沉沙池的分类和运行设计

沉沙池的分类和运行设计

张峰2007598

摘要:沉沙池作为多沙河流引水枢纽的重要建筑物其正常运行是发挥枢纽工程效益的重要条件沉沙池设计应根据河流泥沙情况及枢纽运行条件，提出合理的运行设计。运行设计应满足沉沙池运行水位、设计人池流量、含沙量、泥沙沉降设计标准和运用时间等运用条件。

关键词:沉沙池;运行设计

对于多沙河流上设置沉沙池的水利水电工程，沉沙池常常作为引水枢纽的一个重要组成部分，其正常运行是保证枢纽工程正常发挥作用的重要条件。为保证和指导沉沙池正常运行，掌握沉沙池运行过程中的水沙变化、泥沙沉降率、泥沙沉降标准，积累资料，在沉沙池设计阶段进行沉沙池的运行设计和观测设计是很有必要的。过去，国内部分已建沉沙池，由于缺少运行和观测设计，使得沉沙池不能正常运行。

2不同类型沉沙池的运行特点

2.1定期冲洗式沉沙池

定期冲洗式沉沙池多用于水利工程，一般采用多室式布置。其主要特点是沉沙和冲洗交替运行，即当沉沙池中某池室淤积到一定程度后(主要是出池含沙量及其粒径达不到泥沙沉降设计标准时)，及时进行冲洗，恢复沉沙容积，同时将已冲洗恢复沉沙容积的另一池室投人沉沙运行。对于定期冲洗式沉沙池的运行，掌握其冲洗时机、冲洗方式及闸门调度方式是很重要的。定期冲洗式沉沙池由上游联接段、工作段(包括溢流堰区)、集水和排沙系统等组成。

22连续冲洗式沉沙池

连续冲洗式沉沙池多用于水电工程，单室式和多室式的布置均有采用。其运行特点是池室沉沙和冲沙同时连续运行，在连续供水的过程中，沉落的泥沙连续通过池底进沙孔进人排沙冲沙廊道，排向下游河道。

连续冲洗式沉沙池由上游联接段、工作段、下游联接段、排沙廊道等部分组成。

2.3条渠沉沙池

条渠沉沙池是一种利用天然洼地或滩涂筑成的长度较长的宽浅土渠，淤满后可还耕(或清淤后重复利用)。在条渠沉沙池运行过程中，如何控制池内泥沙的淤积，对沉沙池能否达到设计规定的使用年限或延长使用年限是很重要的。

3沉沙池的运行设计

3.1进行沉沙池运行设计的重要性

过去，国内部分已建沉沙池，由于缺少运行设计，形成了沉沙池运行管理的难度，也带来了一定的经济效益问题。例如，有的定期冲洗式沉沙池由于人池水沙指标控制不当，致使沉沙池很快淤满，淤积时间达不到设计规定的时间;或由于冲洗时机不适宜，池内泥沙固结，造成了冲洗的困难，增加了冲洗费用。有的条渠沉沙池由于只注意沉降效率，而导致沉沙池提前淤满，达不到设计规定的使用年限。可见，沉沙池的运行是影响沉沙池正常发挥效益的重要因素之一。

在总结我国已建沉沙池运行经验的基础上，我国首次颁布的《水利水电沉沙池设计规范》明确规定“沉沙池的泥沙运行设计应符合沉沙池运行水位、设计人池流量、含沙量、泥沙沉降设计标准和运用时间等运用条件的要求”，并在条文说明中强调，“沉沙池作为引水枢纽的一个组成部分，其运行原则必须与枢纽运行协调一致。在沉沙池各方案技术经济比较时，应根据河流泥沙情况及枢纽布置，拟定不同设计方案的沉沙池进行比较，应满足其运用条件，故选定方案时必须明确运用条件”，这是对沉沙池设计提出的基本要求。

3.2定期冲洗式沉沙池运行设计

根据定期冲洗式沉沙池的运行特点，其运行设计应包括入池含沙量控制、冲洗时机、冲洗方式及闸门调度方式等。我国各流域河流泥沙特性、输沙量差异比较大，其泥沙特性、输沙量年际和年内分配不相同。因此，沉沙池的运行设计应根据泥沙淤积、出池沉降标准等，提出不同水沙条件下的沉沙池冲洗控制条件。

(1)人池泥沙含量及粒径控制。

引水含沙量或粒径对出池含沙量和粒径影响较大。当引水含沙量或粒径超过设计特征值时，为保证出池水流满足下游用水质量，通常采用减小引水流量，直至暂停运行。因此，在沉沙池运行设计中，应给出最大可能引水含沙量和相应的引水流量。在沉沙池运行后期，即使引水含沙量或粒径满足设计要求，也可能出现出池含沙量或粒径不能满足设计要求的情况，这一点也应在设计中考虑。

(2)冲洗时机。

沉沙池的沉沙容积刚淤满时，池内淤积物尚未充分固结，及时打开冲沙闸进行冲洗，冲洗效果是最佳的，可减少冲沙时间并节省冲洗用水量。

(3)冲洗方式及闸门调度方式。

定期冲洗式沉沙池冲洗过程一般可分为泄空冲洗、溯源冲洗和沿程冲洗三个阶段。冲沙闸开启后，池末部分尚未充分浓缩固结的泥沙被泄空水流挟带出池的过程为泄空冲洗阶段。泄空冲洗结束后，及时开启进口闸门，逐厢引水冲洗，该冲洗过程中，前坡产生强烈的冲刷，并逐渐向上游发展，直到前后坡统一形成一个坡降，此过程称为溯源冲洗阶段。当前后坡的坡度统一后出现由上至下的冲刷，此过程称沿程冲洗阶段，冲洗历时较长，冲洗效率低于前两个阶段。一般当淤积物冲洗去95%左右，冲洗过程可终止，并按运行要求调度各闸启闭。

(4)底孔运行方式。

根据大禹渡、禹门口沉沙池运行经验，淤积过程中采用连续或间隔排沙方式，排泄池末的高浓度含沙水流，对保证溢流堰出池含沙量效果很明显，同时也可起到延长沉沙池淤积运行时间的功效。《水利水电工程沉沙池设计规范》也强调了定期冲洗式沉沙池底孔运行的重要性，规定“设计中应提出底孔排沙运行方式”。

3.3连续冲洗式沉沙池运行设计

水电站设置沉沙池的目的，主要是减小水轮机的磨损。对于连续冲洗式沉沙池，排沙廊道能正常运行是保证沉沙池正常运行的关键。排沙廊道及进沙孔堵塞会带来出池泥沙不满足设计要求、加快水轮机磨损，甚至被迫停机的后果。同时

也会造成排沙廊道检修的困难。因此，为了避免落淤的泥沙堵塞排沙廊道及进沙孔，在连续冲洗式沉沙池运行期间，连续开启冲沙廊道出口闸门进行排沙是非常重要的，这在《水利水电工程沉沙池设计规范》中也有明确规定。规范还同时规定了“当人池含沙量大于设计含沙量时，为避免出现…出池含沙量和粒径不满足设计标准的情况，还应及时调整运行安排，直至暂停运用”，这同样也是非设计条件下减小水轮机磨损的沉沙池运行方式之一。所以，连续冲洗式沉沙池的设计必须明确运行条件。

3.4条渠沉沙池运行设计

沉沙条渠的运行，要充分利用沉沙容积。对于灌溉条渠沉沙池，可在保证安全的前提下，要沉粗引细，浑水淤灌，以延长条渠沉沙池使用年限，并达到肥田改土的目的。《水利水电工程沉沙池设计规范》规定“条渠沉沙池运用前期，可控制部分流量经条渠沉沙，部分流量直接进人输水渠;中、后期可利用出口闸调节水位，控制出池含沙量和粒径。条渠沉沙应与盖淤改土相结合，当淤积达到设计淤积高程以下0.3一0.5m时，宜停止使用，并引人细颗粒泥沙或用新挖条渠表土覆盖至还耕高程”，“条渠沉沙池宜采用高水高淤、低水低淤的分期淤高方式。对较长的条渠沉沙池，可采用自上而下的分段放淤方式”。这是在综合考虑了土壤改良和延长条渠使用年限等因素的基础上，提出的条渠运行要求。

4结语

沉沙池作为多沙河流引水枢纽的重要建筑物，其正常运行是发挥枢纽工程效益的重要条件。因此，沉沙池设计应根据河流泥沙情况及枢纽运行条件，提出合理的运行设计和原型观测设计，以指导沉沙池的运行和观测，保证其在投人运用后的正常运行。运行设计应根据枢纽的运行条件、沉沙池类型、供水对象，提出满足沉沙池运行水位、设计人池流量、含沙量、泥沙沉降设计标准和运用时间等运用条件的要求。

参考文献:

[1]中华人民共和国行业标准水利水电工程沉沙池设计规范(SL269一2001)[S].北京:中国水利水电出版社，2001.