解决污物卡塞高水头闸门新技术研究

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摘要:为解决小浪底水利枢纽工程排沙洞检修门因污物止水效果差问题，对污物特性和清污方式进行了分析。结合小浪底水利枢纽工程闸门运用经验，提出采用闸门组合运用过流冲污措施，以解决污物卡塞高水头闸门的技术难题。该技术的实际运用表明，一方面提高了排沙洞检修门止水效果，另一方面每台机组停机时间缩短为4天，相当于创造发电经济效益超过990万元。

关键词:排沙洞;检修闸门;污物清理;小浪底水利枢纽工程

小浪底水利枢纽工程(以下简称小浪底工程)是黄河干流三门峡以下唯一能取得较大库容的控制性工程，其金属结构设备总质量约3．26万t，有3条泄洪孔板洞、3条排沙洞、3条明流洞和1条灌溉洞等。每条排沙洞自上游至下游依次布置6扇检修门、2扇事故门、1扇工作门，每条排沙洞上方布置2条发电洞。当排沙洞检修门启闭时，排沙洞上方相应的2条发电洞机组应处于停机状态。随着小浪底工程水工建筑物和金属结构设施设备检查维护工作增多，排沙洞检修门运用成为常态化要求［1］，检修门止水效果良好与否成为能否顺利开展后续工作的决定性因素。目前影响检修门止水效果的主要因素就是门槽污物。为了清除小浪底工程排沙洞检修门门槽污物，提高排沙洞检修门全关后的止水效果，创造安全的流道内作业环境，笔者结合小浪底工程近十年事故门小开度充水经验，提出一种新型的闸门组合运用技术来清除门槽污物，解决高水头下污物卡塞闸门的技术难题。

1污物来源及特点

通过对小浪底工程污物的调研发现，三门峡水利枢纽至小浪底工程段污物主要为草本和木本植物，同时伴有该河段两岸生产生活废弃物。该流段污物以其在水中状态具体可分为漂浮性污物、悬浮性污物和底部推移性污物。漂浮性污物以草本植物、树叶、小树枝、小木块、塑料、泡沫等污物为主，悬浮性污物和底部推移性污物以灌木、乔木的树根和树干、玻璃瓶、饮料罐、金属等污物为主，且悬浮性污物和底部推移性污物均会出现因废弃渔网、绳索作用而缠裹大量污物于水中或水底运动。小浪底工程在非汛期水位相对平稳，污物来势较为平稳，以漂浮性污物和悬浮性污物为主，来量相对较少。而小浪底工程在汛期水位日变幅大，漂浮性污物、悬浮性污物和底部推移性污物的数量较大，污物在汛期低水位时迅速涌入进水塔排沙洞检修门门槽。

2门槽污物常规清理方式分析

在进行排沙洞检修门启闭前需清理其门槽内污物，小浪底工程常规的清污方式主要有人工清污、机械清污和水力清污三种。

3闸门组合运用技术的提出与实践

3．1闸门组合运用技术的提出

2018年按照小浪底工程高压冲沙封堵项目要求，3条排沙洞的检修门需依次全关。在执行全关操作过程中，虽已采取人工清污、机械清污和水力清污三种常规技术措施清污，其间排沙洞检修门启闭逾80次，每次检修门全关后水封漏水量远超规范规定的0．1L/s，门后流速超5m/s，始终无法达到止水效果。机组反复停机，直接造成发电经济效益损失逾990万元。封堵项目也无法正常开展。通过对小浪底工程污物的调研与分析，结合排沙洞检修门运用现况和排沙洞事故闸门小开度充水平压的经验，悬浮性污物是导致检修闸门止水效果不佳主要因素，可以采用排沙洞检修门、事故门、工作门组合运用的方式进行清污。它的原理是依次将事故门开度10cm、检修门开度20cm、工作门逐步开启至20cm，相关文献［2］研究成果表明，小浪底工程孔板洞事故门小开度充水平压震动较小、安全性最高。此时，高速水流通过检修门形成卡门涡街现象，检修门前及进水孔上方水流形成涡流，涡流强烈扰动悬浮性污物并将其漩吸入流道后排出。

3．2闸门组合运用技术主要实施流程

第一步:依次全关工作门，全关事故门，全关检修门;第二步:事故门由全关至全开，开度10cm;第三步:检修门由全关至局部开启，开度20cm;第四步:工作门由全关至后撤，开度20cm(辅机开度)，流道内高速过流10min;第五步:工作门由后撤至全关，检修门由局部开启至全关;第六步:操作充水平压系统相关阀门，进行排沙洞流道充水。排沙洞闸门组合运用技术主要实施流程见图1。2018年，进行第1套检修门及其相应闸门组合运用过流冲污结束后，按照同样流程进行了其余5套检修门及其闸门组合运用过流冲污，排沙洞检修门止水问题得到有效解决，后续工作得以顺利开展。

4闸门组合运用技术优点

闸门组合运行技术成功解决了门槽污物卡塞排沙洞检修门的技术难题，提高了闸门止水效果，为后续在流道内作业创造了安全环境。人工水下检查及清污是解决悬浮性污物的有效手段，但进行单次水下检查清理费用达170万元，作业时间以周计算，存在成本高、效率低、难度大的风险，闸门组合运用技术则避免了上述缺点。在小浪底工程中将单条排沙洞检修门启闭时间大幅缩短，每台机组停机时间也缩短为4天，相当于创造发电经济效益超过990万元。在机械清污、水力清污、人工清污等技术基础上，提供了一种新型有效的清污技术。

5结语

闸门组合运用技术总结了小浪底孔板洞和排沙洞事故门小开度提门充水模型试验相关成果和近十年来事故门小开度充水的运行经验，创造性地采用了闸门组合运用过流冲污技术，解决了污物卡塞高水头闸门的技术难题，提高了排沙洞检修门止水效果。

参考文献:

［1］白萍，王春，李晨英．小浪底工程检修闸门设计［J］．人民黄河，1999，21(5):40－41．

［2］祁志峰．小浪底水利枢纽水工闸门充水平压方式研究［D］．南京:河海大学，2006，1－61．

作者：尤相增 吴祥 焦玉峰 单位：黄河水利水电开发总公司