滨海拦污设施研究：取水安全、海洋环境保护和安全风险

近年来，由于海洋养殖业的迅速发展，海水环境的富营养化愈加严重，水生物富集灾害事件多发，例如赤潮、浒苔等海藻，以及水母、鱼虾等海洋生物等。目前，我国大量电厂建设在海岸地区，冷却循环水来自直取海水，但在取水过程中如遭遇大面积海洋生物侵扰，将会使得大量海洋生物进入泵房，影响电厂运营安全。实际上，近年来国内大量的运电厂机组不同程度地爆发了由于水生物大量聚集性涌入而导致取水口堵塞滤网的事件，对电站的取水安全造成了较大影响。为减少机组运行时水中污染物漂浮进入取水明渠内对取水安全产生的隐患，广泛采用的措施为在取水明渠口内设置拦污网结构，以阻隔外海污染物。

在“生态文明建设”国家战略导向下，对海洋漂浮垃圾的清理是恢复“蓝色海湾”的重要措施，对垃圾的清理一般采用清污船的形式，并采用拖网打捞漂浮垃圾。同时，在海岸工程施工中，例如防波堤及护岸围堰建设、疏浚挖泥等工程将会引起海床泥沙的起悬和扩散，对周边生态造成影响。近年来，对施工期悬浮泥沙扩散的管控逐渐严格，较多项目开始采用“拦沙幕帘”的方案，将施工海域和外部海域阻断，避免悬浮泥沙的漂逸。

综上所述，无论是从电厂取水工程的安全，还是对海洋环境保护而言，拦污设施的建设均有实际意义。如何合理设计拦污设施，保障其效率和安全性，也是近年来引起工程届广泛关注的新课题。

拦污设施组成复杂，是一个系统工程，其中最为核心的构件为拦污网衣，有刚性和柔性两种形式。由于具备易于拆装、更换的优势，近年来柔性拦污网得到更多关注，其通过布置单层或多层滤网，采用牵拉绳索固定在墩台之上（或直接采用浮筒实现半悬浮），拦污网下方采用绳索连接大自重的锚碇块体，以约束网衣的运动自由度。在滨海地区，潮流和波浪共存，尤其对电厂取水工程而言又存在稳定、单向的水流作用。柔性拦污网在自身柔度和运动惯性的作用下，存在以下安全风险。

（1）柔性网衣可在渠道内水流、外海波浪的作用下发生往复振荡，并通过惯性运动将其受力传递至牵拉绳索上，当运动冲量较大时可能导致牵拉绳索断裂。

（2）对挂网墩台而言，牵拉绳索直接拉扯墩台上部结构，导致墩台除承受浪、流等荷载之外，同时叠加了随机、往复性的绳索牵拉荷载，加大了墩台的失稳风险。(www.xing528.com)

（3）在极端天气下，柔性网衣在浪、流耦合作用下将发生较大的运动挠度，当网衣运动冲量过大时，将存在拦污网自身网衣破损的风险。

（4）当网衣被污染物堵塞后，将会降低过水断面的有效面积，导致水流流速提高，进一步增大了水流力；同时，堵塞后的网衣降低了透水率，具有更大的受力面积，亦进一步增大了波浪力和水流力，引起更大的安全风险。

拦污设施由多个刚性、柔性单元组成，对挂网墩台的受力特性而言，其所受的外力不仅来自外部浪、流荷载，也包括柔性网衣在往复运动下的惯性拉扯作用，受力结构与传递特征均十分复杂。这种“刚柔并存”的结构至今仍是海岸水动力模拟中的难点。尽管当前对养殖网箱、拖网等类似结构有一定的研究成果，但其结构形式相对简单，通用性不强。同时，对于柔性体的数值模拟技术，至今仍处在学术探讨的阶段，计算精度有待进一步提高，故当前对类似结构的水动力响应相关研究仍以物理模拟为主。长期以来，河口海岸水力学物理模型力学试验均主要针对刚性实体结构或简单的浮体结构，然而对拦污设施这一复杂工程结构，至今仍无标准和规范可考。因此，发展一套合理、有效的物理模拟技术是应运而生的学科热点，经济价值和社会效益显著。

本书章节安排如下：第2章给出拦污设施物理模型设计中的主要准则，特别是关于模型网衣（等效网衣）的设计方法。第3章至第5章以几个实际工程为例，分别给出多种形式的拦污工程方案的试验研究详细流程，其中第3章为高桩承台式拦污设施、第4章为沉箱承台式拦污设施、第5章为漂浮+承台式的组合型拦污设施。第6章以拦污设施的典型应用场景——滨海电厂取水工程为例，给出一些现场安全监测的建议。基于本书内容，可为拦污工程设计、咨询和科研服务提供参考。