解決污物卡塞高水頭閘門新技術(shù)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(jìn)行了分析。結(jié)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(shù)難題。該技術(shù)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(dāng)于創(chuàng)造發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益超過990萬元。

關(guān)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(jié)構(gòu)設(shè)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(dāng)排沙洞檢修門啟閉時，排沙洞上方相應(yīng)的2條發(fā)電洞機組應(yīng)處于停機狀態(tài)。隨著小浪底工程水工建筑物和金屬結(jié)構(gòu)設(shè)施設(shè)備檢查維護(hù)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(guān)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(jié)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(shù)來清除門槽污物，解決高水頭下污物卡塞閘門的技術(shù)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(jìn)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(jìn)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(shù)的提出與實踐

3．1閘門組合運用技術(shù)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(guān)。在執(zhí)行全關(guān)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(shù)措施清污，其間排沙洞檢修門啟閉逾80次，每次檢修門全關(guān)后水封漏水量遠(yuǎn)超規(guī)范規(guī)定的0．1L/s，門后流速超5m/s，始終無法達(dá)到止水效果。機組反復(fù)停機，直接造成發(fā)電經(jīng)濟(jì)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(jié)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(dǎo)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(jìn)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(guān)文獻(xiàn)［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(jìn)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(shù)主要實施流程

第一步:依次全關(guān)工作門，全關(guān)事故門，全關(guān)檢修門;第二步:事故門由全關(guān)至全開，開度10cm;第三步:檢修門由全關(guān)至局部開啟，開度20cm;第四步:工作門由全關(guān)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(guān)，檢修門由局部開啟至全關(guān);第六步:操作充水平壓系統(tǒng)相關(guān)閥門，進(jìn)行排沙洞流道充水。排沙洞閘門組合運用技術(shù)主要實施流程見圖1。2018年，進(jìn)行第1套檢修門及其相應(yīng)閘門組合運用過流沖污結(jié)束后，按照同樣流程進(jìn)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(shù)優(yōu)點

閘門組合運行技術(shù)成功解決了門槽污物卡塞排沙洞檢修門的技術(shù)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(jìn)行單次水下檢查清理費用達(dá)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(fēng)險，閘門組合運用技術(shù)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(dāng)于創(chuàng)造發(fā)電經(jīng)濟(jì)效益超過990萬元。在機械清污、水力清污、人工清污等技術(shù)基礎(chǔ)上，提供了一種新型有效的清污技術(shù)。

5結(jié)語

閘門組合運用技術(shù)總結(jié)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(guān)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(shù)，解決了污物卡塞高水頭閘門的技術(shù)難題，提高了排沙洞檢修門止水效果。

參考文獻(xiàn):

［1］白萍，王春，李晨英．小浪底工程檢修閘門設(shè)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(xué)，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