沉沙池水力特性的研究

陳彩旭等

摘要[目的] 為了使水流流場(chǎng)更加均勻，泥沙在沉沙池中的沉淀效率更高。[方法]改進(jìn)沉沙池工作段的水流流場(chǎng)，即在沉沙池首部加設(shè)調(diào)流板。[結(jié)果]通過室內(nèi)模型試驗(yàn)，檢驗(yàn)了調(diào)流板調(diào)節(jié)水流流場(chǎng)的調(diào)節(jié)效果。[結(jié)論]調(diào)流板不僅能提高泥沙的沉淀效率，而且能縮短沉沙池過渡段的距離。

關(guān)鍵詞沉沙池；調(diào)流板；水流流場(chǎng)

中圖分類號(hào)S274文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2014）06-01617-02

Abstract[Objective] The research aimed to make the flow field more uniform， and sediment precipitation in sediment basin have a higher efficiency. [Method] The flowfield of the work section of sediment basin was improved， which was adding adjusting flow board. [Result] The basins were verified by model test plate adjustment to study the flow field adjustment effect. [Conclusion] Adjusting flow board not only could improve the deposition efficiency of sediment basins board， but also shorten the distance setting basin in the transitional period.

Key wordsSediment basin； Adjusting flow board； Flow field

微灌是一種新型的高效節(jié)水灌溉技術(shù)，但是對(duì)水質(zhì)的要求很高。針對(duì)我國(guó)地表水豐富且含沙量大的特點(diǎn)，在微灌系統(tǒng)首部設(shè)置沉砂池。這是對(duì)高含沙水進(jìn)行凈化處理最有效、最快捷的工程性措施之一。

水流經(jīng)過渠道進(jìn)入沉沙池，由于沉沙池比渠道大很多，若不采取工程措施，則水流易在沉沙池的中間形成主流，兩側(cè)形成回流，水流紊動(dòng)劇烈，不利于泥沙沉降。在水流進(jìn)入沉沙池之前，一般先經(jīng)過漸變段，使得較高流速的水流逐漸擴(kuò)散，最后緩慢進(jìn)入沉沙池，有利于泥沙的沉降。沉沙池的沉沙原理是水流進(jìn)入沉沙池后，水流速度減慢且平穩(wěn)地在沉沙池中流動(dòng)，泥沙在緩慢的水流中沉降。當(dāng)水流經(jīng)過漸變段時(shí)，還需要在沉沙池與漸變段連接處加設(shè)調(diào)流板，用來消能。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)組次安排

試驗(yàn)在長(zhǎng)1.25 m、寬7.50 cm的沉沙池模型（圖1）中進(jìn)行，模型的工作段面為矩形。該研究主要分析了不同來水流量和不同含沙量情況下沉沙池中泥沙的沉降規(guī)律和調(diào)流板前后的流速。試驗(yàn)中，分別在清水中摻入0.3、0.5和0.8 mg的粉煤灰。每個(gè)流速下設(shè)3組試驗(yàn)。

1.2流速觀測(cè)

該試驗(yàn)采用CSY型直讀式多功能流速儀。其原理是：當(dāng)流速儀傳感器上的葉輪置于水流中某測(cè)點(diǎn)位置時(shí)，葉輪在動(dòng)水的推動(dòng)下能輕巧旋轉(zhuǎn)，流速越大，轉(zhuǎn)得越快。由于葉輪上鍍有反光標(biāo)記，反射光便經(jīng)傳感器中的光導(dǎo)纖維傳送給光敏三級(jí)管，并轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)，送入二次數(shù)字儀表中，葉輪每轉(zhuǎn)一周，便產(chǎn)生一個(gè)脈沖信號(hào)，周而復(fù)始，在選定的采樣時(shí)間（T）內(nèi)，葉輪不斷轉(zhuǎn)動(dòng)，就不斷有電脈沖信號(hào)輸入二次儀表中，從而通過儀器的記數(shù)處理，顯示出T時(shí)間內(nèi)葉輪的的累積轉(zhuǎn)次。這樣將葉輪置于水流中不同的位置，就可測(cè)出各個(gè)位置點(diǎn)的時(shí)均流速。測(cè)量流速主要針對(duì)沉淀室中的流場(chǎng)分布，測(cè)流速時(shí)測(cè)定時(shí)間固定在30 s檔，測(cè)量每個(gè)測(cè)點(diǎn)均連續(xù)記錄3次數(shù)據(jù)，取平均值，以減少誤差。

2結(jié)果與分析

2.1調(diào)流板調(diào)流機(jī)理

經(jīng)觀測(cè)，最大流量下調(diào)流板前后的水面高度分別是35.0和34.2 cm。這是由于調(diào)流板的調(diào)節(jié)機(jī)理的作用才會(huì)出現(xiàn)這種現(xiàn)象。在傳統(tǒng)沉沙池中，沉沙池前的漸變段并不是很長(zhǎng)，這樣水流進(jìn)入沉沙池之前沒有很好地?cái)U(kuò)散，進(jìn)入沉沙池之后仍有很大的流速，造成沉沙池工作段內(nèi)水流紊動(dòng)比較劇烈，并伴隨著漩渦，泥沙不能很好地沉降，沉沙池的實(shí)際有效沉沙段縮短。這也是實(shí)際工程中沉沙池沉沙效率不高的原因之一。

試驗(yàn)中，在沉沙池首部增設(shè)的調(diào)流板就是為了解決水流進(jìn)入沉沙池中水流紊動(dòng)的問題。從設(shè)計(jì)原理上分析，調(diào)流板的作用是對(duì)水流流場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)和對(duì)水勢(shì)進(jìn)行消能。在加設(shè)調(diào)流板后紊動(dòng)水流直接頂沖在調(diào)流板上，調(diào)流板對(duì)這種具有較大動(dòng)能和紊動(dòng)強(qiáng)度的水流產(chǎn)生攔截作用，水流經(jīng)過調(diào)流板后紊動(dòng)明顯減弱，迅速趨于穩(wěn)定。同時(shí)，對(duì)水流流場(chǎng)進(jìn)行調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)后的流場(chǎng)分布更利于泥沙的沉降[1]。調(diào)流板調(diào)流示意圖見圖2。試驗(yàn)中，在調(diào)流板中分布不同孔徑的孔洞作為出水口，來調(diào)節(jié)水量沿橫向和垂向的分配，使水流經(jīng)過調(diào)流板后在整個(gè)沉沙池內(nèi)形成均勻的流態(tài)[2]。

2.2含沙量沿程變化規(guī)律

在沉沙池中，更加均勻的水流流場(chǎng)分布有助于沉沙池內(nèi)泥沙的沉降作用，提高泥沙沉積效果。而調(diào)流板在相應(yīng)的設(shè)置斷面能夠幫助水流迅速調(diào)整水流流場(chǎng)結(jié)構(gòu)，改變池室縱向的水流流場(chǎng)整體變化趨勢(shì)，使得

流速呈現(xiàn)均勻化趨勢(shì)，更有利于泥沙在均勻、緩慢的水流流

速中沉降，最終影響沉沙池中沿程含沙量的變化[3]。泥沙進(jìn)入沉沙池后會(huì)在其自身的重力作用和水流紊動(dòng)作用下在沉沙池中有一段運(yùn)移距離。如果水流紊動(dòng)劇烈，那么泥沙在

沉沙池內(nèi)的運(yùn)移距離就大[4]，不利于泥沙的沉降。在沉

沙池首部設(shè)置調(diào)流板后，經(jīng)過調(diào)流板攔截后的水流紊動(dòng)明顯減弱，水流快速實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定，且漩渦明顯減小。經(jīng)調(diào)節(jié)后，泥沙在均勻、穩(wěn)定的水流流場(chǎng)中沉淀效率更高，水流沿程含沙量的變化幅度更大，沉沙池出池水流的含沙量也應(yīng)更小。由圖3可知，調(diào)流板對(duì)沉沙池水流流場(chǎng)有調(diào)節(jié)作用。沉沙池內(nèi)的流場(chǎng)分布更均勻，提高了泥沙在沉沙池中的沉淀效率。

3結(jié)論與討論

沉沙池在微灌中的作用主要是處理懸移質(zhì)泥沙。傳統(tǒng)沉沙池因?yàn)橐钩辽吵毓ぷ鞫蔚乃髁鲌?chǎng)分布均勻，過渡段一般都很長(zhǎng)。但是，在沉沙池長(zhǎng)度一定的條件下，沉沙池的工作段相對(duì)會(huì)變得短一些，水流在沉沙池工作段停留的時(shí)間也會(huì)縮短，達(dá)不到理想的泥沙沉淀效率。

該研究通過在沉砂池首部加設(shè)調(diào)流板的模型試驗(yàn)，分析了調(diào)流板對(duì)水流的調(diào)節(jié)機(jī)理和對(duì)泥沙沉淀效率提高的作用。研究表明，當(dāng)水流進(jìn)入沉砂池后，調(diào)流板能減緩來水的較大動(dòng)能和紊動(dòng)強(qiáng)度；在沉沙池首部加設(shè)調(diào)流板后，沉沙池前過渡段的長(zhǎng)度縮短，沉沙池占地面積和工程量減小。

參考文獻(xiàn)

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