漢江興隆水利樞紐漂浮物調查及治理措施

摘 要：興隆水利樞紐工程位于漢江下游，壩址區地勢平坦，河道斷面開闊，漂浮物種類多且組成復雜。漂浮物問題若處理不當，會阻擾水電站正常進流，造成發電水頭損失，降低工程運行效率，且容易引起漢江中下游水體污染。調查分析了興隆庫區漂浮物的成因、特點及輸移規律，根據“攔、導、清”治理思路，基于水工及河工模型開展了漂浮物治理試驗。采用攔漂排、攔污柵及清污機械等綜合治理措施進行了實踐應用，取得了良好的工程應用效果。

關鍵詞：漂浮物；輸移規律；興隆水利樞紐工程

中圖分類號：TV698.2" " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " " 文獻標志碼：A

0 引言

受城市快速發展、水域活動增多等因素影響，我國水電站漂浮物問題較為突出，壩前漂浮物問題已經成為影響水電站安全生產運行、污染周邊生態環境的重要問題之一[1]。數量龐大、種類復雜的漂浮物通過多種渠道進入庫區水面并在壩前匯集堆積[2]，給清理維護工作帶來巨大壓力。漂浮物治理若進度滯后或效果不好，往往會降低發電效率、影響水電站穩定運行和航道通行安全，嚴重時還會造成水域環境污染[3-4]。植被綠化、社會經濟活動增強等都會增加漂浮物的數量，流域面積越大、水量越豐富的河流漂浮物越多[5]。為充分發揮電站發電效益，保障工程安全運行，改善河道自然環境及航運條件，必須采取合適的治漂方式對漂浮物進行有效處理，提升治漂效果。如葛洲壩[6]、三峽[7]、碾盤山[8]、大藤峽[9]、梨園[10]、小浪底[11]等工程均采取了實用的治漂措施，高效安全地治理漂浮物。

興隆水利樞紐位于漢江下游湖北省潛江、天門市境內，上距丹江口水利樞紐378.3 km，下距漢江河口273.7 km，是南水北調中線一期工程漢江中下游四項治理工程之一。工程主要由進水及尾水建筑物、機組段及安裝場、防（排）沙及防（排）漂建筑物、防沖設施等組成。廠房布置于漢江右側主河槽內，左側連接泄水閘門，右側緊挨船閘擋水連接段。

秋汛是漢江的特點[12]，汛期上游和周邊大量漂浮物匯入庫區并在壩前堆積，漂浮物組成復雜、種類多，歷時長，若漂浮物問題處理不當，會嚴重降低工程效率、影響水體質量。解決好興隆水利樞紐漂浮物治理問題，不僅能確保興隆水利樞紐安全穩定運行，對改善漢江下游環境質量也具有重要意義。

1 興隆水利樞紐漂浮物調查

1.1 漂浮物來源及特點

興隆壩區地勢平坦，河道斷面寬闊，正常蓄水位（高程36.20 m）以下河槽寬約700 m。主河槽位于河道偏右側，左側為寬度1 400 m的低-高漫灘，右側為寬約700 m的高漫灘。從興隆壩址至上一梯級碾盤山樞紐，漢江沿岸分布著大小民垸14個。調查分析表明，壩前漂浮物（見圖1）主要來源于4個方面。

（1）野生植物及農作物。漢江興隆樞紐江段水生植物資源豐富，以挺水植物群落植物為主，主要是蘆葦、香蒲等，沉水植物主要是狐尾藻。陸生植物主要包括邊坡雜草、灘地農作物等。在庫區豐水期，江岸邊坡受水流浸潤軟化，土質松動，雜草和農作物進入水體形成漂浮物。特別是在夏秋汛期，在洪峰沖刷作用下，上游植物類漂浮物大量聚集，成為興隆水利樞紐壩前漂浮物的主要組成部分。這類漂浮物具有體積大、易漂浮或懸浮的特點，極易聚集于壩前形成阻塞，對攔污柵的破壞最大。

（2）生活垃圾排放。由于漢江沿線少數居民環保意識不足，將生活垃圾直接倒入江中，從而產生塑料漂浮物，或將垃圾隨意堆放于岸坡，降雨時這些垃圾隨水體流動，進入江內成為漂浮物。隨著環保理念增強和基礎設施改善，生活垃圾類漂浮物會逐漸減少。

（3）船舶通航活動。漢江興隆段承擔較重的通航任務，過往貨運及客運船舶較多。部分船舶排放的生活垃圾、廢棄污物等進入庫區水域，導致漂浮物產生。這類漂浮物可通過加強水上運輸監管予以減少。

（4）沿線水域支流匯集。興隆水利樞紐距離上游丹江口水庫378.3 km，該段支流廣泛分布，各支流產生的植物、垃圾等隨水體運動匯入漢江干流，在最下一級的興隆水電站富集，導致較多漂浮物產生。

1.2 漂浮物輸移規律及影響

興隆電站廠房位于漢江右側主河槽彎道凹岸，引水渠進口在凹岸起始端，上游漂浮物沿漢江主流進入電站引水渠內。對興隆水利樞紐漂浮物進行了相關調查研究，結果表明，12—2月為冬季枯水期，江面漂浮物分布較少，以水草、秸桿為主，漂浮物分散于江面，并多沿兩側河槽順流而下，右側主河槽偏多。進入3月后，草類植物開始迅猛生長，江面上漂浮物呈幾何倍數增加，漂浮物多隨河床右側主流行進。漢江流域汛期歷時一般為2個月，洪峰最長歷時約為28 d，當汛期流量超過5 000 m3/s時，河水開始上灘，裹挾著漫灘上大量雜草及農作物漂向下游，漂浮物量較大時，遍布整個江面。如果不能及時清理漂浮物，會直接削減電站進水口流量，造成發電水頭損失，在雜物較多超出常規清運能力時，4#機進水口攔污柵處堆積的漂浮物實測可影響發電水頭0.5 m以上（約為毛水頭的10%）。此外，漂浮物堆積在進水口攔污柵也會對進水流態造成影響，導致機組振動變大、轉輪室進氣等不良現象產生，嚴重時只能停機清理。

2 興隆水利樞紐漂浮物治理方案

2.1 治理思路

興隆水利樞紐漂浮物治理采用“攔、導、清”的綜合治理思路。主要依靠攔漂排攔截作用，將電站運行期絕大部分漂浮物有效攔截。漢江漂浮物主要為水草及其他植物，一般都浮于水面，而攔漂排的耙齒深入水下約1 m，齒間距10 cm，采用攔漂排進行攔截效果明顯。對比攔漂排清理及攔污柵前清理漂浮物數量，非汛期時段，攔漂排能攔截90%以上的漂浮物。攔截的漂浮物可以通過機械或人工作業清運處理。

對于汛期來不及打撈清理的漂浮物，結合樞紐運行調度，打開左側緊鄰廠房3#—4#機組的1#—2#泄水閘排漂孔，利用攔漂排的導向作用，排向下游，從而較快地處理大量漂浮物，攔漂排距1#—2#泄水閘排漂孔距離很近，船只僅需將漂浮物推行約30 m即可引導漂浮物隨水流往泄水閘側移動，通過排漂孔排向下游。

停留在電站進水口前沿的漂浮物采用門式啟閉機回轉吊操作液壓式清污抓斗和清污機進行清除。日常漂浮物較少時懸掛式清污機可以快速轉運攔污柵前的漂浮物，汛期雜物較多時堆積密度過大，因懸掛式清污機自重較小，無法有效抓取，一般用移動式清污機處理。在處理大團的水草或樹木時使用門機液壓抓斗有較好的效果。

2.2 試驗研究

在興隆水利樞紐水工及河工模型試驗中對樞紐建成運行后漂浮物在壩前的運行軌跡進行了研究（見圖2）。結果表明，漂浮物運行軌跡為由漢江右側主河槽進入電站引水渠凹岸。在枯水期，機組發電流量不大，廠前流速較小，進入電站引水渠的漂浮物數量較少，位于進水口壩頂平臺的清污機械可及時清除漂浮物，不會影響電站流道正常取水。進入汛期，樞紐上游流量增大，漂浮物數量逐漸增加，隨著電站引用流量增大，大量漂浮物順右側主流向電站進水口匯集，壩頂平臺清污設備無法滿足柵前清污需求，因此在電站引水渠處增設攔漂排，以防止電站進水口前擁塞。攔漂排軸線與壩軸線交角大于30°時，攔漂排前的漂浮物采用船只清污、人工撈取等方式及時清理。攔漂排具有一定導向作用，可將匯集于攔漂排前的部分漂污物導入1#—2#泄水閘的排漂孔，排向下游。當流量超過4 010 m3/s時，樞紐上下游水頭差1.8 m（機組凈水頭）時機組停止運行，電站機組全部停機后不再有水流到電站，漂浮物隨水流到泄水閘，全部通過泄水閘排向下游；上游水位超過38.0 m后，少量漂浮物能夠繞過攔漂排，經電站引水渠右側高漫灘進入廠前，這些漂浮物主要依靠廠房進水口前清污設備打撈清理。

2.3 治理措施

結合“攔、導、清”的治理思路，對興隆水利樞紐治漂采用的綜合措施主要包括布置引水渠前沿攔漂排、廠房進水口攔污柵及清污機械等，如圖3、圖4所示。

2.3.1 攔漂排

攔漂排布置在電站引水渠內，攔漂排左接泄水閘上右翼墻，右接引水渠漫灘邊坡，使電站進口前引水渠在正常蓄水位以下形成封閉，以確保電站正常取水運行。結合試驗成果，攔漂排采用斜向布置，軸線與壩軸線成30°夾角，其近點上距電站進水口前沿約45 m，總長約200 m，有效攔污水位為高程36.2～41.2 m。攔漂排左右側分別懸掛于電站引水渠兩側的1#和2#攔漂排墩上，1#、2#攔漂排墩之間設有水下鋼攬拉索，一側系于引水渠平整段外埋設的錨墩上。整個攔漂排由31節鋼浮箱和平衡浮箱、鋼格柵、系排墩、上游水底系排樁及鋼纜拉索等組成，鋼浮箱和平衡浮箱節間以鋼環連接，鋼浮箱按吃水深度0.8 m控制。

2.3.2 攔污柵及清污機械

電站每臺機組進口為2孔，4臺機組共8孔，孔口尺寸為6.55 m×20.8 m。攔污柵設計為固定斜面格柵式，布置于檢修閘門的流道內，與水平面成75°斜向布置。

電站采用機械清污。每年汛期漂浮物來量較多，除通過壩頂門式啟閉機回轉吊操作液壓式清污抓斗清除水面漂浮物外，另設置了1臺懸掛移動式液壓抓斗全自動清污機和1臺地面移動式清污機進行清污。

廠房進水口壩頂平臺上布置1臺門機，設有回轉吊，用于操作清污抓斗，清除攔污柵前水域的水面漂污物，并可用于攔污柵的檢修。吸附在攔污柵上的漂污物主要通過1臺2×100 kN傾斜耙斗地面移動式清污機和1臺懸掛耙斗（包括兩套30 kN耙斗）移動式全自動清污機清理。清污機安裝在高程44.7 m處廠房進水口壩頂平臺的軌道頂面上，沿壩軸線方向運行，上下自由活動。

3 工程應用效果

興隆水利樞紐工程運行10年來的監測情況表明，電站運行期漂浮物仍以雜草、樹木、白色垃圾及漁網等雜物為主。隨著庫區上游城鎮經濟發展，居民的生產、生活以及河道通航等活動產生的地膜、模塊等大表面積垃圾有增多的趨勢。大量漂浮物多隨水流向電站前沿匯聚，在雨季則更為明顯。結合“攔、導、清”治理思路，將攔漂排、攔污柵及清污機械等綜合治理措施在興隆水利樞紐進行了工程應用。對于攔漂排前的漂污物，根據漂污物數量，采用清污船只與人工撈取方式在攔漂排上游江面進行定期集中清理，水草類漂浮物采用清污船只集中清理，而汛期各類生活廢棄漂浮物較少集中在攔漂排附近，可以采用人工撈取方式清理。受攔漂排鋼絲索弧線線性曲率較大以及大風波浪等因素影響，部分雜物穿越攔漂排至電站進水口前，對于這類漂浮物，通過壩頂門機清污抓斗和傾斜式耙斗清污機進行柵前清理。

2017年9月底，漢江經歷較大秋汛，現場情況表明，經處理后，整個汛期從引水渠右側高漫灘進入電站前的漂污物數量較少（見圖5），基本解決了電站進水口污物堵塞問題，提高了運行效率，漂浮物治理效果明顯，漂浮物未對電站正常運行造成影響。

4 結論及建議

（1）興隆水利樞紐漂浮物以野生植物和農作物為主，其余由沿線居民活動產生。漂浮物主要在汛期大量聚集，聚集部位多為水流平緩區、回流區、水勢變層區。

（2）采用布置引水渠前沿攔漂排、廠房進水口攔污柵及清污機械的綜合治理措施后，壩前漂浮物數量顯著減少，確保了電站正常運行，可為類似工程治漂提供參考。

（3）工程運行多年后，漂浮物治理狀況總體良好。建議后續針對部分漂浮物會直接從攔漂排兩端錨固位置的較長空缺段進入壩前的問題進行改進，可考慮在護坡段采用固定式攔網，在導流墻錨固墩處加裝滑軌，在上述護坡段和導流墻處分別新增一節攔漂排。

參考文獻：

[1] 黃斌.水電站壩前漂浮物治理方式及再利用優化建議：以溪洛渡水電站為例[D].宜昌：三峽大學，2020.

[2] 楊洋. 水電站壩前漂浮物清理安全管理控制要點[J]. 云南水力發電，2022，38（10）：253-256.

[3] 蔡瑩，唐祥甫，蔣文秀. 河道漂浮物對工程影響及研究現狀[J]. 長江科學院院報，2013，30（8）：84-89.

[4] 張馨月，高千紅，閆金波，等. 三峽水庫近壩段水面漂浮物對水質的影響[J]. 湖泊科學，2020，32（3）：609-618.

[5] 蔡瑩，溫樂天，石浩洋. 發揮河勢水力作用 改進大型河道型水庫清漂方式[J]. 長江技術經濟，2023，7（1）：57-62.

[6] 李學海，平功勛，陳素紅等. 葛洲壩樞紐漂浮物現狀調查及治理對策探討[J]. 人民長江，2008，39（13）：57-59.

[7] 成金海，陳紅芳，李騰，等. 三峽庫區水面漂浮物清理及水庫來漂量演化分析[J]. 人民長江，2022，53（增刊1）：10-15．

[8] 李鎮江，羅斌，韋啟升，等. 大藤峽水利樞紐工程治漂方式研究與實踐[J]. 人民珠江，2023，44（增刊2）：450-455.

[9] 蔡瑩，李書友，黃明海. 漢江碾盤山電站水力一體攔導漂排設計研究[J]. 長江科學院院報，2021，38（10）：99-103，111.

[10] 周江，楊志虎，熊靜，等. 大型水電站水庫漂浮物環保處置方式[J]. 云南水力發電，2022，38（增刊1）：92-94.

[11] 于永軍，楊利鋒，王磊. 生態文明視角下小浪底水庫漂浮物管控探析[J]. 水資源開發與管理，2024（5）：60-64，84.

[12]張正有，程勇. 關于解決丹江口庫區清漂問題的建議[J]. 水政水資源，2020（5）：22-23.

Investigation and Treatment of Floating Debris in Xinglong Hydro-junction on Hanjiang River

LIU Xiaojiang1，LI Wei2，XIE Hongbing1

（1. Changjiang Survey，Planning，Design and Research Co.，Ltd.，Wuhan 430000，China；2. Hubei Hanjiang Xinglong Hydro-junction Administration，Wuhan 430000，China）

Abstract：Xinglong Hydro-junction Project is located in the lower reaches of the Hanjiang River，with flat terrain and broad river section at the dam site. The floating debris on the river are diverse and complex. Inappropriate handling of these floating debris will block the normal inflow of hydropower station and cause power generation head loss，reduce the operation efficiency of the project，and easily lead to water pollution in the middle and lower reaches of the Hanjiang River. We investigated the causes，characteristics and transport rules of floating debris in Xinglong Reservoir area. Following the treatment idea of“blocking，guiding，and cleaning”，we conducted floating debris treatment experiment based on hydraulic and river engineering model. Comprehensive treatment measures such as float blocking，trash rack and trash-cleaning machinery were applied in practice，and favorable effects were obtained.

Key words：floating debris；transport rules；Xinglong Hydro-junction Project

作者簡介：劉小江，男，高級工程師，本科，主要從事水利水電工程設計工作。E-mail：liuxiaojiang@cjwsjy.com.cn