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定期冲洗式沉沙池

2020-04-09 21:01

交替进行沉沙与水力冲洗的沉沙池,又称间断冲洗式沉沙池。在供水阶段,水流中超过设计粒径的泥沙不断沉到池底,澄清的水流向下游渠道。当池中的淤沙达到一定厚度,流速随之增加,具有设计粒径的泥沙开始进入下游渠道时,停止向渠道供水,进行冲洗。冲洗的间隔时间取决于进池水流的流量、含沙量、颗粒大小及组成、设计粒径和沉降百分比(参见沉沙池)以及沉沙池的结构尺寸等因素。洪水期一般间隔数日冲洗一次;汛期后间隔时间加长;枯水期通常不需冲洗。此类沉沙池由于工作可靠,能沉积较细的悬移质泥沙,故在取水工程中得到广泛应用。

类型

沉沙池的主体部分是沉淀室。按沉淀室的数目可分为单室[图1(a)]、双室[图1(c)]及多室[图1(d)]。不同类型的沉沙池,分别适用于不同流量及工程要求。单室沉沙池构造简单,适用于流量小于15~20m3/s的情况,但冲沙时需将出口控制闸门关闭,停止向下游渠道供水。为消除这一弊端,可在其旁建侧渠向渠道供水[图1(b)],但供给的水是未经沉沙的。多室沉沙池则可在不影响供水的情况下,对沉淀室进行轮流冲洗,适用于引水流量大,用水保证率要求高的情况。

图1 定期冲洗式沉沙池类型示意图

(a)单室沉沙池;(b)设侧渠的沉沙池;(c)双室沉沙池;(d)多室沉沙池1—沉淀室;2—冲沙设施;3—侧渠

布置

定期冲洗式沉沙池通常由上下游连接段、进出口控制段(包括闸门)、沉淀室及冲沙设施等部分组成(图2)。为提高沉沙效率,进出口轮廓应平顺以保证流速分布均匀,防止产生涡流或底流集中等现象。沉淀室在平面上应顺直,多为矩形断面,底坡一般为20‰~5‰。池底为正坡的沉沙池,冲沙廊道设在末端,构造简单,冲沙方便。由于沉沙池前端淤沙量大,为增加该部分深度及相应的淤沙容积以减少冲沙次数,可采用反坡。此时,冲沙廊道设在首端,冲沙水流的输水系统比较复杂。

图2 具有正坡的定期冲洗式沉沙池示意图

(a)平面布置图;(b)沉淀室长度计算简图1—进口控制闸;2—沉淀室;3—廊道闸门;4—出口控制闸;5—冲沙廊道

水力计算

主要包括沉淀室及冲沙廊道等的水力计算。通过沉淀室的水力计算,确定沉沙池的主要尺寸及工作制度。

(1)沉淀室尺寸的确定。沉淀室的基本尺寸有宽度(B)、平均工作水深(HP)、长度(S)及底坡(i)等。所确定的尺寸应使规定粒径和规定比例的泥沙能在其内下沉,并保证冲洗时能将淤沙冲到下游河道。

已知最大的供水流量(Qmax),选用适当的纵向平均流速(v),可求得沉淀室的过水断面(A)为

再选用适当的工作水深(HP),即可求得矩形断面沉淀室的总宽度(B)为

沉淀室的长度根据泥沙落淤过程确定,见图2(b),此长度可等于或稍大于工作长度。假定泥沙下沉时呈直线运动,则工作长度(S)与纵向平均流速(v)之间存在下列关系:

式中,L为泥沙呈直线运动时经过的水平距离;ω为具有设计粒径泥沙的沉速;K为考虑到水流紊动等对泥沙沉降的不利影响而采用的系数,K=1.2~1.5。

沉淀室的纵向底坡(i),根据冲沙要求的流速(vC)用明渠均匀流公式确定。

(2)沉沙池的淤积和冲洗计算。包括沉沙期内的淤积量及淤积时间的计算;冲沙流速及时间的计算;以及确定冲沙设施尺寸的水力计算等。

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