水利水電工程沉砂池設(shè)計(jì)規(guī)范

中華人民共和國(guó)水利行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中華人民共和國(guó)水利部發(fā)布沉沙池設(shè)計(jì)規(guī)范》等3項(xiàng)水利2019年第12號(hào)替代標(biāo)準(zhǔn)號(hào)發(fā)布日期實(shí)施日期123測(cè)技術(shù)導(dǎo)則2019年9月30日本標(biāo)準(zhǔn)共9章和3個(gè)附錄，主要內(nèi)容有：本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：楊晉營(yíng)張紅武黃彥昆朱萬(wàn)強(qiáng)劉丁韓軍王建峰孫惠蘭址：北京市西城區(qū)白廣路二條2號(hào)；郵政編碼：100053;電話電子郵箱：bzh@),以供今后修訂 1 23基本規(guī)定 43.1一般規(guī)定 4 43.3入池含沙量及顆粒級(jí)配 54沉沙池設(shè)置條件及標(biāo)準(zhǔn) 64.1灌溉及供水工程沉沙池設(shè)置條件及標(biāo)準(zhǔn) 64.2水電站沉沙池設(shè)置條件及標(biāo)準(zhǔn) 75沉沙池類型選擇 9 6.1一般規(guī)定 6.2定期沖洗式沉沙池 6.3連續(xù)沖洗式沉沙池 6.4條渠沉沙池 7.1一般規(guī)定 7.2工作段主要尺寸計(jì)算 7.3泥沙沉降計(jì)算 7.4水力沖洗式沉沙池沖洗計(jì)算 219.1運(yùn)行設(shè)計(jì) 219.2水沙觀測(cè)設(shè)計(jì) 219.3安全監(jiān)測(cè)設(shè)計(jì) 22 24 24 25 26附錄B灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池沖洗計(jì)算 29附錄C沉沙池有壓及無(wú)壓排沙水力學(xué)計(jì)算 33 36標(biāo)準(zhǔn)歷次版本編寫(xiě)者信息 條文說(shuō)明 上22.0.1沉沙池desiltingbasin2.0.2定期沖洗式沉沙池periodi2.0.7工作長(zhǎng)度worki3ntrationthrough46工業(yè)和城市供水輸(引)水系統(tǒng)布置及水處理廠對(duì)泥沙53.3入池含沙量及顆粒級(jí)配3.3.1時(shí)段平均入池含沙量，應(yīng)按取水樞紐引水期或汛期引水均入池含沙量按公式(3.3.1)計(jì)算：Q——實(shí)際引用日平均流量，m3/s;T——引水時(shí)段天數(shù)。3.3.2應(yīng)根據(jù)沉沙池類型、供水特點(diǎn)和河流輸沙特性，經(jīng)分析論證，選用有代表性的入池懸移質(zhì)泥沙含量及顆粒級(jí)配作為設(shè)計(jì)64.1灌溉及供水工程沉沙池設(shè)置條件及標(biāo)準(zhǔn)4.1.2提水灌溉泵站沉沙池設(shè)置，除應(yīng)符合4.1.1條規(guī)定外，經(jīng)濟(jì)比較后確定。圖4.1.2中A區(qū)為可不設(shè)置沉72通過(guò)調(diào)蓄水庫(kù)(池)供水時(shí)，應(yīng)滿足下級(jí)調(diào)蓄水庫(kù)(池)的入庫(kù)(池)要求。4.2水電站沉沙池設(shè)置條件及標(biāo)準(zhǔn)過(guò)機(jī)多年平均粗粒徑含沙量與水輪機(jī)額定水頭的交點(diǎn)處于圖BCCBA08水輪機(jī)額定水頭/m4.2.2水電站沉沙池設(shè)置應(yīng)在水輪機(jī)泥沙磨損程度及磨損危害分析計(jì)算的基礎(chǔ)上，考慮電站在系統(tǒng)中的作用、樞紐布置條件、4.2.3沉沙池設(shè)計(jì)最小沉降粒徑可根據(jù)水輪機(jī)的額定水頭按表4.2.3確定。96沉沙池布置6.2定期沖洗式沉沙池池廂進(jìn)口閘，進(jìn)口閘的孔數(shù)應(yīng)與池室(廂)數(shù)一致。池室(廂)6.2.2沉沙池工作段除應(yīng)符合6口閘閘墩相連接，墻頂應(yīng)高于設(shè)計(jì)泥沙淤積面上的沖沙水面流量的5%～8%。每池廂的排沙孔不宜少于2孔。6.3連續(xù)沖洗式沉沙池2工作段池底可沿池寬方向做成若干梯形槽，槽壁坡角7.1.1沉沙池主要水力斷面尺寸應(yīng)根據(jù)地形、地質(zhì)條件擬定不同方案，通過(guò)水力設(shè)計(jì)，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較后確定，重要工程應(yīng)經(jīng)物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證。7.1.2應(yīng)根據(jù)沉沙池類型及運(yùn)行方式進(jìn)行相應(yīng)的水力設(shè)計(jì)，水力設(shè)計(jì)宜包括下列內(nèi)容：1主要尺寸確定。2池內(nèi)水面線計(jì)算。3泥沙沉降計(jì)算。4泥沙淤積計(jì)算。5水力沖洗計(jì)算。7.1.3懸移質(zhì)泥沙沉降速度應(yīng)按SL42規(guī)定計(jì)算。7.2.1沉沙池工作段尺寸應(yīng)根據(jù)工作流量和沖洗流量、泥沙沉速、淤沙容積、淤積時(shí)間、臨界沖沙流速、沖洗周期、沖沙方式等因素綜合確定。7.2.2沉沙池工作深度計(jì)算應(yīng)符合下列規(guī)定：1定期沖洗式沉沙池工作段進(jìn)口水深應(yīng)滿足公式(7.2.2-1),進(jìn)口工作深度可按公式(7.2.2-2)計(jì)算：式中H工作段進(jìn)口水深，m;q——排沙道沖沙單寬流量，m3/(s·m);V.——排沙道出口沖沙流速，m/s;按附錄C選??；Lw——沉沙池工作段長(zhǎng)度，m;io——排沙道底坡；He——工作段進(jìn)口工作深度，m;△H——工作段進(jìn)口泥沙淤積厚度，m,初擬方案時(shí)，灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池可選(0.5～0.6)2連續(xù)沖洗式沉沙池工作段進(jìn)口工作深度，應(yīng)滿足公式式中△Z?——沉沙池運(yùn)行水位與廊道出口處頂部高差，m;Zξ——局部水頭損失系數(shù)總和；L——支、主廊道總長(zhǎng)度，m;g——重力加速度，m/s2;C——謝才系數(shù)；3條渠沉沙池工作深度可按2.0～3.5m初選。7.2.3沉沙池工作寬度可按下列方法計(jì)算：1沖洗式沉沙池工作寬度可按公式(7.2.3)計(jì)算：Q——工作流量，m3/s;v——工作段平均流速，m/s;2初擬方案時(shí)，工作段平均流速可按下列方法確定：1)當(dāng)沉降最小粒徑為0.05～0.10mm時(shí)，可選0.05~2)當(dāng)沉降最小粒徑為0.25mm時(shí)，可選0.25～0.55m/s;3)當(dāng)沉降最小粒徑為0.35mm時(shí)，可選0.40～0.80m/s。3條渠沉沙池工作寬度可按公式(7.2.3)初選，當(dāng)設(shè)計(jì)最7.2.4沖洗式沉沙池單室工作寬度與平均深度之比不宜大于4.5。7.2.5定期沖洗式沉沙池工作段分廂寬度可按公式(7.2.5)B?——定期沖洗式沉沙池工作段分廂寬度，m;7.2.6沉沙池工作段長(zhǎng)度計(jì)算應(yīng)符合下1應(yīng)初擬多個(gè)主要尺寸方案，按7.3節(jié)規(guī)定經(jīng)泥沙沉降計(jì)2沉沙池工作段設(shè)計(jì)長(zhǎng)度宜取計(jì)算長(zhǎng)度的1.2倍。7.2.7末端設(shè)有側(cè)向溢流堰的定期沖洗式沉沙池，各池室的側(cè)向溢流堰合計(jì)長(zhǎng)度可按公式(7.2.7)計(jì)算：Q——池室引用流量，m3/s;b——溢流堰區(qū)池室工作寬度，m;m——流量系數(shù)；7.2.8工作段縱向底坡應(yīng)符合下列要求：1定期沖洗式沉沙池的工作段應(yīng)具有足夠的縱向底坡，最小縱向底坡可按公式(7.2.8)計(jì)算：式中V1e——工作段沖沙流速，m/s,一般不小于2.5m/s。2條渠沉沙池的縱向底坡可根據(jù)地形條件確定。7.3.1沉沙池出池含沙量、泥沙分組沉降率和淤積計(jì)算應(yīng)按附錄A進(jìn)行。7.3.2沉沙池工作寬度或流量沿程變化時(shí)，應(yīng)沿程分段計(jì)算粒徑組含沙量變化及沉降率。7.3.3設(shè)有溢流堰的定期沖洗式沉沙池，可根據(jù)工作段尾部溢流堰區(qū)的堰前含沙量垂線分布計(jì)算出池分組含沙量。7.3.4條渠沉沙池除計(jì)算沿程分段粒徑組含沙量變化及沉降率外，還應(yīng)逐時(shí)段計(jì)算出池分組含沙量。當(dāng)出池含沙量及泥沙粒徑接近第4章規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)上限時(shí)，可將其累積運(yùn)行時(shí)間作為條渠使用期限或清淤周期。7.4.1定期沖洗式沉沙池沖洗周期與淤沙容積應(yīng)經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定。沖洗周期及沖洗周期內(nèi)的淤積量、淤積時(shí)間可按附錄A7.4.2灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池沖洗過(guò)程可概化為泄空沖洗、溯源沖洗和沿程沖洗三階段，可按附錄B計(jì)算。必要時(shí)，可通過(guò)物理模型試驗(yàn)驗(yàn)證。7.4.3水電站水力沖洗式沉沙池池內(nèi)沖沙流速不應(yīng)小于附錄C沉降設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、運(yùn)用時(shí)間和環(huán)境保護(hù)要求等進(jìn)行沉沙池運(yùn)行9.2.6定期沖洗式沉沙池除9.2.39.2.7連續(xù)沖洗式沉沙池除9.2.3條規(guī)定觀測(cè)項(xiàng)不宜少于3點(diǎn)，并不宜少于3個(gè)橫向監(jiān)測(cè)斷面。設(shè)置1～2個(gè)測(cè)點(diǎn)；迎水側(cè)堤坡設(shè)計(jì)水位以上應(yīng)布設(shè)1個(gè)；背水附錄A泥沙沉降計(jì)算方法A.1.1連續(xù)沖洗式沉沙池應(yīng)考慮流量和流速的沿程變化，逐池段計(jì)算含沙量變化和泥沙沉降率。A.1.2定期沖洗式沉沙池和條渠沉沙池應(yīng)考慮流速沿程變化，逐時(shí)段、逐池段計(jì)算含沙量變化和床面淤積變化。A.2.1應(yīng)結(jié)合沉沙池布置將沉沙池劃分為n個(gè)計(jì)算池段，并由下游向上游逐池段推算水面線。A.2.2k池段水面線可按公式(A.2.2-1)～公式(A.2.2-5)計(jì)算：H?、Hk+1——k池段上斷面、下斷面水深，m;i——k池段床面平均縱坡；Jk池段平均水力坡度；V——k池段平均流速，m/s;k——池段編號(hào)，由工作段進(jìn)口至池末或溢流堰區(qū)首端A.3.1應(yīng)由上游向下游逐池段計(jì)算斷面分組含沙量變化、各池1池段下斷面分組含沙量變化可按公式(A.3.1-1)α———k池段i粒徑組的恢復(fù)飽和系數(shù)，可采用水流和泥沙特征類似的已建沉沙池實(shí)測(cè)資i——粒徑組編號(hào)，按粒徑由小到大排序，i=2池段分組沉降率可按公式(A.3.1-2)計(jì)算：3全池分組沉降率，當(dāng)工作段無(wú)溢流堰區(qū)時(shí)可按公式(A.3.1-3)計(jì)算；當(dāng)工作段尾部設(shè)有溢流堰區(qū)時(shí)可按公式式中n:——全池i粒徑組沉降率；4大于i粒徑級(jí)沉降率按公式(A.3.1-3)計(jì)算：式中l(wèi)——第i粒徑組下限粒徑級(jí)編號(hào)，按粒徑由大到小順序△P,——入池懸移質(zhì)泥沙第i粒徑組沙重百分?jǐn)?shù)，%。A.3.2沉沙池淤積泥沙的第i粒徑組沙重的百分?jǐn)?shù)可按公式式中△Pa——沉沙池淤積泥沙或廊道、排沙孔水流中的第i粒A.4.1水電站定期沖洗式沉沙池日淤積量及沖洗周期可按下列η—總沉降率；2沖洗周期可按公式(A.4.1-2)計(jì)算：A.4.2灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池的池室淤積計(jì)算可按1工作段(不含溢流堰區(qū))j時(shí)段內(nèi)k池段淤積量可按公2根據(jù)淤積體積計(jì)算淤積厚度，j時(shí)段內(nèi)k池段平均淤積厚度可按公式(A.4.2-4)計(jì)算。溢流堰區(qū)前工作段各池段計(jì)算斷面在時(shí)段內(nèi)的淤積厚度，可從k=n池段的下斷面(第n+1斷面)向上游逐斷面推算：3池室沖洗周期內(nèi)的淤積量可按公式(A.4.2-5)～公式(A.4.2-7)計(jì)算：式中V;——池室j時(shí)段內(nèi)淤積量，m3;V——溢流堰區(qū)某時(shí)段內(nèi)淤積量，m3;b——溢流堰區(qū)池室工作寬度，m;L——溢流堰區(qū)長(zhǎng)度，m;Da+1——第n+1斷面的時(shí)段淤積厚度，m。4當(dāng)池室淤積到一定程度后，出池含沙量及其粒徑超過(guò)泥沙沉降設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行沖洗。池室沖洗周期可按公式(A.4.2-8)計(jì)算：式中T.——池室沖洗周期，h。A.4.3條渠沉沙池各池段的時(shí)段淤積量可按公式(A.4.2-1)計(jì)算，時(shí)段斷面淤積厚度可由池末斷面向上游逐斷面計(jì)算。j時(shí)段全池淤積量可按公式(A.4.3-1)計(jì)算；全池各時(shí)段累積淤積量可按公式(A.4.3-2)計(jì)算：式中V——全池各時(shí)段累積淤積量，m。附錄B灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池沖洗計(jì)算B.0.1對(duì)設(shè)有n個(gè)池室的沉沙池，各池室應(yīng)按沉沙與沖洗交替方式運(yùn)行。設(shè)計(jì)條件下宜為n—1個(gè)池室沉沙，1個(gè)池室沖洗，逐池室交替運(yùn)用，滿足連續(xù)供水。沖洗過(guò)程可劃分為泄空沖洗、圖B.0.1沖洗過(guò)程示意圖B.0.2池室泄空沖洗的排沙體積和歷時(shí)可按下列方法確定：2池室泄空沖洗歷時(shí)可按公式(B.0.2-2)計(jì)算：B.0.3應(yīng)以池末沖沙閘前的池底為基點(diǎn)，將溯源沖洗階段的淤沙容積概化為n個(gè)計(jì)算沖洗塊體，逐塊計(jì)算。可按下列公式1各沖洗塊體單寬平均輸沙率可按公式(B.0.3-1)近似2溯源沖洗歷時(shí)可按公式(B.0.3-3)計(jì)算：B.0.4沿程沖洗出池平均含沙量和沖洗歷時(shí)可按下列方法1)有水沙實(shí)測(cè)資料時(shí)，可按公式(B.0.4-1)計(jì)算：2)缺乏水沙實(shí)測(cè)資料時(shí)，可采用基于能耗原理建立的水流挾沙力公式(B.0.4-2)計(jì)算：Ncm=κ?[1-4.2√S,(0.365—Sv)](B.0.4-式中S——體積比含沙量，%;ws—泥沙在渾水中的沉速，cm/s;測(cè)資料時(shí)，可近似取2～3倍的d?o,代入水流挾沙力公式(B.0.4-1)計(jì)算時(shí)，單位與水深h一致；2沿程沖洗歷時(shí)可按公式(B.0.4-7)計(jì)算：B.0.5單室沖洗總歷時(shí)可按公式(B.0.5-1)計(jì)算，并應(yīng)滿足公式(B.0.5-2)要求。單室沖洗總用水量按公式(B.0.5-3)n——池室數(shù)。B.0.6當(dāng)池室內(nèi)設(shè)有池廂時(shí)，泄空沖洗應(yīng)按池室一次泄空計(jì)C.1.1有壓排沙道內(nèi)不應(yīng)出現(xiàn)淤堵，選定的沖沙流速ve應(yīng)大于臨界沖沙流速vg,且不宜小于2.0～2.5m/s。矩形斷面排沙道的臨界沖沙流速可采用羅耶爾經(jīng)驗(yàn)公式(C.1.1-1)計(jì)算；圓形斷面臨界沖沙流速可用蘇克諾羅茲經(jīng)驗(yàn)公式(C.1.1-4)v.=E√(pm-1)w7s√R(C.1.1-1)式中v?——臨界沖沙流速，m/s;E——常數(shù)，與廊道表面絕對(duì)糙度△有關(guān)，當(dāng)△=1mm時(shí)，E=66,當(dāng)△=5mm時(shí)(水泥敷面和混凝土建泥沙沉速，m/s,廊道挾沙水流中，小于該粒徑沙重占75%;Se——沖沙水流中的含沙量，kg/m3;S?——沉沙池設(shè)計(jì)入池含沙量，kg/m3;Q——沉沙池工作流量，m3/s;d??——泥沙粒徑，m,廊道挾沙水流中，小于該粒徑沙重C.1.2各支廊道與主廊道交匯點(diǎn)處的水頭損失宜相等，廊道總水頭損失應(yīng)小于上游水面與廊道出口處的水位差。各條支廊道內(nèi)宜采用相同流速，并通過(guò)各支廊道的長(zhǎng)度變化確保交匯點(diǎn)處的水頭損失相等。沿廊道長(zhǎng)度的水頭變化可按公式(C.1.2-1)式中H?——計(jì)算斷面的水頭，m;Ze——局部水頭損失系數(shù)總和；差時(shí)取0.0225,計(jì)算進(jìn)水孔面積時(shí)取0.017。C.1.3支廊道沿長(zhǎng)度方向的截面積可按公式(C.1.3-1)式中A——支廊道斷面面積，m2;Q?——支廊道首端流量，m3/s,可采用等于廊道總流量Qm——支廊道末端流量，m3/s;C.1.4支廊道進(jìn)沙孔斷面面積可按公式(C.1.4)計(jì)算：Φ——流量系數(shù)，可取0.75～0.85,對(duì)百葉窗式孔口可取0.75;C.2無(wú)壓排沙水力學(xué)計(jì)算C.2.1無(wú)壓排沙沖沙臨界流速可按公式(C.2.1)計(jì)算：C.2.2沖沙單寬流量可按公式(C.2.2)計(jì)算：C.2.3等速流沖沙時(shí)沖沙歷時(shí)可按公式(C.2.3)近似計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)用詞必須應(yīng)宜允許稍有選擇，在條件許可時(shí)首先應(yīng)不宜可標(biāo)準(zhǔn)歷次版本編寫(xiě)者信息本標(biāo)準(zhǔn)主要起草人：黎運(yùn)菜楊晉營(yíng)胡克讓譚偉民 433基本規(guī)定 4沉沙池設(shè)置條件及標(biāo)準(zhǔn) 5沉沙池類型選擇 6沉沙池布置 7水力設(shè)計(jì) 8結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 779運(yùn)行及觀測(cè)設(shè)計(jì) 78附錄A泥沙沉降計(jì)算方法 附錄B灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池沖洗計(jì)算 附錄C沉沙池有壓及無(wú)壓排沙水力學(xué)計(jì)算 1.0.2原規(guī)范的適用范圍為大中型水利水電工程中3級(jí)及3級(jí)池，以及組成部分等進(jìn)行了定義，沒(méi)有定義的術(shù)語(yǔ)可參照SL3.3入池含沙量及顆粒級(jí)配為復(fù)核值。沉沙池投入運(yùn)行20多年來(lái)，粒徑d≥0.25mm實(shí)測(cè)等于大于120kg/m3的分別為23d/a和22d/a。根據(jù)供水保證率水流量6m3/s,僅供工業(yè)用水；當(dāng)引水含沙量為100～80kg/m3時(shí)，引水流量10m3/s;當(dāng)引水含沙量小于80kg/m3時(shí)，按設(shè)計(jì)泥沙粒配(汛期粒徑細(xì)于非汛期粒徑)繪成泥沙粒配曲線包絡(luò)圖，采用包絡(luò)圖中的粒配曲線密集區(qū)平均值，作為設(shè)計(jì)入池泥沙引水期的多年月平均含沙量為設(shè)計(jì)入池含沙量，平均含沙量為6.7kg/m3,最大為14kg/m3。設(shè)計(jì)入池泥沙粒徑dso=0.03~0.035mm,其中粒徑小于0.025mm占40%,小于0.005mm占18%。山西浪店水源工程沉沙池設(shè)計(jì)入池含沙量為50kg/m3,大禹渡沉沙池設(shè)計(jì)入池含沙量為52kg/m3,均采用汛期平均泥沙粒徑沙量為60～80kg/m3。表1為國(guó)內(nèi)部分已建灌溉及供水沉沙池入池泥沙設(shè)計(jì)控制入池含沙量/(kg/m3)自流，灌溉禹門(mén)口沉沙池陽(yáng)武河沉沙池自流，灌溉自流，灌溉自流，灌溉自流，灌溉自流，灌溉9自流，灌溉4自流，灌溉自流，灌溉引黃濟(jì)青沉沙池自流，灌溉、工業(yè)及城市供水表1(續(xù))入池含沙量/(kg/m3)自流，工業(yè)供水自流，工業(yè)供水山西壺口東城沉沙池山西鄉(xiāng)寧小灘沉沙池引黃入冀補(bǔ)淀工程沉沙池4.1灌溉及供水工程沉沙池設(shè)置條件及標(biāo)準(zhǔn)池設(shè)計(jì)含沙量為12kg/m3;黃河下游灌區(qū)，由于渠道縱坡緩(1/5000～1/10000),出池設(shè)計(jì)含沙量為2～4kg/m3(個(gè)別為1kg/程沉沙池出池泥沙粒徑不大于0.04～0.05mm而確定的。表2出池含沙量出池粒徑自流，灌溉禹門(mén)口沉沙池提水，灌溉、陽(yáng)武河沉沙池自流，灌溉4自流，灌溉自流，灌溉表2(續(xù))出池含沙量出池粒徑9自流，灌溉4自流，灌溉2自流，灌溉2自流，灌溉引黃濟(jì)青沉沙池d?o=0.003~自流，灌溉、2自流，工業(yè)2自流，工業(yè)鄉(xiāng)寧小灘沉沙池引黃入冀補(bǔ)淀工程沉沙池渡),過(guò)泵汛期平均含沙量為0.5～61kg/m3,dso=0.032~和粒徑要求是一項(xiàng)重要指標(biāo)，由多沙河流取水通常要設(shè)置沉后通過(guò)調(diào)蓄庫(kù)(池)向下級(jí)水處理廠供水，需考慮調(diào)蓄庫(kù)(池)4.2水電站沉沙池設(shè)置條件及標(biāo)準(zhǔn)式水輪機(jī)1年(換噴針頭及噴嘴口);水輪機(jī)額定水頭大于等于150m的混流式水輪機(jī)大于等于2年；水輪機(jī)額定水頭小于(2)莫氏硬度大于等于5的硬礦物泥沙含量約占50%。4.2.2泥沙對(duì)水輪機(jī)磨損危害表現(xiàn)為：水輪機(jī)運(yùn)行效率下降、(1)采用耐磨材料或耐磨護(hù)面層，提高磨損部位的耐磨期沖洗式沉沙池。山西陽(yáng)武河沉沙池即為單室定期沖洗式沉3近年來(lái)，為了探索解決引水泥沙處理的新途徑，通過(guò)沙池、漏斗式沉沙池等不同類型的泥沙處理設(shè)施，并取得了良好的運(yùn)行效果?？紤]這幾種類型沉沙池的設(shè)計(jì)僅有試驗(yàn)研究成果和經(jīng)驗(yàn)性的設(shè)計(jì)，未能形成系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，本次修訂未將其納入標(biāo)準(zhǔn)的正文。以下是這幾種類型沉沙池的工程6756365632121中中一94輸水道引渠上游連接段下游連接段工作段輸水道引渠上游連接段下游連接段禹門(mén)口沉沙池就采用了這種型式。禹門(mén)口沉沙池是我國(guó)首次建成的一座定期沖洗式復(fù)合型沉沙泵站和揚(yáng)程98m的二級(jí)泵站之間(見(jiàn)圖4)。設(shè)計(jì)引水流量26m3/s,包括沉沙池工作流量21m3/s(其中引用流量20m3/s,池末排沙底孔排沙流量1m3/s),沉沙池沖洗流量5m3/s,設(shè)計(jì)引水含沙量小于80kg/m3,相應(yīng)設(shè)計(jì)出池含沙量小于設(shè)計(jì)最小沉降粒徑0.05mm。20多年的運(yùn)行實(shí)踐證明，沉沙池運(yùn)行期的出池泥沙含量和粒徑均能滿足預(yù)期的設(shè)計(jì)要求。禹門(mén)口沉沙池工作段的池底設(shè)計(jì)縱坡1/70,長(zhǎng)118m(若不設(shè)斜板區(qū)，工作段長(zhǎng)度達(dá)到220m),其中平流區(qū)長(zhǎng)40m,斜板區(qū)圖4禹門(mén)口復(fù)合型定期沖洗式沉沙池布置圖長(zhǎng)78m。斜板區(qū)沿豎向分為4層，從上向下依次為集水層高0.8m、斜板層高1.3m、配水層高1.4～2.89m、沉沙層3.0~3.2m。斜板材料采用玻璃纖維增強(qiáng)水泥板，板厚lcm,距10cm,板長(zhǎng)1.5m,傾角60°。集水槽布置在斜板區(qū)頂部，包槽，間距6m;縱向集水槽布置在池室邊墻和隔墻頂部，共10池含沙量小于0.5kg/m3,出池泥沙粒徑小于0.05mm道斷面型式為矩形，寬8.0m、高4.0m,廊道長(zhǎng)89.761m,廊池中心出水環(huán)直徑8.0m,內(nèi)環(huán)直徑100m,中部由進(jìn)水廊道出水口經(jīng)錐坡接環(huán)形沖沙槽；環(huán)形沖沙槽底寬6.0m,底坡1/51.02;沖沙廊道控制閘孔口尺寸6.0m×4.0m;沖沙廊道寬6.0m、高4.0m,廊道長(zhǎng)86.5m,采用1/51.13的底坡，廊道末墻高3.2m,外側(cè)墻高4.7m,底坡1/1900。(3)漏斗式沉沙池主要是利用漏斗結(jié)構(gòu)，在漏斗圓形邊壁將泥沙排出池外。由進(jìn)水涵洞、調(diào)流裝置、漏斗室、溢流堰、排沙底孔和排沙廊道組成，見(jiàn)圖6。漏斗式沉沙池作為一種高圖5圓中環(huán)沉沙池布置示意圖圖6漏斗式沉沙池布置示意圖為1:10;漏斗室內(nèi)的懸板寬3.2m,懸板包角180°;懸板末端設(shè)有調(diào)流墩，頂寬0.54m,底寬1.15m;排沙底孔孔徑根據(jù)排0.50m、0.35m三種孔徑；排沙底孔后接縱坡為1/200的排沙輸水能力，而且大量泥沙進(jìn)入壓力前池，造成機(jī)組磨損破壞，建了漏斗式沉沙池。沉沙池設(shè)計(jì)引水流量56m3/s,進(jìn)水涵洞高1.8m、寬5.6m,漏斗室直徑30m,錐坡坡度1/10,排沙底孔按五種孔徑設(shè)計(jì)，最大孔徑1.5m,懸板包角180°,下設(shè)當(dāng)淤沙部位高于引水位時(shí)，可采用揚(yáng)水沉沙，如淤培工6沉沙池布置(1)四川某水電站地下水力沖洗式沉沙池，池長(zhǎng)51m,池寬4.2m,池深3.7m,系利用輸水隧洞擴(kuò)挖形成的，該工程地組成，每一個(gè)洞室長(zhǎng)200m,凈的橫截面尺寸約62m2,坡度為1.6%,沖沙渠道的坡度為1.86%。每個(gè)沖沙渠出口設(shè)有沖沙閘的地下洞室，每個(gè)沉沙池長(zhǎng)525m、中心處寬16.31m、高27.5m,地下挖方超過(guò)100萬(wàn)m3。沉沙池采用鋼纖維加固噴射(4)尼泊爾查莫里亞水電站沉沙池項(xiàng)目由1號(hào)、2號(hào)兩個(gè)沉沙池組成，沉沙池洞形結(jié)構(gòu)為城門(mén)洞形，單個(gè)沉沙池長(zhǎng)度為106m,最大寬度為13.4m,最大高度為32.685m,且兩個(gè)沉沙著流量增大達(dá)到?jīng)_淤平衡。如禹門(mén)口沉沙池前的引渠縱坡為1/740,最小引水流量時(shí)的流速為1.57m/s,設(shè)計(jì)工作流量時(shí)的2設(shè)置上游連接段(稱行近段或擴(kuò)散段)的目的是使入池6.1.8本條主要是考慮排除地表雨水，避免進(jìn)入沉沙池而規(guī)6.2定期沖洗式沉沙池現(xiàn)象，很難沖洗，故沉沙池邊墻的臨水面和池內(nèi)隔墻設(shè)計(jì)為豎直面對(duì)沖沙是有利的。4陽(yáng)武河、大禹渡和禹門(mén)口等沉沙池運(yùn)行實(shí)踐表明，由于入池含沙量較大且粒徑較細(xì)，泥沙經(jīng)工作段沉降后，沉降了部分較粗粒徑并減少了含沙量，但還需經(jīng)溢流堰區(qū)吸取表層水，才能滿足供水要求，否則需將工作段延長(zhǎng)相當(dāng)長(zhǎng)度，是不經(jīng)濟(jì)的。溢流堰區(qū)長(zhǎng)度一般為工作段長(zhǎng)度15%～20%,溢流堰和集水槽相結(jié)合布置在該區(qū)的墻頂上，集水槽的邊墻即為溢流堰，一般采用曲線型非真空實(shí)用堰或者薄壁堰，如壺口東城沉沙池采用焊接不銹鋼薄壁堰，提高了流量系數(shù)，也保證了施工中堰頂高程準(zhǔn)確。為提高沉沙池的沉降效率，堰頂水深不宜過(guò)大，但堰頂水深太小會(huì)加大溢流堰的規(guī)模或增加溢流堰區(qū)的長(zhǎng)度。為了保證堰頂水深穩(wěn)定，溢流堰為非淹沒(méi)出流，各集水槽間為自由出流。隔墻上的測(cè)向集水槽凈寬，一般為隔墻間凈距的1/5～1/6。6.2.3在溢流堰區(qū)末端設(shè)置排沙底孔(禹門(mén)口沉沙池，每池廂凈寬6m,每廂設(shè)底孔3個(gè)),可采用連續(xù)或間隔排沙方式，排泄池末的高濃度含沙水流，以降低溢流堰出池含沙量。按連續(xù)排沙方式的池末底孔排沙平均含沙量可按式(1)、式(2)計(jì)算：式中Sa——池末底孔排沙平均含沙量，kg/m3,據(jù)大禹渡沉沙池試驗(yàn)為200kg/m3,可據(jù)類同工程或試驗(yàn)確定；Sn+1——第n+1斷面含沙量，kg/m3;S——經(jīng)溢流堰出池含沙量，kg/m3;S?——經(jīng)溢流堰出池分組含沙量，kg/m3;Qa——池末底孔平均流量，m3/s;6.2.4定期沖洗式沉沙池泄空沖洗過(guò)程中，往往受排沙道容量6.3連續(xù)沖洗式沉沙池后，按堰流公式確定堰頂高程。堰頂高程一般比運(yùn)行水位沉沙。進(jìn)口段為輸沙段，長(zhǎng)度一般為全池長(zhǎng)的15%,流速要大沙沉降，長(zhǎng)度約為全池長(zhǎng)的70%;出口段的流速主要靠出口控般為1:4～1:5,坡面一般植樹(shù)種草，以御風(fēng)浪。堤頂高程的沉沙池的圍堤、格堤，其頂寬一般為5～7m。由于堤高頂寬，先在來(lái)沙較細(xì)的季節(jié)(汛期),用小水放淤渠底，以形成細(xì)淤防條渠使用初期(來(lái)沙較細(xì)季節(jié)),渠內(nèi)引放大水或雍高水位，使7.1.1、7.1.2本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了定期沖洗式沉沙池、連續(xù)沖洗式沉沙池和條渠沉沙池水力設(shè)計(jì)要求，未含其他型式的水力沖洗式沉沉降計(jì)算、淤積計(jì)算是沉沙池主要尺寸確定的依據(jù)。應(yīng)擬定多種水深、寬度、長(zhǎng)度的組合方案，通過(guò)水沙設(shè)計(jì)，并經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較確定沉沙池的主要尺寸。由于水流泥沙運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，本標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定重要的工程應(yīng)經(jīng)物理模型試驗(yàn)進(jìn)一步驗(yàn)證設(shè)計(jì)的合理性。7.1.3考慮所收集的工程所在河段懸移質(zhì)顆粒級(jí)配資料的銜接，以及與SL42《河流泥沙顆粒分析規(guī)程》的一致性，本次修訂規(guī)定采用SL42規(guī)定的方法進(jìn)行泥沙沉降速度計(jì)算。7.2.2水力沖洗式沉沙池進(jìn)口水深不宜過(guò)大，以免因池底高程過(guò)低，致使沖排沙不暢。蘇聯(lián)水電站沉沙池設(shè)計(jì)規(guī)范建議在通常情況下沉沙池的工作深度可選擇4～5m;我國(guó)一般為3～8m,個(gè)別為15～18m(天生橋二級(jí))。式(7.2.2-1)中，當(dāng)工作段底坡i或排沙道底坡i。為變坡時(shí)，則取其平均底坡。式(7.2.2-2)中的△H,值，對(duì)于灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池，可按公式(3)計(jì)算：式中V?———沉沙池沖洗周期內(nèi)淤積體積，m3,按附錄B計(jì)算；B———工作寬度，m,按公式(7.2.3)計(jì)算。國(guó)內(nèi)條渠沉沙池水深一般為2.0～3.5m。7.2.3國(guó)內(nèi)已建水電站沉沙池工作段平均流速見(jiàn)表3,已觀測(cè)的大禹渡等灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池平均流速、工作深度見(jiàn)表4。映秀灣電站設(shè)計(jì)最小禹門(mén)口陽(yáng)武河注：禹門(mén)口沉沙池工作段后段為斜板區(qū)，為復(fù)合型定期沖洗(1)設(shè)計(jì)最小沉降粒徑在0.25～0.40mm的沉沙池，其平(2)設(shè)計(jì)最小沉降粒徑為0.70mm時(shí)，平均流速的上限可7.2.5沉沙池池廂單寬沖洗流量是確定分廂寬度的重要參數(shù)，陽(yáng)武河單室式(單廂)雙室式(單廂)禹門(mén)口三室式(三廂)雙室式(單廂)雙室式(單廂)雙室式(單廂)7.2.8公式(7.2.8)為均勻流流速公式，由于池底泥沙淤積，床面糙率較大，各工程的糙率系數(shù)取值不同，一般為0.0225~速v1c一般不小于2.5m/s。排沙道底坡要大于沉沙池工作段度坡，以確保沖排沙效果。灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池的溢流堰區(qū)縱向底坡宜大于工作段前段底坡，但不能大于排沙道根據(jù)地形條件確定條渠沉沙池縱向底坡時(shí)，還要重視與條渠沉沙池寬度間的協(xié)調(diào)。由于條渠沉沙池是人工控制的寬淺渠道，如果縱向底坡選擇太小，寬度太大，則會(huì)形成水流剛進(jìn)入條渠即大量落淤，影響進(jìn)水。反之，如果縱向底坡選擇太大，寬度過(guò)窄，則泥沙淤積甚少，甚至發(fā)生沖刷。7.3.1～7.3.3附錄A推薦的計(jì)算公式和方法，通過(guò)大量水槽試驗(yàn)資料和原型觀測(cè)資料驗(yàn)證，符合較好，但還存在以下問(wèn)題。水力沖洗式沉沙池的池長(zhǎng)短、水深大、流速小，水流挾沙力可以忽略不計(jì)。但條渠沉沙池淤積后形成新的河床，主流溝的水流挾沙力不能忽略。目前對(duì)水流挾沙力的研究還不夠成熟，特別是分組水流挾沙力，因此采用了簡(jiǎn)化計(jì)算方法。該問(wèn)題有待今后繼續(xù)研究、完善。設(shè)有溢流堰的灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池，雖經(jīng)工作段沉降了大部分泥沙，還要經(jīng)溢流堰區(qū)引取表層水才能滿足供水要求，考慮含沙量在堰前的垂線分布并以極限吸出高度范圍內(nèi)的含沙量作為出池含沙量。(1)極限吸出高度可近似用公式(4)計(jì)算：式中h——溢流堰堰上水流極限吸出高度，m;q——溢流堰平均單寬流量，m3/(s·m);△p——清水與渾水密度差，t/m3。(2)經(jīng)溢流堰區(qū)的出池分組含沙量、分組沉降率及溢流堰出池含沙量可用公式(5)～公式(9)計(jì)算：式中S——溢流堰出池含沙量，kg/m?;S——經(jīng)溢流堰出池分組含沙量，kg/m3;S;(n+1)——第n+1計(jì)算斷面分組平均含沙量，kg/m3;h——計(jì)算時(shí)段初堰前淤積床面以上水深，m;a——溢流堰前垂線分組含沙量參考點(diǎn)距離淤積床面的高度，隨不同粒徑組而變，由試算確定該值，m;Z——第i粒徑組懸浮指標(biāo)修正值；Z,——第i粒徑組懸浮指標(biāo)值；U——近似取工作段的末池段在計(jì)算時(shí)段內(nèi)的摩阻流速，κ——卡門(mén)系數(shù)，清水取0.4,渾水可按公式(B.0.4-5)計(jì)算。溢流堰內(nèi)的水流、泥沙是相當(dāng)復(fù)雜的三維流動(dòng)問(wèn)題，本條提出的計(jì)算式為簡(jiǎn)化的近似計(jì)算，必要時(shí)進(jìn)行物理模型試驗(yàn)。7.4.1～7.4.4定期沖洗式沉沙池淤積容積與沖洗周期成正比。淤積容積選得小一些，可減少沉沙池工程量，但沖洗周期短，對(duì)供水或發(fā)電可能造成不利影響；沖洗周期長(zhǎng)一些，可能有利于供8.0.1不同類型的沉沙池，其水工建筑物的形式亦有所不同。對(duì)于各類建筑物的一般設(shè)計(jì)規(guī)定(包括結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、渠堤設(shè)計(jì)、防滲排水設(shè)計(jì)和地基設(shè)計(jì)等),按現(xiàn)行有關(guān)規(guī)范執(zhí)行，本標(biāo)準(zhǔn)不再8.0.3在池體等重要部位，止水發(fā)生破壞的可能性較大，采用8.0.9本標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定了沉沙池結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需要計(jì)算的內(nèi)容要求和荷載組合要求，具體的計(jì)算方法、計(jì)算公式及設(shè)計(jì)允許值執(zhí)行震設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》和SL265《水閘設(shè)計(jì)規(guī)范》有關(guān)規(guī)定，本條文不8.0.10應(yīng)重視基礎(chǔ)處理設(shè)計(jì)，曾有沉沙池地基屬軟弱地層，由9.1.4工程實(shí)踐證明，條渠沉沙池入池水沙調(diào)控、池內(nèi)放淤、沉降率比較高，一般在80%～90%,有的甚至達(dá)95%以上。清汛期高水位時(shí)將河水引到枯(低)水位時(shí)不能沉沙的條渠沉沙9.2水沙觀測(cè)設(shè)計(jì)附錄A泥沙沉降計(jì)算方法作段長(zhǎng)度1/10,時(shí)段劃分長(zhǎng)度一般不大于沖洗周期時(shí)間的1/4。《水工設(shè)計(jì)手冊(cè)(第2版)》推薦的計(jì)算方法為準(zhǔn)靜水沉降法，準(zhǔn)靜水沉降法和一度流超飽和輸法是在兩種不同理論基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，在一定條件下經(jīng)數(shù)學(xué)推演，兩種計(jì)算方法可轉(zhuǎn)化為相同公式。已建沉沙池運(yùn)行資料表明，一度流超飽和輸沙法計(jì)算結(jié)果更符合實(shí)際。在缺少已建沉沙池實(shí)測(cè)資料難以確定恢復(fù)飽和系數(shù)時(shí)，也可以按準(zhǔn)靜水沉降法初估沉沙池的主要尺寸和泥沙沉降率。一度流超飽和輸沙法中恢復(fù)飽和系數(shù)的取值直接影響計(jì)算結(jié)果的精確度。《泥沙手冊(cè)》推薦淤積狀態(tài)下的恢復(fù)飽和系數(shù)為α=0.25。有關(guān)研究表明，恢復(fù)飽和系數(shù)是隨水力泥沙因素變化而變化，有一定的變幅。考慮到選用相似已建工程資料的困難性，以下給出了3個(gè)根據(jù)實(shí)測(cè)資料分析得到的經(jīng)驗(yàn)公式供參考使用。(1)根據(jù)山東打漁張、河南人民勝利渠、山西陽(yáng)武河及大禹渡沉沙池觀測(cè)資料分析，得：適用于懸移質(zhì)顆粒組成較細(xì)(小于0.25mm)或有絮凝沉降現(xiàn)象的灌溉及供水工程沉沙池分組沉降率計(jì)算，如我國(guó)黃河中下游地區(qū)。(2)分析長(zhǎng)江荊江北岸嚴(yán)家臺(tái)、丟丟垸放淤工程實(shí)測(cè)資料，得：適用于懸移質(zhì)顆粒組成較細(xì)或有絮凝沉降現(xiàn)象的灌溉及供水工程沉沙池分組沉降率計(jì)算，如我國(guó)長(zhǎng)江中下游地區(qū)。(3)根據(jù)四川漁子溪一級(jí)、南椏河三級(jí)、云南清水河電站沉沙池實(shí)測(cè)資料及國(guó)家電力公司成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院水槽試驗(yàn)，得：式中K——綜合經(jīng)驗(yàn)系數(shù)，當(dāng)沉沙池寬度與深度之比在1.5~4.0之間時(shí)，取K=1.2～1.0。適用于我國(guó)西南地區(qū)懸移質(zhì)顆粒組成較粗(d>0.25mm)無(wú)絮凝沉降現(xiàn)象的水電站沉沙池分組沉降率計(jì)算。A.4.2灌溉及供水工程定期沖洗式沉沙池一般設(shè)有多池室，淤積計(jì)算是分池室計(jì)算，故工作流量為池室工作流量，淤積體積為池室淤積體積。在公式(A.4.2-1)中，計(jì)算時(shí)段歷時(shí)長(zhǎng)t;取值，可據(jù)水沙條件和工作段長(zhǎng)度確定，入池含沙量大，工作段短，則t;取值宜短，反之則t;值宜長(zhǎng)。一般定期沖洗式沉沙池t;可取0.5h。灌溉及供水工程沉沙池一般呈三角洲淤積形態(tài)，淤積過(guò)程中，洲面由上游向下游逐漸推進(jìn)，前坡慢慢調(diào)平，直到沉沙容積淤滿。各時(shí)段淤積厚度可從下游向上游逐斷面按如下方法近似計(jì)算。公式(A.4.2-7)是假定溢流堰段的淤積高程與第n+1斷面相同，忽略了楔體的影響。第n+1斷面和第n斷面的時(shí)段游積厚度為：第n—1池段至第1池段的上游斷面淤積厚度為：D?=2D-DA+1式中D,+1——第n+1斷面(即k=n池段的下斷面)時(shí)段淤積D,——第n斷面時(shí)段末淤積厚度，m;y.——k=n池段的全沙沉降率；D、Dk+1——第k池段上斷面、下斷面淤積厚度，m。池室出池含沙量及其粒徑超過(guò)泥沙沉降設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，是對(duì)計(jì)算的池室而言。實(shí)際上，當(dāng)3個(gè)以上池室交替運(yùn)行時(shí)(2個(gè)以上池室沉沙，1個(gè)池室沖沙),后投入