黄 伟，邱崇俊，李 斌

（1.华能澜沧江水电股份有限公司乌弄龙·里底水电工程建设管理局，云南 维西 674606；2.中国电建集团昆明勘测设计研究院有限公司，云南 昆明 650216）

0 引言

水电站受漂浮物危害严重，现阶段水电站治理漂浮物的主要方式有拦漂、排漂和清漂[1]。现有的设计规范中规定，拦污设施的布置型式应根据河流中污物的种类、数量及对清污的要求来确定[2-3]，在进水口应设置拦污栅，并采取门前捞漂、机械清污或提栅清污等防污措施，必要时可设置拦漂、导污设施，集中清污[4-5]。最近几年，对于污物较多的河流上的电站，为缓解和减小水电站进水口拦污栅污物堵塞的压力，常在进水口前设置（或增设）一道拦污排，将进入电站进水口水域表层的漂浮物先行拦截，待合适时机将漂浮物清除或导排至下游，从而减轻拦污栅的拦污和清污机清污压力。

目前我国拦污排的设计还没有相应的规程规范，只能凭借工程经验，参考已建工程进行设计。此外，由于不同电站的枢纽布置、地理地形、风向及风速、水流条件、污物形式各不相同，也很难做结论性的技术设计指导[6]。本文结合乌弄龙拦污排的选型、布置及设计，在总结以往设计经验和相关研究成果的基础上，对柔性拦污排的设计做了进一步的探索。

1 工程概况

乌弄龙水电站位于云南省迪庆州维西县巴迪乡境内，为澜沧江上游水电规划7个梯级电站中的第2个电站，坝址控制流域面积8.59万km2，多年平均流量744 m3/s，多年平均径流量235亿m3，工程属二等大（2）型工程。电站主要任务以发电为主，水库总库容2.84亿m3，调节库容0.36亿m3，为日调节水库，电站装机容量990 MW。

乌弄龙水电站库区漂浮物主要是因暴雨冲刷至河道的树枝、原木和部分生活垃圾。库区漂浮物主要有以下两个来源，一是水库蓄水和汛期随雨水冲刷带进江中的树枝、原木和柴草等；二是沿江进入江内的生活垃圾。水库漂浮物一般暴发在主汛期及蓄水期。主汛期漂浮物主要来自于陆地面源被雨水冲刷后带入河流中的杂物；蓄水期的漂浮物则主要来源于蓄水期间被淹没的两岸植被及淹没地的垃圾。一般每年的第一次洪水期漂浮物来量较大，如遇大暴雨漂浮物来量也会明显增加。

2 拦污排选型

目前国内外均没有拦污排设计规程规范 ，也没有明确的设计导则做指导，拦污排的结构形式也多种多样。对国内部分水电站拦污排进行了调查统计，经分类比较，根据结构形式，应用广泛的主要有铰接型拦污排和柔性拦污排两种。

2.1 铰接型拦污排

铰接型拦污排主要由排体和滑槽及埋件组成，排体分成若干排节，节间铰接，排体两端嵌在混凝土墩滑槽内，滑槽内设有钢埋件。每节排体由钢板焊接而成，分为浮箱、栅条。该种型式的拦污排可随水位的变化自动升降，两侧有滑槽，浮箱一般采用金属浮箱，栅条也一般采用金属栅条。由于这种拦污排结构可承受拉力较大，一般为一跨，中部不设拉锚装置。这种拦污排工程量较大，重量少则几十吨，多则几百吨。该种型式现已成功地应用于国内许多大中型水电站中，如糯扎渡水电站、鲁地拉水电站、景洪水电站、功果桥水电站等。

2.2 柔性拦污排

柔性拦污排主要由浮箱、拦污网、钢丝绳、地锚墩（或滑槽）组成。该种型式的拦污排可随水位的变化自动升降，两端可为固定形式或滑槽形式。浮箱可采用金属浮箱或非金属浮箱，非金属浮筒由 PE高分子材料制成，与金属浮箱相比重量较轻，不需要进行定期防腐处理，制造和维护成本低。由于这种拦污排排体结构轻，拉力较小，两端和中间设拉锚装置，承受荷载较小，为铰接型的1/10，可大幅减少锚墩边坡开挖、支护及钢筋混凝土工程量，容易施工。该型式拦污排使用的电站有：瀑布沟水电站、深溪沟水电站、龚咀水电站等，该类型的拦污排国内有专业的制造安装企业。

2.3 拦污排类型选择

铰接型拦污排与柔性拦污排相比，铰接型拦污排工程量远大于柔性拦污排，后期防腐等维护费用也大于柔性拦污排。铰接型拦污排两端必须采用滑槽，而柔性拦污排两端可采用滑轨或地锚墩形式，滑槽荷载和工程量也大于滑轨或地锚墩。若清污不及时发生意外导致断排等事故时，铰接型拦污排对电站进水口的危害也大于柔性拦污排。

根据枢纽布置特点，结合电站库区污物的种类、数量，经综合比选，乌弄龙水电站拦污排选用可随水位自动升降的柔性拦污排结构。这种拦污排结构能随水位自动升降保证了拦污范围无死角；运行期除清污和例行检查外无需人工干预，增加了运行的灵活性；采用柔性结构，使拦污排具有“随波逐流”的特性，改善了拦污排结构的受力状态。

3 拦污排布置

乌弄龙水电站拦污排布置在引水发电系统进水口前约30 m处，使漂浮物与电站进水口有一定的距离。拦污排轴线大致与进水口坝段的坝面平行。拦污排一端固定在泄洪坝段坝体上的P1点，另一端固定在大坝右岸的P2点。库区污物采用导排方案，通过拦污排将污物导排至大坝表孔进口，结合大坝表孔泄洪进行排污。

图1 拦污排布置示意图

由于拦污排整体跨度较大，为改善拦污排在正常工作时的受力状态，减小拦污排两端的基础荷载，在排体上设置两根钢丝绳作为安保系统，钢丝绳固定在左岸岸坡上的P3点，安保系统钢丝绳将拦污排沿跨径分成三段。由于大坝溢洪道表孔泄洪时，拦污排靠近大坝处P1点局部流速过大，最大流速为3.58 m/s，为改善在此种情形下拦污排的受力状态，减少排体和P2点荷载，在排体上设置三根钢丝绳作为反向拉锚，钢丝绳固定在进水口闸墩上P4、P5和P6点，反向拉锚钢丝绳将拦污排沿跨径分成不等长的四段。

4 拦污排主要参数

最大风速：19 m/s

断面流量：1 380 m3/s （四台机满负荷发电流量）

断面水流速（正常发电）：1.0 m/s

局部最大流速（泄水时靠近P1点）：3.58 m/s

水库正常蓄水位：1 906.00 m

拦污排最低运行水位：1 901.00 m

拦污排最高运行水位：1 908.70 m

滑轨底部高程：1 899.00 m

滑轨顶部高程：1 909.50 m

水上拦污高度：0.43 m

水下拦污深度：2.12 m

拦污排跨度：238.4 m（直线距离）

5 拦污排结构设计

5.1 功能组成

拦污排主要由三部分构成：第一部分为拦污系统，由滑轨及支架、滑车、浮箱、连接杆、浮漂、拦污网、重锤等组成，是拦污排的主要部分，拦污系统在水位变幅区间可随水位升降而自由升降，无需人工干预；第二部分为安保系统，由安保系统钢丝绳、锚固点装置、浮漂等组成，安保系统可以改善排体受力，限制排体移动，并可有效防止失控船只等损坏拦污排之后排体无序漂浮而诱发的事故；第三部分为反向拉锚系统，由反向拉锚钢丝绳、锚固点装置、浮漂等组成，反向拉锚系统可以改善泄洪时排体的整体受力，限制排体移动，也可保证排体在受到不可抗拒外力等原因断排后，排体仍被拉住，避免对溢洪道表孔工作弧门安全造成威胁。

5.2 拦污排荷载及计算分析

拦污排由若干连接杆铰结相连成链状, 属柔性结构体系, 在坝前水域受到复杂水流、大风、波浪和漂浮物冲击等荷载单独或共同作用，由于不同工程水电站枢纽布置情况各异、库区污物来量和种类不同，水电站进水口所在地域、地形、地貌和气候条件变化、发电与泄洪设计洪水标准不一等因素，使得在不同运行条件下，漂浮式拦污排产生不同的张拉形状和张力[7]。拦污排在水面受到的全部荷载将转化为张力并经过约束在滑轨内的滑车最终传递给拦污排两端的支架，并通过支架的锚固件传递到基础上。

在拦污排的设计中，通常将水流力、风压力、浪压力、由于水压差引起的压力，以及撞击力等主要荷载叠加作用在拦污排上来进行分析和计算，从而验证结构的安全性。计算中假定拦污排的浮漂和连杆结构自身的刚度较大，水流、风和波浪力对拦污排结构所产生的位移远大于结构本身的变形，各种荷载对拦污排结构产生的作用力局限于水平面内[7]。

周坤[6]在研究了国内拦污排张力计算的相关文献后指出，按链状柔性结构体系假设理论来计算拦污排的张力，可以比较合理地反映浮式拦污排的受力情况，但这种方法对水流参数要求较多，参数值需较准确，而设计时这些参数的获取是比较困难的，且计算公式较为复杂，故在实际工程中应用的相对较少；按抛物线形假设理论来计算浮式拦污排的张力，虽然计算结果与实际有一定的差异，但计算方法简单易行，工程上普遍采用。

乌弄龙拦污排设计时考虑安保钢丝绳和反向拉锚钢丝绳的作用，并按抛物线形假设理论来计算拦污排的张力，最终得到拦污排最大张力为238 kN，安保钢丝绳最大拉力为154 kN，反向拉锚钢丝绳最大拉力为172 kN。

5.3 各主要部件选型设计

（1）拦污系统

滑轨及支架采用焊接结构，滑车可以沿滑轨垂直滑动。滑轨安装在泄洪坝段坝体上的P1点和大坝右岸岸坡上的P2点，安装高程为1 899.00 m～1 909.50 m，滑轨通过支撑杆焊接在锚板上，滑轨的设计拉力为300 kN。

连接杆采用特制高强度闭式螺旋扣，强度等级达到CB/T 3818要求的T级，设计荷载250 kN，破断荷载不小于875 kN，安全系数不小于3.5。

浮箱和滑车采用不锈钢焊接结构。浮箱主要作用是为端部设备提供浮力，保证端部设备在浮力、摩擦力及重力的作用下能随水位自动升降，浮箱箱体四周焊缝封口后必须做渗漏试验保证不漏水。滑车主要作用是将拦污排张力传递给滑轨及支架，滑车设计荷载为250 kN。

浮漂的主要作用是产生浮力，浮漂采用无毒无味、不污染水体的LLDPE（线性低密度聚乙烯）材料制作。浮漂内部充满聚氨酯泡沫，保证即使在浮漂漏水情况下，也能由聚氨酯发泡提供浮力，保证浮漂浮力的耐久性。浮漂直径为Φ700 mm，长度为1 000 mm，壁厚10 mm，外部整体承压强度大于0.05 MPa。

网体采用镀锌钢丝绳编织成菱形，网目为200 mm×200 mm，通过Φ8 mm的镀锌钢丝绳绑扎在浮漂的肋槽中，网体底部挂有直径为Φ135 mm的铸铁重锤，防止在水流的作用下网体飘起。

图2 拦污系统示意图

（2）安保系统

安保钢丝绳选用40 ZAA6×36 WS+IWR-1 670 ZS的镀锌钢丝绳，最小破断拉力951 kN，钢丝绳安全系数大于5，安保系统钢丝绳用卸扣与拦污系统和锚固装置相连。安保钢丝绳上靠近两端处每隔5 m设一个直径为Φ800 mm的浮漂，防止连接点过重局部下沉。

（3）反向拉锚系统

反向拉锚系统钢丝绳选用40 ZAA6×36 WS+IWR-1 670 ZS的镀锌钢丝绳，最小破断拉力951 kN，钢丝绳安全系数大于5。反向拉锚系统钢丝绳用卸扣与拦污系统和锚固装置相连。钢丝绳与排体连接部位固定直径为Φ800 mm的浮漂，防止连接点过重局部下沉。

6 结语

乌弄龙水电站拦污排于2019年1月安装完成并投入运行，投入运行后，拦污效果较明显，有效地减轻了电站进水口拦污栅及清污抓斗的工作压力。乌弄龙水电站采用的柔性拦污排结构能有效地适应拦污排跨度大、两端基础承载力小、局部流速大的特点，值得其他类似工程借鉴和推广。