水利水电沉砂池设计规范SL2692001.doc

中华人民共和国行业标准

水利水电工程沉沙池设计规范 条 文 说 明
目

次

总则

设计资料

基本资料

入池含沙量及颗粒级配

沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准

水力冲洗式沉沙池一般规定

连续冲洗式沉沙池布置

定期冲洗式沉沙池布置

条渠沉沙池布置

工作深度计算

工作宽度计算

工作长度计算

工作段纵向底坡

水力冲洗式沉沙池冲洗计算

结构设计

运行设计

原型观测和安全监测设计

一般要求

定期冲洗式沉沙池原型观测和监测

连续冲洗式沉沙池原型观测和监测

条渠沉沙池原型观测和监测

附求

沉降计算方法

水面线计算
恢复饱 和

系数
淤积

计算
附 录

水利工程定期冲洗式沉沙池冲洗计算

总

则
我 国 已在 与科学研究 中 积累了成功经验 但是由于 长期 无统 影响了 沉沙 池的设计 与 运 为保证 设计 质 充分发挥 工程 效益 和 推 动该项技术发展 必须统 一 技术 要求 特制 定本规

由于悬移质 泥沙 与推移质 泥沙运 动机理不同 因此处理 方 式 范仅为处理悬移质 泥沙的沉沙池设计 制
由于 沉沙池工程 投 资和规 中型水利水电工程沉 沙池设计中 应遵守 本规 范 规定 执

级 以下 工程 需 要设置沉沙 池 时 可参照 本规 范执

水文泥沙 等 基本资料 对 沉沙池规 模影响很大 必须 作 好 此项 由于我 国 水沙 状况差别很大 对重 要 工程 应进 行 模 型

水利水电工程沉沙池设计和运行 表
率 与 工程的 其他建筑物 和设 水利工程沉沙池设置 是为了 减少 渠 道 灌 区 沙 化 和 减轻 对 泵站 水 泵 的 磨损危 站 设置沉沙池的 目 的 是 减轻过 机 泥沙 对 水 轮 机 的 磨损危 设置沉沙池 虽然 可 基本 引 起 投 资和运行 费 用等 因此 是 否 设置沉沙池 或 设置 何种 标准的沉沙池 应 进 行 技术经 济比

沉沙池 是 引水 枢纽 的 组 成 部 分 其 运行原则 必须与 枢纽 运 行 协调 一 正常供
工程运行 实践 表 沉沙池 进 行原型观测 分 析
是 提高 管 理 水 平 和 充分发挥 工程 效益 的 有 效 措 要工程 应 包括 此项
沉沙池 为 水利水电工程水工 建筑物 的一 部 分 除自身 特 点 由 本规 范 规定 外 与 其他 水工 建筑物具有 共 性 的 部 应 按有关 规 范 的规定 执

设 计 资

料
基 本 资

料
收集 悬移质 泥沙颗粒级配资料 解 颗粒级配 分 析 方法 以 便 选 用 相 应 的沉 速公 式计算泥沙颗粒沉
水力冲洗式沉沙池冲 排 沙 道出口 处 的 河流 水位 流 量 关 系是 冲 洗设计中确定冲沙水 头 外边墙天然河道 水面 线主要 用于 沉沙池 外 水 压 力和底 板浮托
高寒 地 区 在 严寒 期 使 用 沉沙池 时 应 收集河流冰情
河流 污 物 不 得 进 引水 口 至 沉沙池 进 口 逐 级 处 了 解 污 物 来源 及 其 特 性 是为了 确定 拦污 设 施 尺寸 及水位
为
定 其 效益 应 根据 不同 的 各 种

水 道 的设计 正常 水位 是 确定沉沙池设计水 位的

沉沙池的设计引 用 流 量及 其过 程 是 确定沉沙规 模 的主要

为 使 引渠和 输 水 道 不应由于淤积 而 影响 沉沙池 正常 引水 和 输 收集 引渠和 输 水 道 挟 沙力 分 析

水 轮 泵过流部 件 耐 磨性 磨措施 等 资料 是用 于分 析 判断 沉沙池设计沉降粒 径 标准的一 项 轮 机 或 水 泵 的 大 修间隔 用于 比 较 设置沉沙池 后 对 减轻磨损 的作

灌 区 资料 是用以研究 水利工程沉沙池泥沙沉降设置标准 和规 模 的一 项

入池含沙量及颗粒级配
时 段 平 均 水电工程沉沙池中 忽略 了

有
坝引水与取水口底坎的挡沙作用在水利工程沉沙池中忽略了取水口底坎的挡沙作用偏于安全
入池设计泥沙特征值包括含沙量和悬移质颗粒级配已建沉沙池均使用河流泥沙特征值作为入池设计值实际上年平均或汛期平均河流含沙量与引水含沙量差别较大因此规定使用入池泥沙特征值作为设计值较使用河流泥沙特征值作为设计值更合理
至于选用何种时段平均或实测值作为入池设计泥沙特征值应根据河流输沙特性枢纽布置特点沉沙池类型供水重要程度沉沙池工程量效益等综合分析论证
如渔子溪一级水电站沉沙池因仅在汛期使用故选用多年汛期平均悬移质颗粒级配作为确定沉沙池主要尺寸的设计值排沙廊道输沙能力的复核原考虑选用历年最大日平均含沙量

但其出现机会较少为减少排沙流量最后选用

作为复核值沉沙池投入运行多年来粒径

实测沉降率与设计值吻合也未出现过廊道堵塞现象

西藏羊卓雍湖水电站设置定期冲洗式沉沙池为保证沉沙效果和冲沙可靠设计中采用粒径组成偏细的多年汛期平均悬移质颗粒级配作为确定沉沙池主要尺寸的依据选用粒径组成偏粗的实测悬移质级配作为沉沙池冲洗设施和排沙建筑物的设计依据水利工程沉沙池设计中设计入池含沙量一般可由引水时段的日平均含沙量频率分析或典型年汛期日平均含沙量分级统计分析确定也可根据含沙量大小分布情况和供水重要程度调整相应的引水流量

如禹门口沉沙池汛期引水时段平均含沙量瞬时最

大断面含沙量达丰沙年和平沙年引水时段含沙量等

于大于的分别为和根据供水保证率分析

确定当引水含沙量大于时沉沙池停止运行此时工

业供水自备解决当引水含沙量为时引水流量

仅供工业用水当引水含沙量为时引水

流量当引水含沙量小于时按设计引水流量

禹门口沉沙池工程设计中是以余年汛期泥沙粒配

汛期粒径细于非汛期粒径绘成泥沙粒配曲线包络图采用包络

图中的粒配曲线密集区平均值作为设计入池泥沙粒径引黄济青条渠沉沙池引水期为冬春季节采用利津水文站在引水期的多年月平均含沙量为设计入池含沙量平均含沙量为

最大为设计入池泥沙粒径

其中粒径小于的占小于的

占

山西浪店水源工程沉沙池设计入池含沙量为大禹

渡沉沙池设计入池含沙量为均采用汛期平均泥沙粒径为设计入池泥沙粒径内蒙小沙湾引黄工程沉沙池设计入池含沙

量为
沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准

水利灌溉工程沉沙池的设置条件
及泥沙沉降设计标准
根据调查自流灌溉沉沙池的出池设计含沙量除与粒径有关外主要取决于排灌渠系允许挟沙力不同地区出池设计含沙量差别较大如黄河中游灌区汛期出池设计含沙量约为

黄河下游灌区由于渠道纵坡缓出池

设计含沙量为个别为出池允许粒径是根

据目前黄河中下游水利工程沉沙池出池泥沙粒径不大于

而确定的

提水灌溉的灌区沉沙池沉降设计标准是根据水泵磨蚀要

求提出的黄河以高含沙量闻名于世其含沙量具有上下游变化大的特点根据黄河上中下游单级离心水泵扬程的

主要泵站调查三角城景台川夹马口东雷二级南乌牛二级小樊一二级龙行二级尊村大禹渡一二级和风陵

渡过泵汛期平均含沙量为

基本反映了我国多沙河流的提水工程过泵

泥沙特征根据水泵大修保证期经分析给出判别图

以下扬程的泵站多采用轴流泵或其他泵型如山西尊村引黄

渠首一级泵站将轴流泵的下导轴承改用全封闭外加清水润滑磨损问题就不严重图中的水泵设计扬程系离心式水泵

设计扬程
水电引水工程沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准

设置沉沙池的初步判别条件是根据我国已投入运行的水

轮机磨损及检修资料综合考虑泥沙特性我国现有水轮机水力特性及耐磨材料的水平沉沙池的投资及其效益加以类比分析
并考虑下列条件制订的
在能可靠运行的前提下水轮机大修间隔取值为水斗式

水轮机一年换喷针头及喷嘴口额定水头大于等于的混

流式水轮机大于等于两年额定水头小于的混流式水轮机

大于等于三年
莫氏硬度大于等于的硬矿物泥沙含量约占

主要过流部件材料的耐磨性能不低于

不锈钢
泥沙对水轮机磨损危害表现为水轮机运行效率下降出

力减小和年发电量相应减少大修间隔缩短检修费用增加影响机组运行的灵活性和可靠性
减轻泥沙对水轮机磨损危害的主要措施有采用耐磨材料或耐磨护面层提高磨损部位的耐磨水平采取工程措施如设置沉沙池沉砾池或利用水库沉沙等以减少过机含沙量及过机粗沙改善水轮机的水力及结构性能降低关键磨损部位的流速保持水流平顺流态提高水轮机设计制造质量保持良好的运行工况
是否设置沉沙池及设置何种沉降粒径标准的沉沙池要考虑电站在系统中的作用泥沙特性水轮机的耐磨水平电站运行检修的要求及大修间隔沉沙池的投资年运行费及效益等因素进行技术经济比较后确定
各额定水头段沉沙池的设计最小沉降粒径标准是考虑到

经济合理性及实际需要推荐的水电站沉沙池的设计沉降粒径经过技术经济比较可以等于或大于表中的粒径不宜小于

该粒径
位置及类型选择

一般情况下沉沙池位置距离首部枢纽进水口近一些可

节省引渠工程量减少水头损失方便运行管理如大禹渡沉沙池禹门口沉沙池和渔子溪沉沙池均邻近首部取水口
不良地段系指地形地质和场地危及建筑物稳定的地段如滑坡影响带泥石流危及区河流冲刷范围以及软弱地层等如禹门口沉沙池建在液化的粉细沙地层上采用振冲桩加固后达到抗地震液化的设计标准
定期冲洗式沉沙池较连续冲洗式沉沙池具有运行可靠结

构简单便于施工等特点所以在地形开阔的地方应优先考虑使用
连续冲洗式沉沙池占地面积小适合在地形狭窄的地方采

用若具备足够的冲沙水头和流量时加之合理设计及运用仍然可以满足运行要求
提水灌溉工程的定期冲洗式沉沙池一般多邻近首部取水

口可结合地形和灌溉渠布置在引水首部设低扬程泵站既满足扬水需要又形成足够的冲沙水头如大禹渡沉沙池和禹门口沉沙池
定期冲洗式沉沙池存在泥沙排泄对环境影响的问题这是

应慎重对待充分研究论证的问题
定期冲洗式沉沙池有单室和多室型式由于单室定期冲洗式沉沙池冲洗时一般要停止供水而大中型水利工程不允许停止运行故不宜选用单室定期冲洗式沉沙池
平原地区或滩涂地带的地形开阔适合条渠型沉沙池布置如引黄济青渠首条渠沉沙池运用初期为自流沉沙后期拟扬水沉沙可使地面抬高少占土地
本规范未含机械清淤有关规定可参照其他规程选用清淤

机械如河南邙山泵站的沉沙池为机械清淤
工程布置

水力冲洗式沉沙池一般规定

在设计工作流量和含沙量范围内引渠必须达到正常输

水在小流量引水时可允许有少量淤积但不影响正常输水随着流量增大达到冲淤平衡如禹门口沉沙池前的引渠纵坡为

最小引水流量时的流速为设计工作流量时的流速

为均大于不淤流速引渠设计工作流量为沉沙池工作流

量与冲洗流量之和
一般在引渠末段或适当位置设置溢流设施是为了出现超标准流量或特殊情况时能够从引渠溢出使沉沙池能够正常工作和安全可在引渠一侧设计排沙底孔以便引渠排沙和停止运行时泄空引渠
由于引渠断面宽度和深度与沉沙池断面宽度和深度相差较大水流进入沉沙池会出现流速横向及竖向分布不均匀当沉沙池的布置受到地形地质或冲沙水头等条件限制沉沙池轴线与引渠轴线不在同一直线上时更加剧上述流速分布的不均匀性故沉沙池轴线宜与其进口前的引渠轴线的延线重合当受到条件限制时可使引渠下段轴线的延线与沉沙池轴线重合工程实践表明设置完好的上游联接段是使进入沉沙池工作段水流流速分布较均匀和提高沉降效率的一项措施
设置上游联接段的目的是使入池水沙在横向分布均匀并

最大限度减少泥沙在该段沉降拦截污物控制池室不同工况下的流量
上游联接段亦称行近段或扩散段的平面布置采用对称

扩散型式时单侧扩散角不宜大于水流自由扩散角约为

采用非对称扩散时两侧扩散角之和不宜大于当接

近或大于上述角度时应采取工程措施防止涡流和泥沙淤积发
生联接段底板与工作段底板应以竖横比缓于的斜坡联接

使水流均匀扩散已建沉沙池一般通过水力学模型试验来确定上游联接段的布置以保证水流均匀扩散不出现涡流区
联接段内水流泥沙运动过程十分复杂设置配水墩或其

他整流设施的位置尺寸应通过水力模型试验确定如禹门口沉沙池扩散段采用对称布置为缩短联接段长度单侧扩散角为要使水流比较均匀稳定地分配至各池室是一个相当

困难的问题经反复试验研究最终得出在扩散段首部设置整流板结合各进口闸前配水墩布置逐渐整流扩散以适应不同流量和含沙量范围内的正常运用要求如西藏羊卓雍湖抽水蓄能电站沉沙池的整流栅通过四个方案的模型试验后才得到了比较满意的布置方案
统计已建水电工程沉沙池在上游联接段内设得整流栅整流后单侧扩散角可达两侧扩散角之和达

渔子溪一级单侧扩散角

南桠河三级单侧扩散角

渔子溪二级两侧扩散角之和

映秀湾电站两侧扩散角之和

设置池室进口闸是为了控制各池室运行是否在进口闸设

置拦污栅应根据入池污物的情况确定从四川渔子溪南桠河等水电站沉沙池的运行实践看污物进入工作段常常堵塞进沙孔或堵塞整流栅导致池身断面流速分布不均匀因此对拦污问题应给予足够的重视山西大禹渡禹门口等沉沙池均在沉沙池进口设置拦污栅
池厢进口闸是为控制冲洗运行应满足局部开启工况要求为满足沉沙运行要求闸槛应高于池厢内达到冲洗周期时的泥沙淤积面如禹门口沉沙池在孔池室进口闸下游设有孔池厢进口

闸均按局部开启工况运行
上游联接段内的进口闸后设置整流栅或配水墩其目的为

使进入工作段的水流能均匀地分配以达到沉沙池的设计沉沙
效率
定期冲洗式沉沙池沉沙运行时工作段的水流属于缓变

流冲洗运行时工作段的水流为急流工作段的布置除满足沉沙运行工况要求外还应满足冲洗工况要求连续冲洗式沉沙池工作段应同时满足沉沙和冲洗系统布置要求
定期冲洗式沉沙池泄空冲洗过程中往往受排沙

道容量所限需局部开启闸门控制流量排沙道渠底纵坡应大于工作段池底纵坡以保证排沙通畅防止排沙道淤堵排沙道出口受下游水位顶托时将影响泄流排沙能力一般沉沙池邻江河一侧的河道设计及校核洪水位较高若以此确定冲洗水头标准过高当出现设计及校核洪水时可采取适当延长冲洗周期或者减小工作流量等措施故提出排沙道出口设计水位以不受下游常年洪水位顶托为原则禹门口沉沙池排沙道出口设有防洪闸是为了防止洪水倒灌淤堵排沙道
连续冲洗式沉沙池布置
连续冲洗式沉沙池的支廊道及主廊道是冲排沙的

主要建筑物为充分利用全部水流落差常把沉沙池分成多段进行分段沉降和分段冲洗各段可以利用的水位差均为沉沙池水位与排沙道出口处的水位差四川南桠河三级电站及渔子溪一级二级电站的沉沙池工作段均分别设置了三段支主廊道系统进行分段沉降和分段冲洗由于粗颗粒泥沙在前段沉降多细颗粒泥沙在后段沉降一般前段支廊道长度短于后段支廊道长度以达到对各段支廊道进行冲沙总水头校核时保持大约相同的安全程度本规范推荐的冲沙廊道包括支廊道主廊道和进沙孔等的

布置水力计算方法和结构形式等是在总结四川渔子溪一级二级和南桠河三级等水电站沉沙池设计经验的基础上提出的并已经受了多年运行实践考验图中底廊道系统采用分段布

置且前段短于后段其原因是前段的落淤量大于后段且以粗沙为主
连续冲洗式沉沙池冲排沙廊道一旦淤塞可使用设置的事故冲沙闸冲沙因此事故冲沙闸是连续冲洗式沉沙池的一种备用冲沙设施
设置旁侧溢流堰目的在于宣泄进水口闸门操作不当及机

组丢负荷时进入沉沙池超过设计流量的水量在确定泄流量后按堰流公式确定堰顶高程和宽度堰顶高程一般比运行水位高

水电站沉沙池下游联接段采用逐渐收缩的型式以使出池

水流能畅通进入下游输水道下游为明渠时收缩角按水流收缩角确定下游为有压输水道时有压引水道进口顶部淹没水深由淹没条件确定
定期冲洗式沉沙池布置
为保证各池室交替运行各池室边墙和隔墙应与相应的池

室进口闸闸墩联接墙顶应高于正常运行水位以策

安全各池厢间的隔墙与相应的池厢进口闸闸墩相联控制墙顶高程是为了逐池厢集中进行溯源冲洗防止水流串厢根据交替运行工况要求池室宜为钢筋混凝土结构梯形断面的池室运行实践表明在坡面上有严重的挂淤现象很难冲洗故边坡不宜缓于

阳武河大禹渡和禹门口等沉沙池运行实践表明由于入池含沙量较大且粒径较细泥沙经工作段沉降后沉降了部分较粗粒径并减少了含沙量但还需经溢流堰区吸取表层水才能满足供水要求否则需将工作段延长相当长度是不经济的溢流堰

区长度一般为工作段长度的溢流堰和集水槽相结合布置在该区的墙顶上见图集水槽的边墙即为溢流堰宜

采用曲线型非真空实用堰为提高沉沙池的沉降效率堰顶水深不宜大于为了保证堰顶水深稳定溢流堰为非淹没出流

各集水槽间为自由出流隔墙上的测向集水槽净宽一般为隔墙间净距的

在溢流堰区末端设置排沙底孔禹门口沉沙池每池厢净

宽每厢设底孔个可采用连续或间隔排沙方式排泄池

末的高浓度含沙水流以保证溢流堰出池含沙量按连续排沙方式的池末底孔时段排沙平均含沙量可按下式计算

式中

池末底孔时段排沙平均含沙量据大禹渡

沉沙池试验为可据类同工程或试验确
定

第断面含沙量

溢流堰时段出池含沙量见式

池末底孔时段平均流量
时段长度

当沉沙池出口下游输水道邻近扬水泵站时在泵站机组突然停电入池水量尚未得到控制时为防止回流影响沉沙池安全应在输水道适当位置设置旁侧溢流堰如禹门口和大禹渡沉沙池均在输水道一侧设置旁侧溢流堰
水电站定期冲洗式沉沙池下游联接段后设置出口闸门是为了控制沉沙与冲沙交替运行
条渠沉沙池布置

湖泊型沉沙池在占地面积渗漏损失浸没影响沉淤管理等方面存在较多问题很少采用条带形沉沙池由于进口突然扩大沉沙效果较差也较少采用梭形沉沙池布置较合理运行效果较好采用较多
在条渠容积受到地形条件限制时可以人工或机械开挖以开挖的土方筑成渠堤而形成条渠运行若干年达到淤积高程后邻渠另挖新的条渠并以新渠开挖的耕植土覆盖于淤积高程上面还耕依此进行称以挖待沉如山东潘庄沉沙池引黄济青渠首沉沙池初期为自流沉沙后期拟为扬水沉沙既延长了沉沙池的
使 用 年 又 可 少 占 耕

条渠沉沙池 设置 节 制 闸 的 目 的 是 调 节 流 量和 分 水 出口 闸还 具有调 整 调 节 水面 比 降和 控 制 泥沙 淤积等 作 条渠 宜 做 成 逐 渐 展 宽的 上 段和 比 较 顺直 的中段 下 段 应 徐 缓 收 缩 但不 宜 过 于 束 以 利 于 后 上 段 为 输 沙 为
全池长的 流速 要 大 以 免 进 口 淤 塞 中 段 为 主要 淤积 段 流速 应 小 以 利 于 泥沙沉降 长度 约 为 全池长

的 段的 流速 主要 靠 出口 控 应大于 中段 使 泥沙 下移 长度 约 为

全池长的 根据黄 河 下 游 的 池长度 不 宜 小
于

根据 国 内 已 建 条渠沉沙池设计及运行 经验 土 质 边 坡一般

为 坡面 宜 植树 种 以 御 堤顶 高 程 应为 水面 高 程 加浪 高 再 加 安全 超 对于大 型沉沙条渠 标准要 适 当 浪
高按 级 大 风 超 高 采

用 另 外 要 有 足够 的 顶 以 适 应 风浪 冲 击 并 满足 防 护 交 通 对于大 型沉沙条渠的 围 堤 的 堤顶 宽一般
为 由于 堤 高 顶 宽 土 方工程量 利 用 沉沙条渠 淤 土 分 期 加 层 夯 成 多

采取 渗 措施 的 目 的 是 防止 条渠 外 围 地 区 发 生 次 生 盐渍 防 渗 措施包括 渠底和渠 堤 两 部 渠底 防 渗 主要 是 先 在 来 沙 较 细 的
用 小 水 放 淤 形 成 细 淤 防 渗盖

约 渠 堤 防 渗 一 是 利 用 细 淤 土 作 是在 条渠 使 用 初
沙 较 细

内 引 放 大 水 或 雍 高 使 细 淤 土 覆 盖堤 成 贴 淤 防 护 截 渗 主要 是 条渠 外 围 修

建 道 截 渗 渗 水 浸没 条渠 周 围 地 截 渗 沟 要 有 足够 深度和 稳 定的 边 排 渗 是在 截 渗 的基 础 条渠 渗 水 能 结 合 条渠 周 围 田 间 工 完 整 的 排 水 或 结 合 建 立井 排 将 渗 水

主 要 尺 寸 确
定

一 般 规
定

沉沙池设计中 以不同 组 可 得 到满足 设计要求的沉降 因此 沉沙池主要尺寸的确定 应 拟 定 多 种 方 案 进 行 技术经 济比 工 作 深 度 计
算
水力冲洗式沉沙池 进 口 水深 不 宜 过 免 因 池
底 高 程 过 冲 排 沙 不 前 苏 联 水电 站 沉沙池设计规 范 建

议 在 通 常情 况下 沉沙池的工作深度 可
选择
我 国一般
为 个
别为 生 桥 二
式 中 当 工

作段底坡 或排 沙 道
底坡 为 变 坡 则 取 其平 均
式

中的 对于 可 按 下 式 初步 选
值

式中 周 期 内 淤积 体
积
按 附
录
按
式

国 内

长渠沉沙池水深一般 工 作 宽 度 计
算

实 测资料 表 比过 大 池

内 水 流 三 度 性 明 显 池底泥沙 淤积 易 形 成 滩 效果 明 显 降 水电工程沉沙池工作段宽深 比 不 宜
大于 期冲洗式沉沙池工作段宽深 比 不 宜
大于

国 内 已 建 水电工程沉沙池工作段 平 均 流速 见
表

平 均
深度

可 取 工作段 首 端 和 末 端 的冲洗 周 期 的水深 平 已 观测的 大 禹 渡 等 水利工程定期冲洗式沉沙池 平 均 作深度 见

表 表

表

口 沉沙池工作段 后 段 为 斜 板区 为复 合 型定期冲洗式
大 工作深度 系 指 冲洗 周 期 室 内 无淤积状况
在 前 苏 联 水电 站 沉沙池规 范 平 均 流速建 议 如 下

设计 最小 沉降泥沙粒 径 在
之 间 的沉沙
均 流速 可以在 范 围 内 选择

设计 最小 沉降泥沙粒 径
为 平 均 流速 的 上 限 可 提高
到

平 均 流速 的选 取 与 入池 悬移质 颗粒级配 有关 当 水 流 中 较 粗 颗粒的泥沙 占 优 势 选 取 较大 的 平 均
已 观测的水利工程定期冲洗式沉沙池池 厢 单 宽冲洗 流 量 如 下

阳武 河
沉沙池
大 禹 渡
沉沙池

禹门 口
沉沙池

博克拉
沉沙池

工 作 长 度 计
算

附
录 推 荐 的计算 公 过 大 量水 槽 试
验 资料和原型观测资料 验证 还 存 在以下 问题

水力冲洗式沉沙池的池长 水深 流速 水 流 挟 沙力 可以 忽略 不 但 当 条渠沉沙池 淤积 后 形 成 主 流 沟 主 流 沟 的 水 流 是 有 一定 挟 当 前 对 挟 沙力的 研究 还 不 够 成 别是分 组 水 流 挟 因此 采 用了较 简 便 途 通 过 原型观测 资料 分 析 给 出 恢复饱 和 系数经验 上 反映 了 水 流 挟 沙 力的 因 后 还 待 继 续 为 留 有 余 地 采 用 池长 较 计算长

增加 工作段沉降 了大 部 分 泥 但 还 应经 溢 流 堰 区 引 取 表 层 水 才 能 满足 供 应 考虑 含 沙量 在 堰 前 的 垂 线 分 布 并 以 极 限 吸 出高 度 范 围 内 的含沙量作 为 出
极 限 吸 出高 度 可 近 似 用下
式计算

式中 流 堰堰 上 水 流 极 限 吸 出高
度
水 密
度

流 堰 平 均 单 宽 流

量
水 与 浑 水 密 度

差
经 溢 流 堰 段的 出 池 分 组 组 沉降 率 及 溢 流 堰 出 池 含沙量 可用以下 各

式计算

式中 溢 流 堰 出 池 分 组

含沙量

计算 断 面 分 组平 均

含沙量
时 段 初 堰 前 淤积 床 面 以 上

水深
流 堰 前 垂 线 分 组 含沙量 参 考 点 距 离 淤积 床 面的 高 度 随 不同 粒 径 组 而 变 由试 算确定 该

粒 径 组 悬 浮 指 标 修 正

值
粒 径 组 悬 浮 指 标

似 取 工作段的 末 池段 在 计算 时 段 内 的 摩阻

流速
门
溢 流 堰 内 的水 泥沙 是 相 当 复 杂 的 三 维 流 动 问题 本条 提 出 的计算式 为 简 化 的 近 似 必 要 时应进 行 模 型

工 作 段 纵 向 底

坡

式 为 均 匀 流流速公 由于 池底泥沙 床 面 糙 率 较大 各 工程的 糙 率 系数 取值 不同 一般

为
定期冲洗式沉沙池工作段底坡一般

取

工作

段冲沙流速不宜小于排沙道底坡应大于沉沙池工作

段底坡以确保冲排沙效果水利工程定期冲洗式沉沙池的溢流堰区纵向底坡宜大于工作段前段底坡但不得大于排沙道底坡根据地形条件确定纵向底坡时还应重视与条渠沉沙池宽

度间的协调由于条渠沉沙池是人工控制的宽浅渠道如果纵向底坡选择太小宽度太大则会形成水流刚进入条渠即大量落淤影响进水反之如果纵向底坡选择太大宽度过窄则泥沙淤积甚少甚至发生冲刷
水力冲洗式沉沙池冲洗计算

定期冲洗式沉沙池淤积容积与冲洗周期成正比

淤积容积选得小一些可减少沉沙池工程量但冲洗周期短对供水或发电可能造成不利影响冲洗周期长一些可能有利于供水或发电但沉沙池淤积容积相应增大增加了工程量因此应根据工程的具体情况进行技术经济比较确定合适的冲洗周期和淤积容积尺寸
水利工程定期冲洗式沉沙池冲洗计算的目的是为给出冲洗流量和池室冲洗总历时以求合理地确定沉沙池布置运行设计和引渠设计流量
结构设计

不同类型的沉沙池其水工建筑物的形式亦有所不同对

于各类建筑物的一般设计规定包括结构设计渠堤设计防渗

排水设计和地基设计等应按现行有关规范执行本规范不再重

复写入
水力冲洗式沉沙池的布置受地质地形冲沙水头等条件的限制一般布置于沿河的一二级阶地因此有些工程应特别重视沉沙池底板抗浮稳定的验算条渠沉沙池应重视土渠边坡的稳定性
沉沙池的纵横向沉陷缝的位置和分缝间距应据地基和结

构条件确定本条不包括地下式沉沙池和条渠沉沙池
应重视基础处理设计曾有沉沙池地基属软弱地层由于

处理不当使沉沙池不能正常运行不得不重新进行改建禹门口沉沙池系建筑在液化地基上妥善地采用了桩基处理当沉沙池布置在山脚时应重视边墙外侧的排水设计防止山洪或出现泥石流而危及沉沙池安全
运行设计

沉沙池作为引水枢纽的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
不同河流泥沙特性输沙量年际和年内分配不同

设计在充分掌握各方面资料的前提下根据泥沙设计特征值及沉沙池冲洗方式提出冲洗的控制条件以指导沉沙池的实际运行定期冲洗式沉沙池包括冲洗时机冲洗方式及底孔排沙运行方式连续冲洗式沉沙池若不连续开启排沙落淤的泥沙将堵塞排沙廊道及进沙孔
根据阳武河大禹渡等沉沙池冲洗运行经验沉沙池的沉沙容积刚淤满池内淤积物尚未固结及时打开冲沙闸进行冲洗可减少冲沙时间并节省冲洗用水量冲洗效果最佳
沉沙条渠运用前期沉降率比较高一般在有

的甚至达以上清水灌溉与适当含沙浓度保证支渠以上渠

系不淤积的浑水灌溉相比一是不能肥田二是容易冲刷渠道

故在沉沙池运用前期为使灌溉用水具有一定含沙浓度在调配用水时可调配部分流量经沉沙池处理部分流量直接送入输水渠清浑水掺合后进行灌溉清浑渗合流量比例可根据支渠冲淤平衡时的临界含沙量确定
一般情况下沉沙池淤沙较粗不利于耕作沉沙淤积至设计淤积高程以下以下时应停止运行待汛期引入细

颗粒泥沙覆盖可利于淤后耕种
条渠沉沙池采用分期淤高轮换沉淤的方式可保证条渠

的安全运用并可提高条渠的利用率高水高淤就是在汛期高水位时将河水引到枯低水位时不能沉沙的条渠使之淤得更

高低水低淤就是在枯水季节将河水引到新低条渠沉沙

原型观测和安全监测设计

一般要求

根据工程等级规模类型布置和水沙条件

等有针对性地确定相应观测项目及其合理的布置按有关规范进行观测和资料整编从而达到以下主要目的
掌握沉沙池施工和运行期建筑物沉降位移应力等情况

当出现不正常情况时及时分析原因采取措施以保证工程正常运行
掌握沉沙池运行过程中的水沙变化泥沙沉降率泥沙沉

降标准以指导沉沙池合理运行
积累资料提高管理和设计水平

河道悬移质泥沙测验规范属国家标准为

保证测验精度沉沙池工作段及引渠悬移质测验应执行该规范规定的方法和技术要求对过机泥沙取样方法有待进一步研究
定期冲洗式沉沙池原型观测和监测

定期冲洗式沉沙池的冲洗周期较短应选择入池流量和

含沙量稳定的时期进行原型观测才能获取泥沙运行的可靠资料便于分析沉沙池运行过程中为掌握冲沙时机应在运行中进行监测
所列主要观测项目系为掌握沉降运行及冲洗过程中的水力泥沙变化
连续冲洗式沉沙池原型观测和监测

排沙廊道出口取单样计算输沙率并作颗粒级配分析目

的在于检验入池出池沙量是否平衡及排沙廊道输沙能力
条渠沉沙池原型观测和监测

打渔张条渠沉沙池长度为原型观测是

根据条渠断面变化分别在进口出口和沿条渠布设个水力泥

沙观测断面观测项目包括流量含沙量泥沙粒径水位淤积形态各观测断面的距离为不等在各水力泥沙观

测断面间有测淤断面个监测水位和淤积形态观测过程中

要避免入池含沙量变化掩盖沉沙池的实际沉降效率
附录沉降计算方法

水面线计算

水面线计算宜从工作段末端算起水利工程定期冲洗式

沉沙池尾部设有溢流堰区该区水流是相当复杂的三维流动为便于计算可近似取为水平水面线可从溢流堰区首端向上游逐断面推算一般水面线坡度甚缓计算时应注意有效取值位数
恢复饱和系数

恢复饱和系数随水力泥沙因素变化而变化变幅较大考

虑到选用相似已建工程资料的困难性给出式和式

计算式
式一般适用于悬移质颗粒组成较细小于

的水利工程沉沙池分组沉降率计算如我国黄河及长江中下游地区该式是根据山东打渔张窝头寺河南人民胜利渠山西阳武河和大禹渡沉沙池实测资料分析所得
由长江中游的严家台丢丢垸放淤工程实测资料得到

将黄河长江中下游各沉沙池实测资料仅按关系得到的点据虽有一定关系但按计算则更收敛式

可供初步计算时之用

式是根据四川渔子溪一级南桠河三级云南清

水河电站沉沙池实测资料及水槽试验得到一般适用于我国西南地区悬移质颗粒组成较粗的水电站沉沙池分组沉

降率计算
摩阻流速亦可按下式计算

式中糙率系数
池段平均流速

重力加速度
池段平均过水断面水力半径

淤积计算

水利工程定期冲洗式沉沙池一般设有多池室淤积计算

是分池室计算故工作流量为池室工作流量淤积体积为池室淤积体积在式中计算时段历时长的取值可据水

沙条件和工作段长度确定入池含沙量大工作段短则的取值

宜短反之则值宜长一般定期冲洗式沉沙池可取

水利工程沉沙池一般呈三角洲淤积形态淤积过程中洲面由上游向下游逐渐推进前坡慢慢调平直到沉沙容积淤满各时段淤积厚度可从下游向上游逐断面按下面方法近似计算式是按溢流堰段首端的淤积厚度与第断面相同并

假定淤积面为水平忽略楔体的影响
第断面和第断面的时段游积厚度为

第池段至第池段的上游断面淤积厚度为

式中第断面即池段的下断面时段淤积

厚度

第断面时段淤积厚度

池段即末池段平均淤积厚度

池段的全沙沉降率

池段的全沙沉降率

第池段上断面下断面淤积厚度

池室出池含沙量及其粒径超过泥沙沉降设计标准是对计算的池室而言实际上当三个或三个以上池室交替运行时两个

或两个以上池室沉沙一个池室冲沙后投入沉沙的池室出池含

沙量和允许粒径是不会超过设计标准的综合平均一般不超过泥沙沉降设计标准淤积计算略去了这些可能的安全因素
条渠沉沙池备池段的时段淤积体积仍可采用附录中的

式计算但计算时段长宜取天根据水沙条件

和条渠沉沙池规模确定
实际观测资料表明池末泥沙淤积面近于水平为便于计算设池段末池段的上下断面的淤积厚度相等近似按下

式计算

式中

池段的淤积体积

池段长度

池段上断面下断面底宽

池段上断面下断面边坡系数

池段至池段的上游计算断面淤积厚度可从下

向上按下式计算

式中第池段上断面下断面淤积厚度

第池段淤积体积

第池段的上下断面边坡系数

第池段的上下断面底宽

附录水利工程定期冲洗式沉沙池冲洗计算

模型试验原型观测和运行实践表明水利工程定期冲洗

式沉沙池的冲洗过程可概化为泄空冲洗溯源冲洗和沿程冲洗三阶段
对刚淤满的池室进行冲洗时首先关闭其进口闸门停止

水流进入冲洗的池室并开启冲沙闸门进行泄空冲洗泄空冲洗阶段池末和池内尚未淤积密实的泥沙被泄空水流挟带出池直至水体泄空出露新的洲面此过程称泄空冲洗概化计算中忽略后坡洲面变化泄空冲洗的特点是时间短排出含沙量大当水位降到接近淤沙面时出池含沙量最大根据原型观测和模型试

验泄空冲洗出池平均含沙量排出沙量可占淤积

量参见表或者根据类同工程试验确定

表沉沙池泄空冲洗排沙含沙量表
沉沙池名称观测方式
泄空平均单宽流量出池平均含沙量出池最大含沙量淤沙粒径
大禹渡原型观测
大禹渡原型观测
阳武河原型观测
禹门口模型试验
禹门口模型试验
禹门口模型试验
禹门口模型试验
为便于计算可近似取闸孔最大出流流量和最小流量的平均值作为平均泄空流量
泄空冲洗结束后及时开启池室进口闸门引水入池进行

溯源冲洗溯源冲洗沿着新的洲面从下游至上游的水面线出现明
显折坡点水面有较大跌落折坡点上游后坡的水面比降小于池底比降远离折点的上游洲面变化较小折坡点下游坡陡流急发生强烈冲刷使折点位置不断向上游发展三角洲面徐徐降低以冲沙闸前池底为基点从下游向上游冲刷发展为特征使淤沙洲面不断切割调平至前后坡趋于一致即标志着由下而上的溯源冲洗转变为由上而下的沿程冲洗
图为阳武河沉沙池原型观测冲洗变化过程

据阳武河 大禹渡沉沙池实测资料得到式 中 沿程冲洗阶段的冲洗效率低于前两阶段的冲洗效率 沿 程冲洗与溯源冲洗的划分位置 可见附录 中图 图中 坡 线首端淤积厚度约为其起始淤积厚度 并使计算块 的冲 倍为宜 洗出池平均含沙量大于沿程冲洗出池平均含沙量 当式 值 当池室较宽 为提高沉沙和冲沙效率 宜在池室内分隔成 若干个池厢 因池厢间的隔墙低于正常水位 泄空冲洗按池室一 次泄空计算 溯源冲洗和沿程冲洗按逐厢集中冲洗进行计算 池厢内溯源冲洗的各冲洗块体单宽平均输沙率可用式 和式 历