浅析水利水电工程沉沙池泥沙沉降计算方法

本文对沙早水电工程沉沙池设计中最常用的泥沙沉降计算方法，准静水沉降法和一度流超饱和输沙法，从公式结构上进行了一定的分析研究，结果表明，在一定条件下，准静水沉降法之计算公式是一度流超饱和输沙法（不考虑水流挟沙能力）的一种近似表达式，可用来估算沉沙池内含沙量变化。     

一座黄河边沉沙池水力计算

应用一度流超饱和输沙法对一座以黄河水为水源的提水工程首部的沉沙池进行沉降淤积计算,对沉沙池沉降效率、出池和淤积泥沙粒径的计算结果进行分析,验证了此座沉沙池设计的合理性,并为类似沉沙池的设计计算提供参考。     

关于沉沙池计算中的水流挟沙力

一度流超饱和输沙法是考虑了超饱和输沙特点的泥沙沉降计算方法．沉沙池内水流挟沙力是一定水力和床沙组成条件下水流挟带床沙质的能力．从已建沉沙池沉降标准、池内设计水流水力以及床沙组成条件来看，沉沙池运行前期、中期水流挟沙力一般都很小．用一度流趋饱和输沙法计算沉沙池沉降率时可不考虑水流换沙力的影响．均匀流条件下，用不考虑挟沙力和考虑挟沙力的一度流超饱和输沙法分别计算沉沙池的沉降率，二者相对误差取决于挟沙力与进口含沙量之比，该比值小于0．2时，相对误差小于20％．沉沙池内挟沙力与进口含沙量之比小于0.2时，用一度流趋饱和输沙法计算沉沙池的沉降率，可不考虑水流挟沙力的影响．     

沉沙池设计中确定泥沙沉降率综合系数α的方法

在水利工程沉沙池的设计中，常采用的计算泥沙沉降的方法为一度流超饱和输沙法。泥沙沉降率的计算最关键的问题之一是要确定综合系数α值。通常，把α值近似视为常数，或虽采用一些经验公式，但只适合某些特殊情况。在一般情况下，α值与泥沙沉速、水深、摩阻流速等有关，是一个变值。笔者根据山东省打渔张灌区第５条渠的实测资料，采用多元回归分析法，推求出求α值的经验公式。并通过进行方差分析和对回归方程显著性的判断，以及用实测资料对α值验证计算比较后，认为采用多元回归分析法确定沉沙池泥沙沉降率综合系数α值的经验计算公式是可行的，可以满足设计要求。     

水利工程沉沙池泥沙沉降计算方法讨论

水利工程沉沙地泥沙沉降计算方法大致可分为三类，即准静水沉降法、沉降概率法和超饱和输沙法，而最常用的计算方法是准静水沉降法和一度流超饱和输沙法。尽管准静水沉降法和一度流超饱和输沙法分别基于两种不同的理论基础，但笔者在研究中发现，经一定的数学公式推演，两种方法的计算公式可以彼此转化。在一定条件下，即在常数ｅ的指数很小时，准静水沉降法计算公式是一度流超饱和输沙法（不考虑水流挟沙力）的一种近似表达式。分段计算沉沙池时，在常数ｅ的指数小于等于０．４８９的条件下，两种方法计算泥沙分组含沙量之相对误差不大于２０％。计算段长度的选取对两种方法的计算结果误差影响最大。只要适当选取计算段长度，准静水沉降法可用来估算沉沙池内含沙量变化。     

确定泥沙沉降率综合经验系数α的方法

在水利工程沉沙池的设计中，计算泥沙沉降的方法往往采用一维超饱和输沙法，其泥沙沉降车的计算最关键是要确定综合经验系数α。通常，把α近似作为常数，或采用一些经验公式，但只适合某些特殊情况。在一般情况下，α值与泥沙沉速、水深、摩阻流速等有关，是一个变值。现依据山东省打渔张灌区第五条渠的实测资料，采用多元回归分析法，推出求α值的经验公式，并通过方差分析和对回归方程显著性的判断，以及用实测资料对α值验证计算比较后，认为采用多元回归分析法确定沉沙池泥沙沉降车综合经验系数α，不论从理论上或实际应用上都是合理的，得到的求α的经验计算公式是可行的，计算出的泥沙沉降率精度可以满足设计要求。     

沉沙池超饱和输沙法恢复饱和系数研究

恢复饱和系数αi是一度流超饱和输沙法计算的重要参数之一,理论分析和实测资料表明,αi值与泥沙分组平均沉速ωi、摩阻流速U、池段平均水力坡度J等因素有关,是一个变幅较大的系数。用实测资料建立的αi值计算公式,其泥沙粒径范围为d=0.005～0.25mm,基本覆盖了黄河及长江中下游地区的泥沙粒径。在缺少相似已建沉沙池水流和泥沙特征实测资料条件下,且悬移质泥沙粒径d<0.25mm时,可用式(13)进行αi值计算。     

有压隧洞内沉沙池泥沙沉降特性研究——以尼泊尔尼亚迪水电站为例

目前国内水电工程的沉沙池大都为布置于枢纽首部的无压式地面沉沙池,实际工程中限于地形地质条件,在有压式隧洞内设置沉沙池可能更加经济合理。以尼泊尔尼亚迪水电站有压隧洞内沉沙池为例,采用一度流超饱和输沙法对有压隧洞内沉沙池泥沙沉降特性进行了计算分析。结果表明:在设计条件下,进入水轮机发电水中总含沙量为0.625 kg/m3,其中粒径不小于0.2 mm的泥沙含量为0.062 5 kg/m3,大于等于设计沉降粒径的泥沙沉降率为84.55%。分析结果证明有压式隧洞内设置沉沙池可实现沉降悬移质泥沙的功能,可为其他工程有压隧洞内沉沙池的设计提供参考。     

沉沙池分时段法泥沙沉降率计算研究

目前国内沉沙池的泥沙沉降率计算有准静水沉降法计算与超饱和输沙法计算两种,这两种计算理论还没有建立起具有普遍意义的水流泥沙运动函数关系。同时泥沙沉降率计算得到泥沙沉降率是判别沉沙池的长度、宽度和底坡是否的合理的重要依据,因此有必要对沉沙池的沙沉降率计算方法进行改进。通过应用E.A查马林教授的经验公式得到分时段法沉降率计算,并通过准静水沉降法和超饱和输沙法两种方法对比论证。结果表明:分时段沉降率法计算得到的泥沙沉降率与准静水沉降法和超饱和输沙法计算基本一致,误差不超过5%,说明分时段沉降率法是可行的。分时段沉降率法计算得到的水流泥沙运动规律与沉沙池运行宏观分析结果相同,因此模拟沉沙池的水流泥沙运动情况是可行的。     

水利工程沉沙池泥沙沉降计算方法分析与验证

介绍了水利工程沉沙池泥沙沉降计算方法,并结合实例对各种方法进行了分析验证。结果表明:采用准静水沉降法计算的泥沙分组沉降率与实测分组沉降率存在明显的偏差;泥沙颗粒平均粒径范围为0.175～0.570 mm、含沙量为0.25～1.00 kg/m3时计算泥沙沉降采用沉降概率法较为合适;二度流超饱和输沙法假设流速和扩散系数沿垂线方向为常数,但沉沙池中泥沙沿垂直分布为紊流且为不均匀流,因此该法存在缺陷;一度流超饱和输沙法考虑挟沙水流超饱和和水流向上紊流的特点,将悬移质泥沙粒径按大于或小于0.25 mm分别进行计算,其沉降率计算值与实际观测值非常接近,便于实际应用。     

沉沙池长度计算方法综述

对沉沙池泥沙危害粒径标准的选定问题进行分析研究,指出泥沙危害粒径标准的选定应该综合考虑微灌产品的性能指标和水轮机磨损等因素.介绍了准静水沉降法、沉降概率法和超饱和输沙法的计算方法,并分析了准静水沉降法与一维流超饱和输沙法之间的相互转化,指出一维流超饱和输沙法在实际中应用最广,但其计算结果精度直接受恢复饱和系数α的限制,为此需要对α进行更深入的理论研究,使其应用范围更加广泛.     

确定泥沙沉降率综合经验系数a的方法

在水利工程沉沙池的设计中，计算泥沙沉降的方法往往采用一维超饱和输沙法，其泥沙沉降率的计算最关键是要确定综合经验系数ａ。通常，把ａ近似作为常数，或采用一些经验公式，但只适合某些特殊情况。在一般情况下，ａ值怀泥沙沉速、水深、摩阻流速等有关，是一个变值。现依据山东省打渔张灌区第五条渠的实测资料，采用多元回归分析法，推出求ａ值的经验公式，并通过方差分析和对回归方程显著性的判断，以及同实测资料对ａ值验证计算     

沉沙池泥沙沉降率的计算与试验研究

介绍了一维超饱和输沙法的基本公式,并用大禹渡沉沙池的实测资料进行了验证计算。结果表明:①沉降率计算结果与实测沉降率吻合较好;②加设调流板和溢流槽后,沉沙池的池段分组沉降率、工作段分组沉降率和大于某粒径级泥沙的沉降率均有所提高,并且泥沙粒径越细,提高幅度越大。     

沉沙池设计计算方法研究

通过对沉沙池不同计算方法的系统研究，选择一维超饱和不平衡输沙法作为沉沙池设计计算方法，并建立了反映沉沙池水沙运行、泥沙淤积及输沙特点的数学模型。对挟沙能力公式的选用和修正、恢复饱和系数的选取等问题进行了多方面的探讨。验证计算表明，本文数学模型的计算结果与实测资料吻合良好。     

水电站沉沙池泥沙沉降率计算方法分析与检验

设计沉沙池时，首先要解决的问题之一是悬移质泥沙沉降计算方法。为此，对目前国内外业界采用的计算方法分类进行分析，并以成都勘测设计研究院进行沉沙池原型观测的资料和成都勘测设计研究院科学研究所进行的专题水槽试验成果，对准静水沉降法、沉降概率法和超饱和输沙法三种方法进行了检验，其中超饱和输沙法偏差最小。为此，明确推荐采用超饱和输沙法。该方法已经列入《水利水电工程沉沙池设计规范》。     

一维超饱和输沙法恢复饱和系数α的计算模型研究

研究证明，准静水沉降公式为一维超饱和输沙发公式简化形式，α和k具有相同的影响因素。两者物理意义相同，且两者存在着α=1/k的关系确定k,α值的方法及资料可以相互借鉴。α的主要影响因素与水流挟沙力的主要影响因素相同或相似。沉沙池与黄河下游河道一样也存在着“多来多排”现象。根据实测资料分析得到影响α值的主要因素。建立的α计算模型分组沉降率平均误差均在6%之内，沉降率的相对误差在20%内的概率为95%，精度可满足使用。     

定期冲洗式沉沙池泥沙沉降特性分析

以黄河东城提水工程首部的定期冲洗式沉沙池为研究对象,应用一维超饱和输沙法计算了泥沙的沉降历时,分析了泥沙恢复饱和系数、极限吸出高度、出池含沙量等泥沙沉降特性。结果表明:①泥沙恢复饱和系数随泥沙粒径的增大呈指数递减趋势,工作段上游泥沙恢复饱和系数随沉降历时呈指数递减趋势,工作段下游恢复饱和系数随沉降历时呈线性减小趋势;②随着沉沙池的运行,出池泥沙粒径逐渐变大,淤积泥沙粒径则逐渐变小;③在沉沙池运行期内,溢流堰极限吸出高度随沉降历时呈线性递减趋势;④溢流堰前分组含沙量参考点的相对水深均小于0.5;⑤在0～0.500 mm泥沙粒径范围内,出池平均含沙量参考点的相对水深与泥沙粒径呈对数递增。     

定期冲洗式沉沙池泥沙沉降特性分析

以黄河东城提水工程首部的定期冲洗式沉沙池为研究对象,应用一维超饱和输沙法计算了泥沙的沉降历时,分析了泥沙恢复饱和系数、极限吸出高度、出池含沙量等泥沙沉降特性。结果表明:①泥沙恢复饱和系数随泥沙粒径的增大呈指数递减趋势,工作段上游泥沙恢复饱和系数随沉降历时呈指数递减趋势,工作段下游恢复饱和系数随沉降历时呈线性减小趋势;②随着沉沙池的运行,出池泥沙粒径逐渐变大,淤积泥沙粒径则逐渐变小;③在沉沙池运行期内,溢流堰极限吸出高度随沉降历时呈线性递减趋势;④溢流堰前分组含沙量参考点的相对水深均小于0.5;⑤在0～0.500 mm泥沙粒径范围内,出池平均含沙量参考点的相对水深与泥沙粒径呈对数递增。     

尊村引黄泥沙处理技术研究

对尊村引黄灌区的泥沙沉积问题提出了“避沙、防沙、沉沙、输沙”的处理对策，认真研究了泥沙处理标准，合理选择凹地湖泊型沉沙方式，并提出了泥沙运行沉降管理方案，实验证明，这样既减少了沉沙池的渗漏，又延长了沉沙池使用寿命。     

非均匀沙的运动机理及输沙率计算方法的研究

本文较为系统地研究了非均匀沙运动机理及输沙率的计算方法，在建立泥沙运动交换模式的基础上，指出现有非均匀泥沙动动流速公式存在的不足并对此作了修正，然后分别讨论了推移质分组输沙率、悬移南分组兵沙力和全沙输沙率的计算方法，得到的有关公式均用实测资料作了验证计算，结果表明它们是合理、可靠的，可在理论研究和生产实践中参考应用。