)主要根據(jù)實(shí)際情況需要進(jìn)行合理設(shè)計(jì)，經(jīng)過實(shí)際分析大伙房水庫采用了浮式攔污柵對水庫進(jìn)行攔污。文章以大伙房水庫浮式攔污柵為例，論述了浮式攔污柵在大伙房水庫水利工程中的應(yīng)用，并提出浮式攔污柵的設(shè)計(jì)方案，介紹了浮式攔污柵設(shè)計(jì)方案中選址、設(shè)計(jì)原則、布置、設(shè)備組成以及對大伙房水庫浮式攔污柵荷載進(jìn)行計(jì)算，這種浮式攔污方法可以為受水面漂浮物困擾的水庫選擇試用。

大伙房水庫；浮式攔污柵；設(shè)備組成；設(shè)計(jì)原則；施工方案

0 引 言

大伙房水庫作為遼寧中部城市中最為重要的水源涵養(yǎng)地和供水基地，撫順市政府非常重視水庫以及匯水區(qū)、輸水區(qū)的水環(huán)境保護(hù)工作，政府近幾年采取了不同方式的保護(hù)措施，加大了對水源的綜合治理，并取得成效，區(qū)域環(huán)境狀況得到真正的改善。但是隨著大伙房水庫周圍環(huán)境的變化以及上游地區(qū)工農(nóng)業(yè)、種植業(yè)、畜禽養(yǎng)殖業(yè)和旅游業(yè)的不斷進(jìn)步發(fā)展，城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民生活水平的快速提高，輸入水庫的污染負(fù)荷呈逐年上升的趨勢。

如果再不采取措施進(jìn)行治理，水質(zhì)安全得不到保證。

因此，大伙房水庫攔污工程是撫順市政府關(guān)于湖泊生態(tài)環(huán)境保護(hù)試點(diǎn)方案中最重要的水利工程。在大伙房水庫內(nèi)設(shè)置隔離網(wǎng)對固體漂浮污染物進(jìn)行有效隔離，并進(jìn)行人工打撈，大伙房水庫攔污工程是為了有效攔截大型漂浮物。

利用河道及入庫口荒灘地，按照洪水特征對前置庫進(jìn)行設(shè)計(jì)，可以通過消能、分選、沉淀對大部分懸浮物進(jìn)行截留，對這些污染物進(jìn)行過濾和自然生化分解、降解，減輕洪水和污染物對大伙房水庫的淤積。

1 大伙房水庫浮式攔污柵設(shè)計(jì)概況

大伙房水庫浮式攔污柵設(shè)計(jì)概況主要有以下4個(gè)方面：大伙房水庫浮式攔污柵的選址、大伙房水庫浮式攔污柵的設(shè)計(jì)原則、大伙房水庫浮式攔污柵的布置和大伙房水庫浮式攔污柵所需的設(shè)備組成。

1.1 大伙房水庫浮式攔污柵的選址

大伙房水庫攔污工程主要在水庫庫區(qū)內(nèi)設(shè)置浮式攔污柵，兩端浮式固定點(diǎn)的坐標(biāo)分別為A坐標(biāo)點(diǎn)：41.9172°、124.2334°；B坐標(biāo)點(diǎn)：41.9102°、124.2541°，AB兩點(diǎn)間距離1900m。

1.2 大伙房水庫浮式攔污柵的設(shè)計(jì)原則

根據(jù)大伙房水庫所在的地理位置、水庫周圍的環(huán)境、周邊的經(jīng)濟(jì)情況以及施工狀況等因素進(jìn)行科學(xué)的對比分析，選取A、B兩個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)之間的直線距離約為1900m。

為有效減小攔污柵側(cè)向剪切力，采取弧形布置對攔污柵進(jìn)行設(shè)計(jì)，采用兩道攔污網(wǎng)進(jìn)行攔截。

兩道攔污網(wǎng)的位置主要設(shè)計(jì)在浮筒的兩側(cè)，采用鋼絲繩進(jìn)行串聯(lián)，固定在兩岸固定端上，這樣能夠降低固定端的拉力，在攔污網(wǎng)兩側(cè)分別設(shè)置鐵錨沉至江底加以固定。

1.3 大伙房水庫浮式攔污柵的布置

在大伙房水庫A坐標(biāo)點(diǎn)與B坐標(biāo)點(diǎn)之間設(shè)置一道浮式攔污柵對上游污物進(jìn)行攔截。攔污柵主要采用攔截、清污綜合治理方案進(jìn)行設(shè)計(jì)。將大伙房水庫上游水域表面的漂浮物進(jìn)行大部分?jǐn)r截，再采用清污船進(jìn)行人工清污，達(dá)到徹底清除漂浮物的目的，從而降低攔污柵的壓力，同時(shí)保證該水域的清潔美觀[1]。

根據(jù)大伙房水庫的總體布置，再結(jié)合當(dāng)?shù)匦购檎{(diào)度情況和大伙房水庫周圍地形對其進(jìn)行綜合分析，采用浮式攔污柵的布置設(shè)計(jì)，布置方式采用弧形布置。

由于大伙房水庫中漂浮物來量的隨機(jī)性非常大，當(dāng)漂浮物來量如果超過了攔污柵承受能力時(shí)，浮式攔污柵有可能出現(xiàn)斷開的事故。

為了保證浮式攔污柵的安全，不允許浮式攔污柵出現(xiàn)斷開情況，因此水庫工作人員必須及時(shí)清污降低浮式攔污柵的壓力。

1.4 大伙房水庫浮式攔污柵所需的設(shè)備組成

浮式攔污柵的設(shè)備組成主要是浮筒結(jié)構(gòu)、固定端及其埋件、錨繩、鐵錨、聚乙烯網(wǎng)等[2]。

1.4.1 浮筒結(jié)構(gòu)

工程主要采用雙浮筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，Φ0.5m×2.6m為浮筒尺寸，采用聚乙烯材料。浮筒上架設(shè)鋼架，1.40m×2.65m為鋼架外形尺寸，內(nèi)分3欄，兩側(cè)分欄大小均為0.40m×2.65m，此外在鋼架兩端焊接兩個(gè)環(huán)扣，鋼架材料選擇1.5寸鍍鋅鋼管。鋼架從上端架設(shè)在浮筒上，用尼龍繩將鋼架和浮筒進(jìn)行捆綁。

1.4.2 固定方式

固定方式主要有以下2種：端部固定和中間固定。

1.4.2.1 端部固定

浮式攔污柵端部固定方式要適應(yīng)水位變化，考慮到經(jīng)濟(jì)、施工方便等因素，在兩岸設(shè)置混凝土固定端，埋入地面承臺高度3.5m，基礎(chǔ)持力層為基巖，地基土承載力特征值fak≥300kPa，回填時(shí)應(yīng)分層碾壓，表層應(yīng)采用防沖刷材料，防止沖刷產(chǎn)生承載露出地表，而降低抗拔力。地面以上設(shè)置3點(diǎn)固定端，垂直間距為1m，根據(jù)水位變化，通過人力進(jìn)行調(diào)節(jié)。

1.4.2.2 中間固定

此浮式攔污柵跨距1900m，弧向長度約為2300m，依據(jù)相關(guān)試驗(yàn)資料，水流、風(fēng)力對浮筒將產(chǎn)生極大的推力，將對浮筒之間、浮筒與固定端連接產(chǎn)生不利影響。

因此考慮中間段每120m在浮筒結(jié)構(gòu)兩側(cè)分別采用錨鉤配錨繩固定浮筒，起到中間固定作用，分擔(dān)水流對浮筒的推力。

2 大伙房水庫浮式攔污柵荷載及計(jì)算分析

浮式攔污柵荷載計(jì)算相當(dāng)復(fù)雜，目前沒有統(tǒng)一規(guī)范可循，如何正確認(rèn)識和分析其受力情況，成為浮式攔污柵設(shè)計(jì)成功的關(guān)鍵[3]。

下面主要對荷載水流力、風(fēng)力、水壓力和風(fēng)浪壓力等進(jìn)行計(jì)算。

2.1 風(fēng)速和波浪

按風(fēng)力10級，相應(yīng)的風(fēng)速為29.1m/s即104.76km/h，波浪按最大風(fēng)速值計(jì)算，大伙房水庫的庫區(qū)相對于攔污柵吹程取0.7km。

主要波浪要素公式如下：

1)波高：hm=0.00513×v1.06×D0.47。

2)波長：Lm=0.187×v0.88×D0.56

3)平均波高：hm=0.6m

4)波長：Lm=9.2m

5)累計(jì)頻率5%的波高：h5%=1.2m

2.2 水流

每個(gè)浮筒長度5m，吃水深度0.25m,垂直于浮筒方向水流速初步按1m/s。

2.2.1 水流對浮筒作用力

橫向作用力：Qw=0.74kV

縱向作用力：Nw=0kN

2.2.2 風(fēng)對浮筒的橫向作用力

Rcf=0.78kN

2.2.3 水壓力作用力

因污雜物堆積及攔污柵引起的水位差，取10cm，P=3.0kV

攔污柵在此工況下作用力為：∑P=4.5kV

2.3 風(fēng)浪

橫向作用力：Q=xr1ρghAL=3.4kN

縱向作用力：N=xρghAL=4.3kN

由于引起水位差時(shí)是有大量漂浮物堆積的情況，此時(shí)無法形成波浪，因此有波浪時(shí)可以不考慮水位差。

此時(shí)單個(gè)浮筒作用力為：∑P=4.92kN

安全系數(shù)取1.25，取6.5kN作為攔污柵設(shè)計(jì)受力最大荷載。

2.4 錨固計(jì)算

每隔120m分別在攔污柵兩側(cè)設(shè)置2個(gè)鐵錨，用錨繩和浮筒連接，鐵錨下沉至水底，則每根錨鏈承受水平拉力：VA=130kN

設(shè)計(jì)按110kN水平拉力選取錨鏈，其余20kN通過攔污柵傳遞給兩端固定點(diǎn)，估算錨重量為2t。

3 采用浮式攔污柵優(yōu)點(diǎn)以及需要注意的問題

3.1 采用浮式攔污柵優(yōu)點(diǎn)

采用浮式攔污柵有以下優(yōu)點(diǎn)：

3.1.1 對懸浮垃圾攔截性強(qiáng)

浮式攔污柵設(shè)置后，能大面積攔截水面懸浮垃圾，降低水的過柵流速，有效增強(qiáng)對不規(guī)則懸浮垃圾污染物的攔截性。因此，浮式攔污柵能較好地清除成片垃圾與大塊垃圾，提高了大伙房水庫的攔污效果。

3.1.2 人工清污便捷

大伙房水庫主要采用人工清污方式，浮式攔污柵對人工清污提供了方便。主要表現(xiàn)在2個(gè)方面：

1)攔污柵能有效攔截水面漂浮的固體污染物，它把固體污染物直接攔截在柵底，使清污變得更加容易。

2)降低過柵流速，垃圾在攔污柵上的吸附力小，方便清除。

3.2 采用浮式攔污柵需要注意的問題

浮式攔污柵能夠有效攔截大部分工業(yè)、生活的懸浮物，不會將懸浮物沖入水庫當(dāng)中。

但浮式攔污柵與水底有一定的距離，浮式攔污柵主要是攔截大伙房水庫水面以及水面淺層的懸浮污染物，如果人工不能及時(shí)有效地清污，攔截的污染物會伴隨水流晃動(dòng)，部分污染物隨水流流過浮式攔污柵，直接影響攔污效果，浮式攔污柵要經(jīng)常進(jìn)行人工清污以及維護(hù)，從而保證大伙房水庫的攔截效果。

4 結(jié) 語

大伙房水庫浮式攔污柵按照本文方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)已建成超過半年,運(yùn)行情況良好,攔污效果明顯。

浮式攔污柵雖然在一定程度上發(fā)揮了攔漂、導(dǎo)漂的作用，緩解和減輕了進(jìn)水口攔污柵污物堵塞的壓力，對漂浮物的處理要進(jìn)行攔、導(dǎo)、清、排的綜合方式進(jìn)行處理。

日常的清污對攔污柵的攔截效果很重要，從環(huán)保角度來分析，污物長時(shí)間的堆積在進(jìn)水口前對水質(zhì)造成污染，而排泄至下游也是對下游河道的污染，所以在設(shè)攔污柵的同時(shí)，應(yīng)配備必要的清污設(shè)備，從而保證水質(zhì)的安全。

[1]于暉.浮式攔污柵設(shè)計(jì)方法的探討[J].水利水電工程設(shè)計(jì)，2002，21(03)：16-17.

[2]任玉珊,高金花,楊敏.水電站進(jìn)水口攔污柵水頭損失試驗(yàn)研究[J].大壩與安全，2001，19(04)：21-23.

[3]張多鋒,張多嶺,時(shí)丕生,魏桂良.泵站人工清污攔污柵的改進(jìn)[J].排灌機(jī)械，2001，19(04)：21-23.

AnalysisonFloatingTrashRackDesignandConstructionPlanforDahuofangReservoir

WU Chang-jiang

(Liaoning Runzhong Water Supply Co.,Ltd.,Shenyang 110166,China)

Reservoir trash rack design needs to carryout reasonable design according to the real situation.Through the analysis of the real situation for Dahuofang Reservoir floating trash rack design is adopted.Taking the floating trash rack as an example，the application of it in the reservoir is discussed，and the design plan is introduced，including the location choosing，design principles，layout，and equipment composition.The loading calculation is conducted for the reservoir.This floating trash design can be selected for the reservoir plagued by floating materials.

Dahuofang Reservoir；floating trash rack；equipment composition；design principle；construction plan

1007-7596(2014)10-0022-03

2014-05-28

吳長江(1979-)，男，遼寧遼陽人，助理工程師，研究方向?yàn)樗┕ぜ夹g(shù)。

TV62

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