大伙房水库浮式拦污栅设计施工方案分析

吴长江

(辽宁润中供水有限责任公司，沈阳 110166)

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大伙房水库浮式拦污栅设计施工方案分析

吴长江

(辽宁润中供水有限责任公司，沈阳 110166)

水库拦污栅设计主要根据实际情况需要进行合理设计，经过实际分析大伙房水库采用了浮式拦污栅对水库进行拦污。文章以大伙房水库浮式拦污栅为例，论述了浮式拦污栅在大伙房水库水利工程中的应用，并提出浮式拦污栅的设计方案，介绍了浮式拦污栅设计方案中选址、设计原则、布置、设备组成以及对大伙房水库浮式拦污栅荷载进行计算，这种浮式拦污方法可以为受水面漂浮物困扰的水库选择试用。

大伙房水库；浮式拦污栅；设备组成；设计原则；施工方案

0 引 言

大伙房水库作为辽宁中部城市中最为重要的水源涵养地和供水基地，抚顺市政府非常重视水库以及汇水区、输水区的水环境保护工作，政府近几年采取了不同方式的保护措施，加大了对水源的综合治理，并取得成效，区域环境状况得到真正的改善。但是随着大伙房水库周围环境的变化以及上游地区工农业、种植业、畜禽养殖业和旅游业的不断进步发展，城镇和农村居民生活水平的快速提高，输入水库的污染负荷呈逐年上升的趋势。

如果再不采取措施进行治理，水质安全得不到保证。

因此，大伙房水库拦污工程是抚顺市政府关于湖泊生态环境保护试点方案中最重要的水利工程。在大伙房水库内设置隔离网对固体漂浮污染物进行有效隔离，并进行人工打捞，大伙房水库拦污工程是为了有效拦截大型漂浮物。

利用河道及入库口荒滩地，按照洪水特征对前置库进行设计，可以通过消能、分选、沉淀对大部分悬浮物进行截留，对这些污染物进行过滤和自然生化分解、降解，减轻洪水和污染物对大伙房水库的淤积。

1 大伙房水库浮式拦污栅设计概况

大伙房水库浮式拦污栅设计概况主要有以下4个方面：大伙房水库浮式拦污栅的选址、大伙房水库浮式拦污栅的设计原则、大伙房水库浮式拦污栅的布置和大伙房水库浮式拦污栅所需的设备组成。

1.1 大伙房水库浮式拦污栅的选址

大伙房水库拦污工程主要在水库库区内设置浮式拦污栅，两端浮式固定点的坐标分别为A坐标点：41.9172°、124.2334°；B坐标点：41.9102°、124.2541°，AB两点间距离1900m。

1.2 大伙房水库浮式拦污栅的设计原则

根据大伙房水库所在的地理位置、水库周围的环境、周边的经济情况以及施工状况等因素进行科学的对比分析，选取A、B两个坐标点之间的直线距离约为1900m。

为有效减小拦污栅侧向剪切力，采取弧形布置对拦污栅进行设计，采用两道拦污网进行拦截。

两道拦污网的位置主要设计在浮筒的两侧，采用钢丝绳进行串联，固定在两岸固定端上，这样能够降低固定端的拉力，在拦污网两侧分别设置铁锚沉至江底加以固定。

1.3 大伙房水库浮式拦污栅的布置

在大伙房水库A坐标点与B坐标点之间设置一道浮式拦污栅对上游污物进行拦截。拦污栅主要采用拦截、清污综合治理方案进行设计。将大伙房水库上游水域表面的漂浮物进行大部分拦截，再采用清污船进行人工清污，达到彻底清除漂浮物的目的，从而降低拦污栅的压力，同时保证该水域的清洁美观[1]。

根据大伙房水库的总体布置，再结合当地泄洪调度情况和大伙房水库周围地形对其进行综合分析，采用浮式拦污栅的布置设计，布置方式采用弧形布置。

由于大伙房水库中漂浮物来量的随机性非常大，当漂浮物来量如果超过了拦污栅承受能力时，浮式拦污栅有可能出现断开的事故。

为了保证浮式拦污栅的安全，不允许浮式拦污栅出现断开情况，因此水库工作人员必须及时清污降低浮式拦污栅的压力。

1.4 大伙房水库浮式拦污栅所需的设备组成

浮式拦污栅的设备组成主要是浮筒结构、固定端及其埋件、锚绳、铁锚、聚乙烯网等[2]。

1.4.1 浮筒结构

工程主要采用双浮筒结构进行设计，Φ0.5m×2.6m为浮筒尺寸，采用聚乙烯材料。浮筒上架设钢架，1.40m×2.65m为钢架外形尺寸，内分3栏，两侧分栏大小均为0.40m×2.65m，此外在钢架两端焊接两个环扣，钢架材料选择1.5寸镀锌钢管。钢架从上端架设在浮筒上，用尼龙绳将钢架和浮筒进行捆绑。

1.4.2 固定方式

固定方式主要有以下2种：端部固定和中间固定。

1.4.2.1 端部固定

浮式拦污栅端部固定方式要适应水位变化，考虑到经济、施工方便等因素，在两岸设置混凝土固定端，埋入地面承台高度3.5m，基础持力层为基岩，地基土承载力特征值fak≥300kPa，回填时应分层碾压，表层应采用防冲刷材料，防止冲刷产生承载露出地表，而降低抗拔力。地面以上设置3点固定端，垂直间距为1m，根据水位变化，通过人力进行调节。

1.4.2.2 中间固定

此浮式拦污栅跨距1900m，弧向长度约为2300m，依据相关试验资料，水流、风力对浮筒将产生极大的推力，将对浮筒之间、浮筒与固定端连接产生不利影响。

因此考虑中间段每120m在浮筒结构两侧分别采用锚钩配锚绳固定浮筒，起到中间固定作用，分担水流对浮筒的推力。

2 大伙房水库浮式拦污栅荷载及计算分析

浮式拦污栅荷载计算相当复杂，目前没有统一规范可循，如何正确认识和分析其受力情况，成为浮式拦污栅设计成功的关键[3]。

下面主要对荷载水流力、风力、水压力和风浪压力等进行计算。

2.1 风速和波浪

按风力10级，相应的风速为29.1m/s即104.76km/h，波浪按最大风速值计算，大伙房水库的库区相对于拦污栅吹程取0.7km。

主要波浪要素公式如下：

1)波高：hm=0.00513×v1.06×D0.47。

2)波长：Lm=0.187×v0.88×D0.56

3)平均波高：hm=0.6m

4)波长：Lm=9.2m

5)累计频率5%的波高：h5%=1.2m

2.2 水流

每个浮筒长度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 水流对浮筒作用力

横向作用力：Qw=0.74kV

纵向作用力：Nw=0kN

2.2.2 风对浮筒的横向作用力

Rcf=0.78kN

2.2.3 水压力作用力

因污杂物堆积及拦污栅引起的水位差，取10cm，P=3.0kV

拦污栅在此工况下作用力为：∑P=4.5kV

2.3 风浪

横向作用力：Q=xr1ρghAL=3.4kN

纵向作用力：N=xρghAL=4.3kN

由于引起水位差时是有大量漂浮物堆积的情况，此时无法形成波浪，因此有波浪时可以不考虑水位差。

此时单个浮筒作用力为：∑P=4.92kN

安全系数取1.25，取6.5kN作为拦污栅设计受力最大荷载。

2.4 锚固计算

每隔120m分别在拦污栅两侧设置2个铁锚，用锚绳和浮筒连接，铁锚下沉至水底，则每根锚链承受水平拉力：VA=130kN

设计按110kN水平拉力选取锚链，其余20kN通过拦污栅传递给两端固定点，估算锚重量为2t。

3 采用浮式拦污栅优点以及需要注意的问题

3.1 采用浮式拦污栅优点

采用浮式拦污栅有以下优点：

3.1.1 对悬浮垃圾拦截性强

浮式拦污栅设置后，能大面积拦截水面悬浮垃圾，降低水的过栅流速，有效增强对不规则悬浮垃圾污染物的拦截性。因此，浮式拦污栅能较好地清除成片垃圾与大块垃圾，提高了大伙房水库的拦污效果。

3.1.2 人工清污便捷

大伙房水库主要采用人工清污方式，浮式拦污栅对人工清污提供了方便。主要表现在2个方面：

1)拦污栅能有效拦截水面漂浮的固体污染物，它把固体污染物直接拦截在栅底，使清污变得更加容易。

2)降低过栅流速，垃圾在拦污栅上的吸附力小，方便清除。

3.2 采用浮式拦污栅需要注意的问题

浮式拦污栅能够有效拦截大部分工业、生活的悬浮物，不会将悬浮物冲入水库当中。

但浮式拦污栅与水底有一定的距离，浮式拦污栅主要是拦截大伙房水库水面以及水面浅层的悬浮污染物，如果人工不能及时有效地清污，拦截的污染物会伴随水流晃动，部分污染物随水流流过浮式拦污栅，直接影响拦污效果，浮式拦污栅要经常进行人工清污以及维护，从而保证大伙房水库的拦截效果。

4 结 语

大伙房水库浮式拦污栅按照本文方法进行设计，现已建成超过半年,运行情况良好,拦污效果明显。

浮式拦污栅虽然在一定程度上发挥了拦漂、导漂的作用，缓解和减轻了进水口拦污栅污物堵塞的压力，对漂浮物的处理要进行拦、导、清、排的综合方式进行处理。

日常的清污对拦污栅的拦截效果很重要，从环保角度来分析，污物长时间的堆积在进水口前对水质造成污染，而排泄至下游也是对下游河道的污染，所以在设拦污栅的同时，应配备必要的清污设备，从而保证水质的安全。

[1]于晖.浮式拦污栅设计方法的探讨[J].水利水电工程设计，2002，21(03)：16-17.

[2]任玉珊,高金花,杨敏.水电站进水口拦污栅水头损失试验研究[J].大坝与安全，2001，19(04)：21-23.

[3]张多锋,张多岭,时丕生,魏桂良.泵站人工清污拦污栅的改进[J].排灌机械，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

吴长江(1979-)，男，辽宁辽阳人，助理工程师，研究方向为水利施工技术。

TV62

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