解決污物卡塞高水頭閘門新技術研究

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摘要:為解決小浪底水利樞紐工程排沙洞檢修門因污物止水效果差問題，對污物特性和清污方式進行了分析。結合小浪底水利樞紐工程閘門運用經(jīng)驗，提出采用閘門組合運用過流沖污措施，以解決污物卡塞高水頭閘門的技術難題。該技術的實際運用表明，一方面提高了排沙洞檢修門止水效果，另一方面每臺機組停機時間縮短為4天，相當于創(chuàng)造發(fā)電經(jīng)濟效益超過990萬元。

關鍵詞:排沙洞;檢修閘門;污物清理;小浪底水利樞紐工程

小浪底水利樞紐工程(以下簡稱小浪底工程)是黃河干流三門峽以下唯一能取得較大庫容的控制性工程，其金屬結構設備總質(zhì)量約3．26萬t，有3條泄洪孔板洞、3條排沙洞、3條明流洞和1條灌溉洞等。每條排沙洞自上游至下游依次布置6扇檢修門、2扇事故門、1扇工作門，每條排沙洞上方布置2條發(fā)電洞。當排沙洞檢修門啟閉時，排沙洞上方相應的2條發(fā)電洞機組應處于停機狀態(tài)。隨著小浪底工程水工建筑物和金屬結構設施設備檢查維護工作增多，排沙洞檢修門運用成為常態(tài)化要求［1］，檢修門止水效果良好與否成為能否順利開展后續(xù)工作的決定性因素。目前影響檢修門止水效果的主要因素就是門槽污物。為了清除小浪底工程排沙洞檢修門門槽污物，提高排沙洞檢修門全關后的止水效果，創(chuàng)造安全的流道內(nèi)作業(yè)環(huán)境，筆者結合小浪底工程近十年事故門小開度充水經(jīng)驗，提出一種新型的閘門組合運用技術來清除門槽污物，解決高水頭下污物卡塞閘門的技術難題。

1污物來源及特點

通過對小浪底工程污物的調(diào)研發(fā)現(xiàn)，三門峽水利樞紐至小浪底工程段污物主要為草本和木本植物，同時伴有該河段兩岸生產(chǎn)生活廢棄物。該流段污物以其在水中狀態(tài)具體可分為漂浮性污物、懸浮性污物和底部推移性污物。漂浮性污物以草本植物、樹葉、小樹枝、小木塊、塑料、泡沫等污物為主，懸浮性污物和底部推移性污物以灌木、喬木的樹根和樹干、玻璃瓶、飲料罐、金屬等污物為主，且懸浮性污物和底部推移性污物均會出現(xiàn)因廢棄漁網(wǎng)、繩索作用而纏裹大量污物于水中或水底運動。小浪底工程在非汛期水位相對平穩(wěn)，污物來勢較為平穩(wěn)，以漂浮性污物和懸浮性污物為主，來量相對較少。而小浪底工程在汛期水位日變幅大，漂浮性污物、懸浮性污物和底部推移性污物的數(shù)量較大，污物在汛期低水位時迅速涌入進水塔排沙洞檢修門門槽。

2門槽污物常規(guī)清理方式分析

在進行排沙洞檢修門啟閉前需清理其門槽內(nèi)污物，小浪底工程常規(guī)的清污方式主要有人工清污、機械清污和水力清污三種。

3閘門組合運用技術的提出與實踐

3．1閘門組合運用技術的提出

2018年按照小浪底工程高壓沖沙封堵項目要求，3條排沙洞的檢修門需依次全關。在執(zhí)行全關操作過程中，雖已采取人工清污、機械清污和水力清污三種常規(guī)技術措施清污，其間排沙洞檢修門啟閉逾80次，每次檢修門全關后水封漏水量遠超規(guī)范規(guī)定的0．1L/s，門后流速超5m/s，始終無法達到止水效果。機組反復停機，直接造成發(fā)電經(jīng)濟效益損失逾990萬元。封堵項目也無法正常開展。通過對小浪底工程污物的調(diào)研與分析，結合排沙洞檢修門運用現(xiàn)況和排沙洞事故閘門小開度充水平壓的經(jīng)驗，懸浮性污物是導致檢修閘門止水效果不佳主要因素，可以采用排沙洞檢修門、事故門、工作門組合運用的方式進行清污。它的原理是依次將事故門開度10cm、檢修門開度20cm、工作門逐步開啟至20cm，相關文獻［2］研究成果表明，小浪底工程孔板洞事故門小開度充水平壓震動較小、安全性最高。此時，高速水流通過檢修門形成卡門渦街現(xiàn)象，檢修門前及進水孔上方水流形成渦流，渦流強烈擾動懸浮性污物并將其漩吸入流道后排出。

3．2閘門組合運用技術主要實施流程

第一步:依次全關工作門，全關事故門，全關檢修門;第二步:事故門由全關至全開，開度10cm;第三步:檢修門由全關至局部開啟，開度20cm;第四步:工作門由全關至后撤，開度20cm(輔機開度)，流道內(nèi)高速過流10min;第五步:工作門由后撤至全關，檢修門由局部開啟至全關;第六步:操作充水平壓系統(tǒng)相關閥門，進行排沙洞流道充水。排沙洞閘門組合運用技術主要實施流程見圖1。2018年，進行第1套檢修門及其相應閘門組合運用過流沖污結束后，按照同樣流程進行了其余5套檢修門及其閘門組合運用過流沖污，排沙洞檢修門止水問題得到有效解決，后續(xù)工作得以順利開展。

4閘門組合運用技術優(yōu)點

閘門組合運行技術成功解決了門槽污物卡塞排沙洞檢修門的技術難題，提高了閘門止水效果，為后續(xù)在流道內(nèi)作業(yè)創(chuàng)造了安全環(huán)境。人工水下檢查及清污是解決懸浮性污物的有效手段，但進行單次水下檢查清理費用達170萬元，作業(yè)時間以周計算，存在成本高、效率低、難度大的風險，閘門組合運用技術則避免了上述缺點。在小浪底工程中將單條排沙洞檢修門啟閉時間大幅縮短，每臺機組停機時間也縮短為4天，相當于創(chuàng)造發(fā)電經(jīng)濟效益超過990萬元。在機械清污、水力清污、人工清污等技術基礎上，提供了一種新型有效的清污技術。

5結語

閘門組合運用技術總結了小浪底孔板洞和排沙洞事故門小開度提門充水模型試驗相關成果和近十年來事故門小開度充水的運行經(jīng)驗，創(chuàng)造性地采用了閘門組合運用過流沖污技術，解決了污物卡塞高水頭閘門的技術難題，提高了排沙洞檢修門止水效果。

參考文獻:

［1］白萍，王春，李晨英．小浪底工程檢修閘門設計［J］．人民黃河，1999，21(5):40－41．

［2］祁志峰．小浪底水利樞紐水工閘門充水平壓方式研究［D］．南京:河海大學，2006，1－61．

作者：尤相增 吳祥 焦玉峰 單位：黃河水利水電開發(fā)總公司