多污物水电站综合清污技术及配套装备研究.pdf

水利水电工程设计2023年第4 2 卷第3期DWRHE43多污物水电站综合清污技术及配套装备研究刘冠英程利平赵艳茹摘要针对水库库区及坝前堆积物处理技术难题，以三门峡水电站为例，通过现场采样分析、结构模拟计算、对比试验等技术手段，研发多污物水电站深水液压清污抓斗、清污栈桥、清污船等技术装备，形成了“拦、排、抓、推、捞”的综合清污技术。结果表明：该技术提高了清污效率，减少了水体污染，改善了库区生态环境，确保了电站安全、高效运行。关键词水电站污物清污技术拦污栅清污抓斗栈桥清污船中图分类号TV697.1文献标识码B文章编号1007-6980(2023)03-0043-03污物问题在国内外水电站普遍存在，国内受污物影响发电的大中型水电站约有30 座。为保证水电站的正常运行，国内外众多学者对水电站前污物的形成、污物的运动规律进行深人而细致的研究，在清污实践中也研制了很多种清污设备，应用了多种清污技术。但现有的清污技术和清污设备都是依托各自水电站结构特点和河流污物特性，不具有广泛的适用性。本文对三门峡水电站研发的综合清污技术及配套装备进行了研究分析，以期为多污物水电站合理选择清污方式提供参考。1三门峡库区污物研究分析1.1库区污物的成分分析三门峡坝前污物以芦苇根为主，夹杂一定数量的树枝、树根以及生活污物，具体包括：芦苇根、杂草、农作物秸杆、树枝、树叶、泡沫、动物尸体，还有粗大的树杆和树根，其大致比例见表1。表1三门峡库区污物成分%农作物树枝、树叶、泡树杆、种类芦苇根杂草秸杆沫、动物户体树根比例70159511.2库区来污特点及规律1.2.1污物的时空分布在同一年内，不同时段来污量相差较大。第一次洪水来临，污物主要以枯芦根为主，夹杂着树枝、树干等各种杂物，还有以芦根和草相互缠绕，夹杂着泥沙呈漂浮状态的草团，直径1 2 m，污物成分复杂且污量大；洪峰过后，污物主要是当年新芦根，成分单一。汛期不同时期的污物种类见表2。表2汛期不同时期来污规律汛期时间污物种类前期(0 6-1 50 7-1 5)枯草为主，伴有泡沫、树根、树干中期(0 7-1 50 9-1 5)芦苇根为主，少量树木后期(0 9-1 51 8-2 3)农作物、秸杆、芦苇根与树木掺杂1.2.2污物深度分布随着季节和水位的变化，污物的种类、数量及其在水下的分布也随之变化。通常污物在水中呈漂浮状态，分布在水下0 2 m范围，树干、树枝等污物分布较深，在水面至水下7 8 m范围内漂浮。在接近拦污栅前时，由于机组进水口位置较低，改变了水流方向，使污物向下移动，在栅前深度达0 18m，呈三角形分布。芦苇根、杂草、树枝、农作物秸杆等缠卷在一起，没有明显的层次分布，只有少量的粗大树杆和树根分布在下面。2清污装备研发2.1拦污栅结构优化三门峡早期的拦污栅栅条间距2 2 0 mm，栅条布置不合理，没有考虑到与抓斗配合使用，在汛期大量的污物涌向机组进水口，极易使拦污栅形成密不透水的软性栅栏，使拦污栅前后形成水位差（最大水位差超过4 m），直接影响到机组的安全运行。通过对传统拦污栅的研究，依据拦污栅结构受力状况，对拦污栅结构进行优化。在保证机组安全运行的前提下，采取适当加大栅距，将拦污栅栅条之间距离由原2 2 0 mm增大到30 0 mm，增加污物通过量，减小污物的积聚程度，减轻拦污栅负担。为配合液压清污抓斗工作，去掉栅片上的所有栅齿，使拦污栅迎水面呈一平面，即制成光栅，以便于清污机械作业。针对清污抓斗抓齿深人拦污栅DWRHE水利水电工程设计2023年第4 2 卷第3期44栅条尺寸有限，杂草容易挂到栅上形成草墙，产生压差的现象，将栅条高度由1 2 0 mm加高到2 0 0 mm，便于抓斗清理拦污栅上的污物。通过实验数据统计，优化后的拦污栅可以大大减少紧贴在拦污栅上的污草，从而减少提栅次数和提高清污效果，同时还利于水草的疏通，增加过流量，减少污物的积聚程度。2.2深水液压抓斗研制为清理电站水轮机进水口拦污栅前临近和贴附在栅条上的污物，减少水头损失，提高发电效率，保证发电机组的正常运行，研制了液压清污抓斗，如图1 所示。主要由导轮装置1、油缸2、液压油箱3、抓斗架4、滑杆5、转动耙爪6 等部件所组成。抓斗宽度与拦污栅宽度相近，能利用主栅槽为导向，抓取和清除拦污栅前污物。运行时，由起吊设备提供电源，液压油箱内的电机驱动齿轮油泵，并通过控制阀将液压油输人油缸，由油缸通过滑动杆、推拉杆带动左右斗爪，同时进行开或闭的动作，完成清污作业56图1抓斗结构图试验表明抓斗可实现平稳的联动，能轻易地抓取栅前漂浮污物，在抓斗张开下降时，斗齿可接近或插人拦污栅面，扒下贴附在拦污栅面上的污物，并将其抓取出，能够深人水底抓取污物；在清污过程中，可视污物的多少，在同一孔口多次作业或在多个孔口交替作业。2.3清污栈桥应用针对将污物吊运至坝顶然后运走处理的方式，为提高清污效率，经过论证可在坝前斜靠坝面修建清污栈桥，以缩短污物清运时间。栈桥采用在坝面锚固钢支架并架设梁板形成栈桥方案，栈桥桥面设计高程31 6 m，桥梁总长约1 8 0 m，为方便汽车掉头，在右岸电站坝段31 6 m平台前的安装场1 1 坝段处加宽桥面，设置回车场，在此处将汽车掉头后倒人31 6 m平台，装上清理出的污物后即可直接运走。坝前清污栈桥在2 0 1 1 年7 月投入应用，用起吊设备连接清污抓斗抓起污物，在坝前31 6 m平台直接装人汽车运走，省掉了将污物吊运至坝顶的环节，清理一车污物的时间由原来的4 0 min缩短为2 0 min，大大提高了清污效率。2.4清污船清污技术为解决三门峡库区污物在远离拦污栅、高水位、多污物状态下的快速清污技术难题，对已有的清淤船进行改造，研发了一种可拆卸和调节的推污装置，并进行了多次改造。推污装置一次作业有效宽度达1 0 m以上，可较快、较好地将分散的漂浮物集中到便于操作和抓捞的区域，基本解决了污草绕船和水流迁回的现象，并且漂浮物厚度越大，相互缠绕越紧密，其推移效果就越明显。3清污技术及方法三门峡水库运用水位年际变化大，汛期来污量大、成分复杂且污物分布随来水量和时间的变化较大，仅仅采用一种清污方式，很难彻底清理坝前污物，必须实施综合治理措施。经过30 年的探索试验和反复论证，分析各种清污方式和设备改造的优缺点，对清污技术装备和水工结构进行优化集成，研发适合多污物水电站综合清污的成套技术及装备，最终形成了“拦、排、抓、推、捞”五位一体的综合清污技术。3.1“拦、排”结合清污技术及方法三门峡水库来污量大，成分复杂。为改善过栅水流状况，增加过水量，根据小型水电站机电设计手册要求，将拦污栅栅条间距由2 2 0 mm增加至30 0 mm，拦截体积较大的污物，排放体积较小的污物。经过多年实践与运用，将以“拦”为主的拦污栅优化为“拦、排”结合的拦污栅。优化后拦污栅可以大大减少紧贴在拦污栅上的污物，减少污物的聚集程度，改善机组的运行条件。3.2“拦、抓”结合清污技术及方法“拦、抓”结合清污方式主要用于清理电站水轮机进水口拦污栅前临近和贴附在栅条上的污物，减少水头损失，提高发电效率，保证发电机组的正常运行。拦污栅将污物拦截后，将清污抓斗下降至坝面并继续下落，以拦污栅前清污抓斗导向槽为导向，实现准确定位。下游侧转动粑爪斗齿的齿尖插人拦污栅条间隔以铲掉附着在拦污栅栅前的污物，转动耙爪成张开状态，可以收集并压实铲下的污物。当2023-06-18)（收稿日期上接第4 2 页）（收稿日期2 0 2 3-0 5-2 8）45刘冠英等多污物水电技术及配套装备研究抓斗至清污工位时，转动耙爪闭合，将污物收集在耙斗内，然后将装满污物的耙斗向上提出坝面，到指定地点进行卸污，并通过清污栈桥将污物运走。3.3“推、抓”结合清污技术及方法清污船灵活机动性强，能够较快较好地收集和转移坝前漂浮污物，并能较好地配合清污抓斗在坝前实施捞污作业。通过清污船将远离拦污栅前的污物推人拦污栅槽后，利用清污抓斗抓污，提高了清污效率和安全性。通过污物的提前收集和集中排放，避免了被动清污，实现了污物的及时清理和清污环节的前移。3.4“推、捞”结合清污技术及方法“推、捞”结合清污技术及装备主要运用于清污后期，库区进行蓄水，水位不断抬高，进人库区的污物也相应增多，但是由于水位抬高等因素导致进人拦污栅槽的污物较少，利用清污抓斗清污效果明显下降。首先利用清污船将污物推至引坝段，然后由挖掘机进行打捞。实践证明，清污效率高，每小时清污可达到8 0 m以上。居诗韵等旅游体验项目的建设发展，将区域打造成为“农文旅”协同发展基地该区水美乡村建设共涉及平桥、白鹤2 个乡镇，包含张思、田中央、百井3个水美乡村。沿岸新建便民亲水节点2 4 处，景观廊5座，景观亭2 座，景观廊架1 座，绿化种植面积32 2 0 5.1 1 m，滩地修复面积2 0 7 9.9 1 m。3.4.4三区佛道文化修身区生态景观工程佛道文化修身区以国清、佛陇景区为文化中心，依托和合小镇、浙江佛学院、浙江道教学院、天台宗佛学院等的平台集聚作用，将“一花一世界、一树一菩提”的佛道禅文化理念融入到农村水系治理人文景观建设中，推进寻佛、问道宗教文化游线发展，辐射带动赤城、佛陇、琼台桐柏等周边景区发展，打造佛宗道源的静修圣地，促进域内文旅产业的融合发展，描绘“曲径幽深、嘉祥之美”的和平画卷，打造“佛道寻踪、苍溪映城”的祥和主题。该水美乡村建设共涉及三合、洪畴2 个乡镇，包含下往、下坊2 个水美乡村。沿岸新建便民亲水节点1 8 处，景观廊9 座，景观亭3座，茅草亭4 座，景观廊亭1 座，门廊1 座，石板桥2 座，绿化种植面积38 9 6 2.2 3m，滩地修复面积7 4 7 9.5m。4结语（1）新的清污技术在生产实际中实用性强，具有较强的可操作性，可有效减少污物在库区的滞留时间和拦污栅上悬挂的污物，拦污栅前后压差基本控制在50 cm以内并且波动很小，有效提高发电效益。（2）及时将污物清除，减少了污物分解产生的有害物质和污物所滋生的有害微生物，使水电站的纳污能力提高，为安全灌溉和饮水安全提供了保障，同时也改善了水电站及周边的生态环境。作者简介刘冠英男工程师三门峡黄河明珠（集团）有限公司三门峡水力发电公司河南三门峡夹4 7 2 0 0 0程利平女高级工程师三门峡黄河明珠（集团）有限公司三门峡水力发电公司河南三门峡快4 7 2 0 0 0赵艳茹女工程师币三门峡黄河明珠（集团）有限公司三门峡水力发电公司河南三门峡4720004结语乡村振兴背景下，水美乡村的生态景观设计应遵循地域特色，在进行设计时对村落自然资源及人文资源进行提取，最大程度地突出传统村落的景观特色。在不破坏整体景观环境的前提下，融人新的设计元素，形成新的设计理念，盘活村庄景观资源，促进当地经济发展。同时，利用当地原有本土材料，延续传统村落氛围，促进村落文化的长久发展。参考文献1张军，金小军，杨凡，等.浙江乡村景观资源分类分布及评价指标体系研究 J.城市建筑,2 0 2 2(1 9)：1 6 3-1 8 2.2潘玉梅.乡村振兴战略背景下乡村景观规划设计研究 .乡村科技,2 0 1 8(2 1):33-34.3谭建跃.当前我国乡村文化建设存在的问题及对策一一以湖南X乡村为例 J.南华大学学报（社会科学版），2 0 0 8（4）：1 5-1 9.作者简介宫晓琳女工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222扈幸伟女高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222胡旭男高级工程师中水北方勘测设计研究有限责任公司天津300222