刁楠

(上海勘測設(shè)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(zhèn)，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(qū)、輸水泵站、環(huán)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(yīng)急備用庫容525萬m3。

2 攔污排與格柵清污機(jī)的組合應(yīng)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(jié)，水葫蘆等水生植物在河道內(nèi)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(fā)。為阻擋污物在水庫開閘引水期間順?biāo)鬟M(jìn)入庫區(qū)，保證水庫的取水水質(zhì)，在引水河道進(jìn)口處需設(shè)置攔污清污設(shè)備，對污物進(jìn)行及時有效的攔截和清理。

水利工程中常用的攔污設(shè)備有攔污柵和攔污排兩種。攔污柵作為應(yīng)用較為廣泛的攔污設(shè)備，在多數(shù)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(nèi)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(shè)備過載故障等。攔污排作為一種新型攔漂設(shè)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(nèi)，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(dá)到攔截所有污物的功效，而單獨使用攔污柵則勢必要進(jìn)一步提升清污設(shè)備的清污能力，這既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實。而遵循“攔、導(dǎo)、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(jìn)口前沿水域設(shè)置一道浮式攔污排，在其下游清污機(jī)工作橋處設(shè)置一道回轉(zhuǎn)式格柵清污機(jī)，進(jìn)行組合式攔污清污。引水河道攔污排與格柵清污機(jī)平面布置見圖1。

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

圖1 引水河道攔污排與回轉(zhuǎn)式格柵清污機(jī)平面布置圖

2.2 浮式攔污排設(shè)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(dǎo)漂的位置布置攔污排更能充分發(fā)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(yùn)行調(diào)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(jìn)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(jié)與節(jié)之間通過卸扣連接，兩端錨定為活動式錨定，分別設(shè)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(lián)而成，單個浮排由浮筒、掛柵、通道、護(hù)欄等構(gòu)件組成。

浮式攔污排排身采用雙浮筒式結(jié)構(gòu)，浮筒下部設(shè)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(jié)構(gòu)，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(cè)，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(jié)與節(jié)之間以及浮筒與錨墩之間均設(shè)置尼龍軟網(wǎng)，以防止污物通過節(jié)間間隙進(jìn)入庫區(qū)。浮式攔污排排身結(jié)構(gòu)見圖2。

圖2 浮式攔污排排身結(jié)構(gòu)圖

引水河道底板高程▽-2.00 m，浮式攔污排設(shè)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(qū)水庫，相較于山區(qū)水庫或者水電站工程，水位變幅比較小。為適應(yīng)水庫的運(yùn)行調(diào)度和水位變化，以及綜合考慮經(jīng)濟(jì)、工藝等方面因素，攔污排的兩端錨頭采用鋼絲繩滑環(huán)結(jié)構(gòu)的活動錨頭。在錨墩上設(shè)置上下兩個鉸座用以連接軸，鋼絲繩滑環(huán)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(huán)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(xiàn)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(gòu)造也相對簡單。此外，攔污排浮筒節(jié)與節(jié)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(zhuǎn)。

由于引水河道有通航要求，攔污排設(shè)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(shè)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(shè)置在一定程度上限制了浮筒的水平位移，更利于攔污排導(dǎo)漂，也分擔(dān)了各浮筒上的環(huán)境荷載。此外，在浮式攔污排解排過程中，當(dāng)船只牽引其中一片攔污排到翼墻側(cè)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(shè)置在引水河道進(jìn)口處，并且軸線與太浦河水流流向平行，當(dāng)取水閘閘門關(guān)閉停止引水時，污物可隨太浦河水流排至太浦河下游。當(dāng)無法及時關(guān)閉取水閘閘門進(jìn)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(zhuǎn)式格柵清污機(jī)設(shè)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(shè)備的布置和后期維護(hù)。因此攔污柵選擇布置在取水閘前的對內(nèi)交通橋(即清污機(jī)橋)下。清污機(jī)橋在引水河道范圍內(nèi)(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(cè)向無閘墩作為支承，攔污柵的結(jié)構(gòu)需選擇上下支承的型式。攔污柵機(jī)械清污機(jī)常用的有耙斗式清污機(jī)、抓斗式清污機(jī)和回轉(zhuǎn)式格柵清污機(jī)等，綜合考慮此工程的孔口尺寸、垃圾類型以及運(yùn)行調(diào)度的便利性，選擇回轉(zhuǎn)式格柵清污機(jī)作為第二道攔污清污設(shè)備。格柵清污機(jī)布置見圖4。

回轉(zhuǎn)式格柵清污機(jī)安裝在清污機(jī)橋上游側(cè)清污平臺上，共15臺，每臺清污機(jī)寬度為2.65 m。格柵清污機(jī)柵條間距100 mm，用以攔截更小的污物。格柵清污機(jī)支鉸直接擱置在12.00 m高程的埋件上，格柵清污機(jī)底部擱置在底孔預(yù)埋件上。由于相鄰格柵清污機(jī)之間間隙較小，格柵清污機(jī)的電動機(jī)采用內(nèi)置式，安裝在清污機(jī)構(gòu)墻板背后。在12.00 m高程、回轉(zhuǎn)式清污機(jī)后，設(shè)有皮帶輸送機(jī)，將清污機(jī)清理的污物直接輸送至?？吭谄C(jī)端頭下方的污物清運(yùn)車輛上外運(yùn)。

圖4 回轉(zhuǎn)式格柵清污機(jī)布置圖

由于格柵清污機(jī)安裝位置處于流道喇叭口處，兩端各有三角形缺口，需設(shè)置相應(yīng)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(jī)的檢修維護(hù)可通過清污機(jī)橋上的臨時起吊設(shè)備，如：汽車吊等提出孔口進(jìn)行。

3 結(jié)語

水利工程中，在流道來污量大而集中的情況下，僅設(shè)置一道攔污柵難以保證污物的有效攔截與及時清理?？筛鶕?jù)工程實際在攔污柵前增設(shè)一道攔污排，進(jìn)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(zhuǎn)式格柵清污機(jī)相結(jié)合的模式，“攔、排、清”效果良好，為同類型平原河網(wǎng)地區(qū)水庫工程提供了可借鑒的經(jīng)驗。