金澤水庫攔污排與格柵清污機的組合應用

刁楠

(上海勘測設計研究院有限公司，上海 200434)

1 工程概況

金澤水庫工程位于上海市金澤鎮，黃浦江上游太浦河北岸，是上海市四大飲用水水源地之一。工程主要由引水河道、取水閘、水庫庫區、輸水泵站、環庫河道等組成。取水閘布置在引水河道南端，采用閘引方式引水。水庫總庫容910萬m3，其中應急備用庫容525萬m3。

2 攔污排與格柵清污機的組合應用

2.1 方案概述

金澤水庫自太浦河引水，流道中的污物一部分為水葫蘆等水生植物以及生活垃圾等漂浮物，另一部分為樹枝、樹根等懸浮物。在春夏季節，水葫蘆等水生植物在河道內大量繁殖并囤積，同時暴雨時上游短時間大量來污的情況頻發。為阻擋污物在水庫開閘引水期間順水流進入庫區，保證水庫的取水水質，在引水河道進口處需設置攔污清污設備，對污物進行及時有效的攔截和清理。

水利工程中常用的攔污設備有攔污柵和攔污排兩種。攔污柵作為應用較為廣泛的攔污設備，在多數工程中收效良好，但也有部分工程在單獨使用攔污柵的情況下清污效果不理想。例如：在短時間內大量來污等情況下，污物得不到及時清理會造成柵前污物堆積。攔污柵的阻塞一方面減少了過流面積、增大水頭損失，另一方面還會引起柵條變形和清污設備過載故障等。攔污排作為一種新型攔漂設備，主要功能是攔截水域表層的漂浮物。由于其吃水深度一般在1 m以內，因此無法阻擋水體深層的懸浮物流向下游。針對河道污物較多且存在短時間大量來污的情況，單獨使用攔污排顯然不能達到攔截所有污物的功效，而單獨使用攔污柵則勢必要進一步提升清污設備的清污能力，這既不經濟也不現實。而遵循“攔、導、清、排”綜合處理的理念，采用攔污排與攔污柵組合攔污清污的模式，則可大幅提升清污效率與成果。

此工程攔污清污方案為在引水河道進口前沿水域設置一道浮式攔污排，在其下游清污機工作橋處設置一道回轉式格柵清污機，進行組合式攔污清污。引水河道攔污排與格柵清污機平面布置見圖1。

根據取水閘的啟閉調度，日間開閘引水，攔污排先行攔截表層污物，避免污物嚴重堵塞下游格柵而影響水庫蓄水，同時格柵清污機開啟運行，對漂浮物和懸浮物進行進一步攔截與清理；夜間關閘，引水河道處于靜水狀態，攔污排前污物則順太浦河排向下游。攔污排和格柵清污機前的污物都能得到及時有效的清理。目前該工程已運行四年，引水河道污物攔、排、清的情況較為理想，未發生污物大量堆積、堵塞的情況。

圖1 引水河道攔污排與回轉式格柵清污機平面布置圖

2.2 浮式攔污排設計要點

攔污排的布置需綜合考慮地形與水流條件，在水流平順、地形利于水流導漂的位置布置攔污排更能充分發揮其攔漂、排漂的作用。綜合考慮此工程的地形條件、樞紐的整體布置以及工程的運行調度模式，浮式攔污排的總體布置如下：浮式攔污排布置在引水河道進口前沿水域，其軸線長度74.80 m，懸鏈線總長度76.00 m，矢高6.00 m。浮式攔污排的主牽引裝置采用鋼絲繩式主牽引，浮筒節與節之間通過卸扣連接，兩端錨定為活動式錨定，分別設置在左右岸的錨墩處。左右錨定連線與引水河道水流方向呈90°夾角。攔污排由浮排通過鎖扣串聯而成，單個浮排由浮筒、掛柵、通道、護欄等構件組成。

浮式攔污排排身采用雙浮筒式結構，浮筒下部設置固定掛柵。前后兩浮筒通過端部鋼梁連成一體，浮排頂面通道凈寬約800 mm，可供工作人員檢修和清污時行走。浮式攔污排掛柵采用固定式掛柵結構，用于阻攔水下一定深度的懸浮物，掛置于前浮筒迎水面一側，柵條采用扁鋼制成，掛柵長度1 990 mm，柵條間距140 mm。由于攔污排浮筒節與節之間以及浮筒與錨墩之間均設置尼龍軟網，以防止污物通過節間間隙進入庫區。浮式攔污排排身結構見圖2。

圖2 浮式攔污排排身結構圖

引水河道底板高程▽-2.00 m，浮式攔污排設計水位為▽1.83 m～▽4.10 m，水位變幅2.27 m。此水庫工程作為平原地區水庫，相較于山區水庫或者水電站工程，水位變幅比較小。為適應水庫的運行調度和水位變化，以及綜合考慮經濟、工藝等方面因素，攔污排的兩端錨頭采用鋼絲繩滑環結構的活動錨頭。在錨墩上設置上下兩個鉸座用以連接軸，鋼絲繩滑環套在軸上，并通過卸扣與攔污排主牽引鋼絲繩連接。通過鋼絲繩滑環在軸上滑動，攔污排便可隨水位變化上下浮動，以避免水位變化時兩端出現缺口。浮式攔污排端部錨定裝置見圖3。

浮式攔污排的主牽引裝置采用鋼絲繩式主牽引，其柔韌性較好，攔污排的整體構造也相對簡單。此外，攔污排浮筒節與節之間通過卸扣連接，從而形成了浮筒之間的相互約束，有效防止了單個浮筒的傾斜或翻轉。

由于引水河道有通航要求，攔污排設計考慮了通航時從中間位置解排，將左右兩片攔污排分別固定到左右岸翼墻上。為此，在引水河道中央設置一處地錨，通過鋼絲繩與攔污排主牽引鋼絲繩連接。中間地錨的設置在一定程度上限制了浮筒的水平位移，更利于攔污排導漂，也分擔了各浮筒上的環境荷載。此外，在浮式攔污排解排過程中，當船只牽引其中一片攔污排到翼墻側時，中間地錨還可起到暫時固定另一片攔污排的作用。

由于浮式攔污排設置在引水河道進口處，并且軸線與太浦河水流流向平行，當取水閘閘門關閉停止引水時，污物可隨太浦河水流排至太浦河下游。當無法及時關閉取水閘閘門進行排漂，使得漂浮物聚集過多時，則可由清污船打撈清污。

2.3 回轉式格柵清污機設計要點

此工程引水河道有通航要求，取水閘三孔跨度分別為7、14、7 m。取水閘中孔跨度較大，且上部水工建筑物的型式不利于攔污柵清污設備的布置和后期維護。因此攔污柵選擇布置在取水閘前的對內交通橋(即清污機橋)下。清污機橋在引水河道范圍內(跨度40 m)無閘墩，總孔口尺寸為40.00 m×10.01 m(寬×垂直高)。鑒于孔口跨度較大且側向無閘墩作為支承，攔污柵的結構需選擇上下支承的型式。攔污柵機械清污機常用的有耙斗式清污機、抓斗式清污機和回轉式格柵清污機等，綜合考慮此工程的孔口尺寸、垃圾類型以及運行調度的便利性，選擇回轉式格柵清污機作為第二道攔污清污設備。格柵清污機布置見圖4。

回轉式格柵清污機安裝在清污機橋上游側清污平臺上，共15臺，每臺清污機寬度為2.65 m。格柵清污機柵條間距100 mm，用以攔截更小的污物。格柵清污機支鉸直接擱置在12.00 m高程的埋件上，格柵清污機底部擱置在底孔預埋件上。由于相鄰格柵清污機之間間隙較小，格柵清污機的電動機采用內置式，安裝在清污機構墻板背后。在12.00 m高程、回轉式清污機后，設有皮帶輸送機，將清污機清理的污物直接輸送至停靠在皮帶機端頭下方的污物清運車輛上外運。

圖4 回轉式格柵清污機布置圖

由于格柵清污機安裝位置處于流道喇叭口處，兩端各有三角形缺口，需設置相應尺寸的固定柵通過膨脹螺栓固定到翼墻上，防止污物從缺口流向下游。格柵清污機的檢修維護可通過清污機橋上的臨時起吊設備，如：汽車吊等提出孔口進行。

3 結語

水利工程中，在流道來污量大而集中的情況下，僅設置一道攔污柵難以保證污物的有效攔截與及時清理。可根據工程實際在攔污柵前增設一道攔污排，進行組合式的攔污與清污。金澤水庫工程取水閘引水河道即采用了浮式攔污排與回轉式格柵清污機相結合的模式，“攔、排、清”效果良好，為同類型平原河網地區水庫工程提供了可借鑒的經驗。