大伙房水庫浮式攔污柵設計施工方案分析

吳長江

(遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽 110166)

技術論壇

大伙房水庫浮式攔污柵設計施工方案分析

吳長江

(遼寧潤中供水有限責任公司，沈陽 110166)

水庫攔污柵設計主要根據實際情況需要進行合理設計，經過實際分析大伙房水庫采用了浮式攔污柵對水庫進行攔污。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用，并提出浮式攔污柵的設計方案，介紹了浮式攔污柵設計方案中選址、設計原則、布置、設備組成以及對大伙房水庫浮式攔污柵荷載進行計算，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；設備組成；設計原則；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地和供水基地，撫順市政府非常重視水庫以及匯水區、輸水區的水環境保護工作，政府近幾年采取了不同方式的保護措施，加大了對水源的綜合治理，并取得成效，區域環境狀況得到真正的改善。但是隨著大伙房水庫周圍環境的變化以及上游地區工農業、種植業、畜禽養殖業和旅游業的不斷進步發展，城鎮和農村居民生活水平的快速提高，輸入水庫的污染負荷呈逐年上升的趨勢。

如果再不采取措施進行治理，水質安全得不到保證。

因此，大伙房水庫攔污工程是撫順市政府關于湖泊生態環境保護試點方案中最重要的水利工程。在大伙房水庫內設置隔離網對固體漂浮污染物進行有效隔離，并進行人工打撈，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行設計，可以通過消能、分選、沉淀對大部分懸浮物進行截留，對這些污染物進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計概況

大伙房水庫浮式攔污柵設計概況主要有以下4個方面：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計原則、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內設置浮式攔污柵，兩端浮式固定點的坐標分別為A坐標點：41.9172°、124.2334°；B坐標點：41.9102°、124.2541°，AB兩點間距離1900m。

1.2 大伙房水庫浮式攔污柵的設計原則

根據大伙房水庫所在的地理位置、水庫周圍的環境、周邊的經濟情況以及施工狀況等因素進行科學的對比分析，選取A、B兩個坐標點之間的直線距離約為1900m。

為有效減小攔污柵側向剪切力，采取弧形布置對攔污柵進行設計，采用兩道攔污網進行攔截。

兩道攔污網的位置主要設計在浮筒的兩側，采用鋼絲繩進行串聯，固定在兩岸固定端上，這樣能夠降低固定端的拉力，在攔污網兩側分別設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坐標點與B坐標點之間設置一道浮式攔污柵對上游污物進行攔截。攔污柵主要采用攔截、清污綜合治理方案進行設計。將大伙房水庫上游水域表面的漂浮物進行大部分攔截，再采用清污船進行人工清污，達到徹底清除漂浮物的目的，從而降低攔污柵的壓力，同時保證該水域的清潔美觀[1]。

根據大伙房水庫的總體布置，再結合當地泄洪調度情況和大伙房水庫周圍地形對其進行綜合分析，采用浮式攔污柵的布置設計，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性非常大，當漂浮物來量如果超過了攔污柵承受能力時，浮式攔污柵有可能出現斷開的事故。

為了保證浮式攔污柵的安全，不允許浮式攔污柵出現斷開情況，因此水庫工作人員必須及時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備組成

浮式攔污柵的設備組成主要是浮筒結構、固定端及其埋件、錨繩、鐵錨、聚乙烯網等[2]。

1.4.1 浮筒結構

工程主要采用雙浮筒結構進行設計，Φ0.5m×2.6m為浮筒尺寸，采用聚乙烯材料。浮筒上架設鋼架，1.40m×2.65m為鋼架外形尺寸，內分3欄，兩側分欄大小均為0.40m×2.65m，此外在鋼架兩端焊接兩個環扣，鋼架材料選擇1.5寸鍍鋅鋼管。鋼架從上端架設在浮筒上，用尼龍繩將鋼架和浮筒進行捆綁。

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水位變化，考慮到經濟、施工方便等因素，在兩岸設置混凝土固定端，埋入地面承臺高度3.5m，基礎持力層為基巖，地基土承載力特征值fak≥300kPa，回填時應分層碾壓，表層應采用防沖刷材料，防止沖刷產生承載露出地表，而降低抗拔力。地面以上設置3點固定端，垂直間距為1m，根據水位變化，通過人力進行調節。

1.4.2.2 中間固定

此浮式攔污柵跨距1900m，弧向長度約為2300m，依據相關試驗資料，水流、風力對浮筒將產生極大的推力，將對浮筒之間、浮筒與固定端連接產生不利影響。

因此考慮中間段每120m在浮筒結構兩側分別采用錨鉤配錨繩固定浮筒，起到中間固定作用，分擔水流對浮筒的推力。

2 大伙房水庫浮式攔污柵荷載及計算分析

浮式攔污柵荷載計算相當復雜，目前沒有統一規范可循，如何正確認識和分析其受力情況，成為浮式攔污柵設計成功的關鍵[3]。

下面主要對荷載水流力、風力、水壓力和風浪壓力等進行計算。

2.1 風速和波浪

按風力10級，相應的風速為29.1m/s即104.76km/h，波浪按最大風速值計算，大伙房水庫的庫區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)累計頻率5%的波高：h5%=1.2m

2.2 水流

每個浮筒長度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

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

此時單個浮筒作用力為：∑P=4.92kN

安全系數取1.25，取6.5kN作為攔污柵設計受力最大荷載。

2.4 錨固計算

每隔120m分別在攔污柵兩側設置2個鐵錨，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

設計按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，估算錨重量為2t。

3 采用浮式攔污柵優點以及需要注意的問題

3.1 采用浮式攔污柵優點

采用浮式攔污柵有以下優點：

3.1.1 對懸浮垃圾攔截性強

浮式攔污柵設置后，能大面積攔截水面懸浮垃圾，降低水的過柵流速，有效增強對不規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。主要表現在2個方面：

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、生活的懸浮物，不會將懸浮物沖入水庫當中。

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，如果人工不能及時有效地清污，攔截的污染物會伴隨水流晃動，部分污染物隨水流流過浮式攔污柵，直接影響攔污效果，浮式攔污柵要經常進行人工清污以及維護，從而保證大伙房水庫的攔截效果。

4 結 語

大伙房水庫浮式攔污柵按照本文方法進行設計，現已建成超過半年,運行情況良好,攔污效果明顯。

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

日常的清污對攔污柵的攔截效果很重要，從環保角度來分析，污物長時間的堆積在進水口前對水質造成污染，而排泄至下游也是對下游河道的污染，所以在設攔污柵的同時，應配備必要的清污設備，從而保證水質的安全。

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

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

[3]張多鋒,張多嶺,時丕生,魏桂良.泵站人工清污攔污柵的改進[J].排灌機械，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，研究方向為水利施工技術。

TV62

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