赵口引黄灌区一号沉沙池设计方案优化试验研究

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1、赵口引黄灌区一号沉沙池设计方案优化试验研究摘要：要求大型放淤工程的沉沙池具有沉粗排细特殊功能，以延长沉沙池的使用时间，有效利用土地资源，是一个值得探索的课题。本文通过泥沙模型试验，结合具体工程实例，提出加筑纵、横向导水堤的方法，将条渠分隔成若干区域，分期分区合理地开辟新淤积区，并一步优选经济合理的工程布置方案，以达到设计要求。其基本原则可供此类沉沙池设计借鉴。关键词：沉沙池沉粗排细分区淤积1引言　　赵口引黄灌区位于河南省黄河南岸，分布在郑州市中牟县和开封市尉氐、通许三县境内，是水电部批准兴建的大型放淤试点工程。目的是通过工程实践，探索引黄泥沙的合理处理，利用肥水

2、灌田，改变农业低产落后状况。图1赵口引黄灌区平面布置图SketchongenerallayoutofZhaokouIrrigationDistrict　　灌区一号沉沙池由Ⅰ至Ⅳ号条渠组成，沿引黄总干渠左侧依次布置，进口离赵口闸,平面呈湖泊形，为自流式沉沙池，见图1。一期工程确定先使用第Ⅰ条渠，其位于池的南部，长约，宽265～785m，总面积2，沉沙池容积约6，000，000m3。为了充分发挥沉沙池的工程效益，要求条渠具有沉粗排细的功能。　　由于泥沙运动的复杂，需进行整体泥沙模型试验论证原设计方案，并寻求经济合理的优化布置方案和科学易行的运行方式，尽可能利用条渠的

3、有效容积，沉粗排细，既延长其使用年限，又能使含有一定数量细沙的肥水排出沉沙池灌溉农田。工程概况工程布置　　黄河河水由赵口闸引入，流经的总干渠，通过节制闸的调节，进入沉沙池的进水闸，流入第Ⅰ条渠。进水闸引水角65°，共六孔，每孔孔径4×3m，设计引水流量110m3/s，闸底设计高程，闸前设计水位，闸后设计水位。出水闸和总干渠交角56°，设计流量及闸孔尺寸和数量同进水闸，闸底设计高程，闸前设计水位，闸后设计水位。　　由于第Ⅰ条渠上段地势较高，在进水闸下游范围内，地面高程大多在82m以上,高于进水闸底高程。其中散布着多处放淤形成的滩地，高程在～之间,且大多横向分布,给

4、自流引水造成了困难，拟在条渠内开挖引水渠使水流得以通行。　　为便于沉沙条渠两测的村民生产交通,条渠内筑三条横隔堤,并架设桥梁，由进出水闸和三条隔堤将条渠划分成四部分,从下游至上游分别称为A、B、C和D区。2.水沙条件　　赵口闸位于三门峡水库下游，来水来沙受水库调度影响较大。为此，采用三门峡水库改建后1974～1986年，距赵口闸上游约25km的花园口水文站的实测水文泥沙资料，作为沉沙池的设计依据。　　赵口引黄灌区引水期在每年的3、4、5和12月，每月引水天数分别为20、10、30和10天，总计每年70天。模型采用3月份的多年平均悬移质粒径，泥沙颗粒级配见表1，中

5、值粒径为。引水期选用3月份多年平均含沙量/m3。表1花园口站3月份多年平均悬移质粒径级配LongperiodaveragesedimentgradinginMarchatHuayuankoustation泥沙粒径(mm)小于某粒径重量100　　条渠设计流量110m3/s，进口最高限制水位，如条渠进口超过该水位，将不能引足设计流量。条渠出口水位控制在～。为使条渠具有沉粗排细的功能，要求出口含沙量控制在2～4kg/m3，小于～的细颗粒泥沙能排出沉沙池。模型设计几何比尺　　根据沉沙池的平面布置及所要研究问题的性质，确定模型平面比尺为λl=150。在确定水深比尺时，考虑

6、到模型水深不应过小，同时考虑糙率不宜过大和有足够的测量精度，模型宜做成变态。变态模型应使模型水流运动仍与原体基本相似，出现的偏差应在允许范围内，其变率的大小主要依赖于原体的宽深比。模型宽深比(B/H)m可由下式[1]确定(B/H)m≥6～10(1)　　取水深比尺等于20，对条渠中宽深比最小的断面进行校核，结果满足式。因此可确定模型的水深比尺λh=20。3.水流运动相似　　重力相似　　阻力相似λc=1或(3)式中λv、λc、λn分别为流速比尺、谢才系数比尺和糙率系数比尺。3.泥沙运动相似　　由总干渠引入沉沙条渠的水流，含沙浓度较高，大多处于超饱和状态。由于条渠过水

7、断面增大，流速减小，水流的挟沙能力大幅度降低，造成条渠内泥沙淤积。条渠内泥沙淤积形式主要为缓流淤积，也可能出现局部回流淤积。随着泥沙的累积性淤积，池中水深减小，水流流速和流路将发生变化，在出口水位作下降调度时，水面比降和流速也将增大。上述情况均有可能使已淤泥沙发生部分冲刷。为此，模型设计首先必须满足泥沙沉降条件相似，同时尽可能满足冲刷条件相似。由此进行模型设计。　　沉降相似λω=λv=(4)　　挟沙能力相似λs*=λs=λγs/λγs-γ(5)　　起动或扬动相似λvf=λv(6)　　冲淤变形相似λt2=λγ0·λl/λv·λs(7)式中λω、λs、λvf、λt2

8、分别为沉速、含沙量、扬动