摘要：电站（水库）均面临库区漂浮物坝前聚积问题，威胁工程安全运行，对库区环境也造成不良影响。官地水电站为改善库区水环境，提高电站出力、减少运行期提栅清污影响，防止泄洪时漂浮物对过流面损坏，在坝前设置了拦漂装置。经过5年多以来的实际运行效果良好，可为其他工程提供借鉴和参考。
关键词：水库；电站；拦漂；大水位变幅
1 工程概况
官地水电站位于四川省凉山彝族自治州西昌市和盐源县交界的打罗村境内，系雅砻江卡拉至江河口河段水电规划五级开发方式的第三个梯级电站。电站主要任务是发电，水库正常蓄水位1330.00m，总库容7.6亿 m3，水库回水长58km，装机容量2400MW，装4台（4×600MW）水轮发电机组，多年平均发电量117.67亿 kW•h。官地水电站工程于2004年 10月开始筹建，2013 年 3 月四台机组全部投产发电。
工程枢纽主要由挡水建筑物、泄洪消能建筑物、引（尾）水发电系统等组成。电站进水口布置在雅砻江右岸（河湾凹岸）竹子坝沟下游，与大坝右坝肩相连。进水口前沿方位 N77°E，前沿总长157.40m，顺水流方向长30.00m。进水口底板高程为1295.00m，塔顶高程为1334.00m，与坝顶同高。进水塔前半部为拦污栅闸，每个进水口共设有6孔拦污栅闸。
1.1 拦漂装置设置的必要性
根据工程上游河道、沿河及库区居民活动情况，为防止泄洪时漂浮物对过流面损坏，提高电站出力、减少运行期提栅清污影响，极有必要在坝前设置拦漂装置[1]。对比大渡河龚嘴、铜街子水电站无拦漂设施运行情况，二滩、景洪水电站有拦漂装置运行情况来看，设置拦漂装置十分有利，且效益明显。
1.2 上游河道、居民活动情况
水库回水长58km，坝址到上游锦屏二级引水式电站之间河道长约180km。电站库区上游植被相对较好，沿江分布一定集镇，涉及大沱集镇、九龙县二区，冕宁县境内有棉纱湾、张家河坝、里庄等镇，盐源县境内梅子坪等，约1.6万人口，110km余公路，人类活动较多，每年洪水入库后有枯枝烂叶、人类活动垃圾等漂浮物。预计人类活动造成的垃圾、杂物将是库区漂浮物的重要来源之一；清库不彻底的漂浮物同时也是蓄水初期主要漂浮物源之一。参考二滩等类似工程，随着库区环境及交通条件的改善，将来库区居住人口有增加的趋势。为维持于坝前库区保持清洁，保护库区水质与雅砻江河道水环境，将工程建设成为环境友好工程，在坝前设拦漂装置并对漂浮物进行集中清理十分必要。
1.3 泄水建筑物保护要求
官地水电站采用高坝泄流、底流消能形式。溢流面最大流速可达 45m/s，漂浮物中坚硬物体高速冲入消力池，对消力池可能造成一定撞击，同时消力池底部和边壁可能受到一定的冲磨，对工程安全运行耐久性有一定影响。因此，从保护泄洪消能设施，保障大坝安全运行角度来看，设置拦漂装置是有利的。
1.4 电站运行、取水口清理要求
从已建电站拦污栅运行情况资料分析，多数电站对吸附在栅片上的漂浮物清理非常困难，严重情况下，某些电站栅前、栅后水头差达到4m，影响栅片的安全并影响电站的出力。官地水电站为日调节水库，正常蓄水位1330.00m，死水位1328.00m，极限死水位1321.00m，正常运行情况下水位变幅较小。
电站共设置24道拦污栅，每道拦污栅尺寸（3.8×26m），清理每道拦污栅时，均需将拦污栅分成2～3节逐节提出进行清理，清理工作比较繁琐，费时费力，如果所有的拦污栅清理完一遍费时近半月。若没有设置拦漂装置，可能每年需要清理的次数较多，增加了运行期的投入。
设置拦漂装置有利于确保进水口进流条件，降低汛期电站进水口拦污栅清理的工作频次和缠绕污物过多造成水头损失的风险。
1.5 工程对比
瀑布沟水电站下游的龚嘴、铜街子水电站每年因大量漂浮物而多次发生漂浮物堵塞机组进水口拦污栅，堵塞最严重时，栅前、栅后水位差高达4m，大大超过拦污栅3m的安全水位差，电厂安全与发电效益受到严重影响。龚嘴水电站2009年汛期至8月时，因进水口拦污栅超差停机清漂8次，打捞漂浮物近100t，每次停机时间6h。同时，下游电站在拦污栅超差不停机处理时，只能采取限制机组负荷和夜间停机反冲的方式来控制压差，严重影响机组安全经济运行。
二滩水电站库区拦漂照片、景洪电站拦漂照片见图1，设置拦漂装置起到了很好的拦漂效果，同时保证坝前库区的清洁，创造环境优美的水环境。
图 1二滩电站（左）、景洪电站（右）拦漂排效果
因此，从相关工程实例来看，坝前设置拦漂装置，有力的保障了进流条件，确保了发电效益。同时利于保持坝前库区清洁，环境效益明显。
2 拦漂装置设计
2.1 拦漂设计原则及条件
为减少水流对拦漂装置的冲击荷载，拦漂装置宜布置在水流流速相对较缓的库区，断面水流流速宜≤1.0m/s，利于排渣。拦漂装置（悬索端）距离大坝的位置不宜太近，以避免表孔泄洪时水流对拦漂装置的冲击作用过大。水库正常蓄水位（1330.00m）和死水位（1328.00m）之间的变幅为2m，为经常出现情况；正常蓄水位1330.00m 与极限死水位 1321.00m之间水位变幅为9m，为较少出现情况；由于库区水位变幅小，汛期不考虑拦漂装置的拆除，采清污船清理拦截飘浮物。
从锦屏二级大坝到官地库尾河道两岸集镇分布较多，两岸人类活动较多，预计人类活动造成的垃圾、杂物将是库区漂浮物的重要来源之一；清库不彻底的漂浮物同时也是蓄水初期主要漂浮物源之一。参考二滩等类似工程，随着库区环境及交通条件的改善，将来库区居住人口有增加的趋势。根据类似工程粗略估计，蓄水初期物源约20t/月；运行期物源约5t/月。
2.2 拦漂方式选择
因漂浮物或在水面上，或在水面下的一定深度，故对其一般都采用导漂建筑物进行拦截。导漂建筑物主要有浮排、浮筒、浮箱，且要求导漂建筑物都能随库水位的变化而自由升降。
导漂浮排用毛竹绑扎而成，它适合径流量较小、水位变幅小、漂浮物较少的水电站，易卡杂物，不够坚固，易损坏。
浮筒式拦污排一般用铁板卷焊而成，或采用硬聚氯乙烯（PVC）管材，用钢丝绳串连，尺寸一般不是很大，有时在浮筒拦污排的上游迎水面加有挂栅，以拦截水下一定深度的物体。适用于径流量不大，漂浮物一般，水位变幅不太的电站，浮筒遇重物撞击时易损坏。
浮箱式拦污排一般尺寸较大，多采用钢板焊接，现场安装而成，单个浮箱有时长达几十米，箱体加载压重，以保持箱体的稳定平衡并有一定的拦截深度，浮箱之间一般用十字铰接，浮箱可以兼作工作桥。该拦污排可用于污物较多、流量较大的河流。
综合官地水电站拦漂运行条件，以工程结构布置和坝前地形、库面条件，考虑采用浮箱式拦污排。
2.3 拦漂装置
拦漂装置布置见图2，距离大坝距（沿河道中心线）约510m。右端LP2位于右岸黑水沟下游突出山脊上；左端LP1位于上缆机平台公路回头弯附近，于库区码头下游约70m处，拦漂装置两端固定高程1330m。拦漂系统在平面布置上采用单段悬链线形式，整个拦漂系统成三角形布置，拦漂系统满足正常蓄水位1330.5m至初期发电水位1317.0m之间13.5m的水位变幅。
图 2 官地水电站拦漂装置平面布置图
拦漂系统主要由左右岩锚固墩、浮箱、主牵引钢丝绳、挂栅、牵引钢丝绳及牵引锚固墩组成。主拦漂系统水平轴线长度482m，悬链线长度487m，矢高约28m，右岸锚固点至拦漂排150m处设置牵引钢绳。
单只浮箱尺寸3.0×1.5×1.0m（L×B×H），两端设吊耳，通过连接板、螺栓连接，浮箱上游面设置挂栅，栅高1.6m，浮箱下游设置配重箱，浮箱干弦高为0.45～0.335m。箱体上部设置两个间距1.0m索孔，两根φ62mm 主钢丝绳穿过索孔将拦漂浮排固定于两岸锚固墩，共布置浮箱135个。锚固端设计计算荷载最大张力4270kN。
右岸拉锚点LP3到主拦漂装置总长度358m，设计计算荷载最大张力1390kN，由一根φ38mm的牵引钢丝绳、49个浮筒及相关连接件组成，浮筒尺寸1.5×0.692m（L×D），吃水深为 0.55～0.65m。
2.4 清漂
从2013年拦截的漂浮物情况来看，初期漂浮物绝大部分为树木、树枝，人工打捞漂浮物清理难度很大、效率极低，汛期特别是持续强降雨期间，大量漂浮物飘至坝前，堆积厚、多、范围大，清理难度极大，对拦漂设施、机组安全稳定运行均构成一定威胁。因此专门采购自动式清漂船配合人工进行清渣，及时对大树木等大型漂浮物进行清理。清漂船总长10.8米，船体长8.0米，宽3.1米，收集宽度3.5米，收集深度1.2米，可载重6吨（8m3），自身卸料最大高度2m。清漂船示意图见图3。
图3 清漂船示意图
清漂船装载后，通过布置在拦漂设施左岸锚固段附近公路上的吊车将装满漂浮物的尼龙网吊起卸料至运输车内，运至处理地点进行处理。树木利用清漂船拖至岸边，采用吊车（配圆钢夹钳）吊至运输车内。
2.5 拦漂装置运行效果
拦漂浮排于2012年10月开始施工，至2012年12月安装完成并投入运行，工程制定了拦漂排运行及设备维护使用手册。
官地水电站2013年汛期库区漂浮物清理达10000多 m3，实际漂浮物量远大于设计估算量。2014年清理漂浮物8100m3、2015年9877m3、2016年6700m3、2017年3800m3。
5年余的实际运行中，拦漂装置在水位变动时操作简便，通过清渣船进行清渣，实际拦漂率达99.5%，在泄洪期间能正常运行并达到拦漂目标要求，运行效果良好，运行期拦漂照片见图4。
图4 官地水电站拦漂排实际运行效果
3 结语
水电站坝前（进水口前）漂浮物不仅影响库区环境美观，且杂物聚积在拦污栅前，直接加大栅前后水位差，降低电站出力，清渣操作也将会直接影响电站机组运行。结合类似工程经验，官地水电站在坝前设置拦漂装置，有效拦截了库区漂浮物，配合专用自动清漂船，清渣方便，不影响电站正常运行，取得了良好的效果，也为其他电站工程提供借鉴和参考。
参考文献：
[1]蔡莹，唐祥甫，蒋文秀.河道漂浮物对工程影响及研究现状[J].长江科学院院报，2013，30（08）：84-89.
论文作者:张云
论文发表刊物:《电力设备》2018年第22期
论文发表时间:2018/12/5
标签：库区论文; 电站论文; 漂浮物论文; 装置论文; 水电站论文; 水位论文; 官地论文; 《电力设备》2018年第22期论文;