金泽水库拦污排与格栅清污机的组合应用

刁楠

(上海勘测设计研究院有限公司，上海 200434)

1 工程概况

金泽水库工程位于上海市金泽镇，黄浦江上游太浦河北岸，是上海市四大饮用水水源地之一。工程主要由引水河道、取水闸、水库库区、输水泵站、环库河道等组成。取水闸布置在引水河道南端，采用闸引方式引水。水库总库容910万m3，其中应急备用库容525万m3。

2 拦污排与格栅清污机的组合应用

2.1 方案概述

金泽水库自太浦河引水，流道中的污物一部分为水葫芦等水生植物以及生活垃圾等漂浮物，另一部分为树枝、树根等悬浮物。在春夏季节，水葫芦等水生植物在河道内大量繁殖并囤积，同时暴雨时上游短时间大量来污的情况频发。为阻挡污物在水库开闸引水期间顺水流进入库区，保证水库的取水水质，在引水河道进口处需设置拦污清污设备，对污物进行及时有效的拦截和清理。

水利工程中常用的拦污设备有拦污栅和拦污排两种。拦污栅作为应用较为广泛的拦污设备，在多数工程中收效良好，但也有部分工程在单独使用拦污栅的情况下清污效果不理想。例如：在短时间内大量来污等情况下，污物得不到及时清理会造成栅前污物堆积。拦污栅的阻塞一方面减少了过流面积、增大水头损失，另一方面还会引起栅条变形和清污设备过载故障等。拦污排作为一种新型拦漂设备，主要功能是拦截水域表层的漂浮物。由于其吃水深度一般在1 m以内，因此无法阻挡水体深层的悬浮物流向下游。针对河道污物较多且存在短时间大量来污的情况，单独使用拦污排显然不能达到拦截所有污物的功效，而单独使用拦污栅则势必要进一步提升清污设备的清污能力，这既不经济也不现实。而遵循“拦、导、清、排”综合处理的理念，采用拦污排与拦污栅组合拦污清污的模式，则可大幅提升清污效率与成果。

此工程拦污清污方案为在引水河道进口前沿水域设置一道浮式拦污排，在其下游清污机工作桥处设置一道回转式格栅清污机，进行组合式拦污清污。引水河道拦污排与格栅清污机平面布置见图1。

根据取水闸的启闭调度，日间开闸引水，拦污排先行拦截表层污物，避免污物严重堵塞下游格栅而影响水库蓄水，同时格栅清污机开启运行，对漂浮物和悬浮物进行进一步拦截与清理；夜间关闸，引水河道处于静水状态，拦污排前污物则顺太浦河排向下游。拦污排和格栅清污机前的污物都能得到及时有效的清理。目前该工程已运行四年，引水河道污物拦、排、清的情况较为理想，未发生污物大量堆积、堵塞的情况。

图1 引水河道拦污排与回转式格栅清污机平面布置图

2.2 浮式拦污排设计要点

拦污排的布置需综合考虑地形与水流条件，在水流平顺、地形利于水流导漂的位置布置拦污排更能充分发挥其拦漂、排漂的作用。综合考虑此工程的地形条件、枢纽的整体布置以及工程的运行调度模式，浮式拦污排的总体布置如下：浮式拦污排布置在引水河道进口前沿水域，其轴线长度74.80 m，悬链线总长度76.00 m，矢高6.00 m。浮式拦污排的主牵引装置采用钢丝绳式主牵引，浮筒节与节之间通过卸扣连接，两端锚定为活动式锚定，分别设置在左右岸的锚墩处。左右锚定连线与引水河道水流方向呈90°夹角。拦污排由浮排通过锁扣串联而成，单个浮排由浮筒、挂栅、通道、护栏等构件组成。

浮式拦污排排身采用双浮筒式结构，浮筒下部设置固定挂栅。前后两浮筒通过端部钢梁连成一体，浮排顶面通道净宽约800 mm，可供工作人员检修和清污时行走。浮式拦污排挂栅采用固定式挂栅结构，用于阻拦水下一定深度的悬浮物，挂置于前浮筒迎水面一侧，栅条采用扁钢制成，挂栅长度1 990 mm，栅条间距140 mm。由于拦污排浮筒节与节之间以及浮筒与锚墩之间均设置尼龙软网，以防止污物通过节间间隙进入库区。浮式拦污排排身结构见图2。

图2 浮式拦污排排身结构图

引水河道底板高程▽-2.00 m，浮式拦污排设计水位为▽1.83 m～▽4.10 m，水位变幅2.27 m。此水库工程作为平原地区水库，相较于山区水库或者水电站工程，水位变幅比较小。为适应水库的运行调度和水位变化，以及综合考虑经济、工艺等方面因素，拦污排的两端锚头采用钢丝绳滑环结构的活动锚头。在锚墩上设置上下两个铰座用以连接轴，钢丝绳滑环套在轴上，并通过卸扣与拦污排主牵引钢丝绳连接。通过钢丝绳滑环在轴上滑动，拦污排便可随水位变化上下浮动，以避免水位变化时两端出现缺口。浮式拦污排端部锚定装置见图3。

浮式拦污排的主牵引装置采用钢丝绳式主牵引，其柔韧性较好，拦污排的整体构造也相对简单。此外，拦污排浮筒节与节之间通过卸扣连接，从而形成了浮筒之间的相互约束，有效防止了单个浮筒的倾斜或翻转。

由于引水河道有通航要求，拦污排设计考虑了通航时从中间位置解排，将左右两片拦污排分别固定到左右岸翼墙上。为此，在引水河道中央设置一处地锚，通过钢丝绳与拦污排主牵引钢丝绳连接。中间地锚的设置在一定程度上限制了浮筒的水平位移，更利于拦污排导漂，也分担了各浮筒上的环境荷载。此外，在浮式拦污排解排过程中，当船只牵引其中一片拦污排到翼墙侧时，中间地锚还可起到暂时固定另一片拦污排的作用。

由于浮式拦污排设置在引水河道进口处，并且轴线与太浦河水流流向平行，当取水闸闸门关闭停止引水时，污物可随太浦河水流排至太浦河下游。当无法及时关闭取水闸闸门进行排漂，使得漂浮物聚集过多时，则可由清污船打捞清污。

2.3 回转式格栅清污机设计要点

此工程引水河道有通航要求，取水闸三孔跨度分别为7、14、7 m。取水闸中孔跨度较大，且上部水工建筑物的型式不利于拦污栅清污设备的布置和后期维护。因此拦污栅选择布置在取水闸前的对内交通桥(即清污机桥)下。清污机桥在引水河道范围内(跨度40 m)无闸墩，总孔口尺寸为40.00 m×10.01 m(宽×垂直高)。鉴于孔口跨度较大且侧向无闸墩作为支承，拦污栅的结构需选择上下支承的型式。拦污栅机械清污机常用的有耙斗式清污机、抓斗式清污机和回转式格栅清污机等，综合考虑此工程的孔口尺寸、垃圾类型以及运行调度的便利性，选择回转式格栅清污机作为第二道拦污清污设备。格栅清污机布置见图4。

回转式格栅清污机安装在清污机桥上游侧清污平台上，共15台，每台清污机宽度为2.65 m。格栅清污机栅条间距100 mm，用以拦截更小的污物。格栅清污机支铰直接搁置在12.00 m高程的埋件上，格栅清污机底部搁置在底孔预埋件上。由于相邻格栅清污机之间间隙较小，格栅清污机的电动机采用内置式，安装在清污机构墙板背后。在12.00 m高程、回转式清污机后，设有皮带输送机，将清污机清理的污物直接输送至停靠在皮带机端头下方的污物清运车辆上外运。

图4 回转式格栅清污机布置图

由于格栅清污机安装位置处于流道喇叭口处，两端各有三角形缺口，需设置相应尺寸的固定栅通过膨胀螺栓固定到翼墙上，防止污物从缺口流向下游。格栅清污机的检修维护可通过清污机桥上的临时起吊设备，如：汽车吊等提出孔口进行。

3 结语

水利工程中，在流道来污量大而集中的情况下，仅设置一道拦污栅难以保证污物的有效拦截与及时清理。可根据工程实际在拦污栅前增设一道拦污排，进行组合式的拦污与清污。金泽水库工程取水闸引水河道即采用了浮式拦污排与回转式格栅清污机相结合的模式，“拦、排、清”效果良好，为同类型平原河网地区水库工程提供了可借鉴的经验。