探讨沉沙池解决方案

沉沙池主要尺寸应根据地形地质条件拟定不同方案，经技术经济比较后确定。

定期冲洗式沉沙池工作段进口水深和进口工作深度的计算分别按以下公式计算：

1.工作段进口水深

式中　H——工作段进口水深，m；

　　　ΔZ——工作段进口水位与排沙道出口天然河道水位差，m；

　　　q——排沙道冲沙单宽流量，m3/（s·m）；

　　　vc——排沙道出口冲沙流速，m/s；

　　　i——沉沙池工作段底坡；

　　　Lw——沉沙池工作段长度，m，水利工程定期冲洗式沉沙池包括溢流堰区长度；

　　　i0——排沙道底坡；

　　　L0——排沙道长度，m。

2.进口工作深度

式中　He——工作段进口工作深度，m；

　　　ΔHk——工作段进口设计泥沙淤积厚度，m，初拟方案时水利工程定期冲洗式沉沙池可选（0.5～0.6）H，水电站定期冲洗式沉沙池可选（0.25～0.3）H。

3.连续冲洗式沉沙池工作段进口工作深度

式中　ΔZ1——沉沙池运行水位与廊道出口处顶的高差，m；

　　　∑ξ——局部水头损失系数总和；

　　　L——支主廊道总长度，m；

　　　c——谢才系数；

　　　R——水力半径，m。

沉沙池工作宽度可按下式计算：

式中　Q——工作流量，m3/s；

　　　v——工作段平均流速，初拟方案时可在下列范围内选择：当沉降最小粒径为0.05～0.10m时，其值可选0.05～0.15m/s；当沉降最小粒径为0.25m时，其值可选0.25～0.55m/s；当沉降最小粒径为0.35m时，其值可选0.40～0.80m/s；

　　　Hw——平均工作深度，m。

水力冲洗式沉沙池单室工作宽度与平均深度之比不宜大于4.5。

定期冲洗式沉沙池工作段分厢宽度应满足下式：

式中　bs——定期冲洗式沉沙池工作段分厢宽度，m；

　　　Q′s——池厢冲洗流量，m3/s；

　　　qs——池厢单宽冲洗流量，m3/（s·m）。

根据规范公式，悬移质泥沙沉速，使用下列公式计算。

（1）当粒径等于或小于0.062mm，采用斯托克斯公式计算：

（2）当粒径为0.062～2.0mm时，采用沙玉清天然沙沉速公式计算：

（3）当粒径大于2mm，采用沙玉清紊流区沉速公式计算：

式中　ν——水的黏滞系数，cm2/s；

　　　t——水温，℃；

　　　d——泥沙粒径，mm；

　　　ρs——泥沙密度，g/cm3；

　　　ρw——清水密度，g/cm3；

　　　w——泥沙沉速，cm/s；

　　　g——重力加速度，cm/s2。

粒径组平均沉速使用上下限粒径沉速的几何平均值：

式中　——粒径组平均沉速，cm/s；

　　　wj——粒径组下限粒径沉速，cm/s；

　　　wj+1——粒径组上限粒径沉速，cm/s。

沉降率的计算按照沿程分段计算粒径组沉降率，然后计算全池某粒径组的沉降率，并计算出大于l粒径级的沉降率，l=1时，即为总沉降率。

各沉降率分别按下式计算：

式中　ηi——i粒径组沉降率；(www.xing528.com)

　　　k——池段数，自上游向下游编号，k=1，2，…，n；

　　　ηik——k池段i粒径组沉降率。

各粒径组悬移质沉降率按下式计算：

式中　i——粒径组编号，按粒径由小到大顺序排列，i=1，2，…，n；

　　　αi——恢复饱和系数；

　　　wj——粒径组平均沉速，cm/s；

　　　qk——池段单宽流量，m2/s；

　　　Qk——池段工作流量，m3/s；

　　　Lk——池段长，m。

恢复饱和系数：

式中　u*——摩阻流速，m/s；

　　　——粒径组平均沉速，cm/s；

　　　k——综合经验系数，当沉沙池宽度和深度之比在1.5～4之间时，取k=1.2～1；

　　　v——池段平均流速，m/s；

　　　R——池段平均过水断面水力半径，m；

　　　n——池段糙率；

　　　g——重力加速度，cm/s2。

大于l粒径级沉降率按下式计算：

式中　l——第i粒径组下限粒径级编号，粒径按由大到小顺序排列，l=m，m-1，…，2，1；

　　　ΔPi——入池悬移质第i粒径组的沙总百分比，%。

当l=1时，ηl则为总沉降率η。

沉沙池的淤积物中，第i粒径组沙重百分数：

式中　ΔPdi——沉沙池的淤积物中，第i粒径组沙重百分数，%。

沉沙池的淤积体积：

式中　VS——淤积体体积，m3；

　　　S0——设计进水周期内入池平均含沙量，kg/m3；

　　　Q——沉沙池工作流量，m3/s；

　　　η——总沉降率；

　　　T——设计沉降周期，s；

　　　ρd——淤积物干密度，t/m3。

根据设计入池流量、含沙量过程，划分若干计算时段，计算各时段平均入池流量、含沙量和颗粒级配，并将池身划分为若干池段。按沉沙池出口水位自下游向上游推算水面线，计算各池段平均水力要素，自上游向下游按下式计算分组含沙量沿程变化。

各池段出口断面含沙量为

式中　Si——池段出口断面分组含沙量，kg/m3；

　　　S——池段出口断面含沙量，kg/m3；

　　　S0i——池段入口断面分组含沙量，kg/m3。

时段内k池段淤积量按下式计算：

时段内全池淤积量

全池各时段累积沉降量

式中　j——时段数，j=1，2，…，m0；

　　　ΔVk——池段内k池段淤积量，m3；

　　　S0——池段入口断面含沙量，kg/m3；

　　　Δt——时段长，s；

　　　Vj——第j时段全池淤积量，m3；

　　　VS——时段末全池累积淤积量，m3。

沉沙池工作长度应初拟沉沙池多个主要尺寸方案，分别计算沉速和泥沙沉降率，在出池泥沙允许粒径和大于等于允许粒径的泥沙沉降率满足规定的要求下，确定沉沙池工作段计算长度，沉沙池工作段设计长度宜取计算长度的1.2倍，必要时应通过模型试验验证悬移质出池含沙量和大于等于设计最小沉降（或大于等于允许）粒径的泥沙沉降率。

根据青山港进水闸的引水流量及含泥量分析，所需沉沙池尺寸为200m×150m，沉沙池出池泥沙允许粒径不大于0.016mm，即设计最小沉降粒径为0.016mm，最小泥径的泥沙沉降率为84.15%。