河口海岸地区取水工程泥沙淤积研究分析

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1、1272第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集河口海岸地区取水工程泥沙淤积研究分析李肖肖,赵晓冬（南京水利科学研究院，港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏南京210024）摘要：泥沙淤积是关系取水工程安全取水的关键问题，悬沙淤积为河口海岸细颗粒泥沙地区取水工程淤积的主要原因。本文归纳总结了河口海岸地区细颗粒泥沙的运动特性及常用取水方式，阐明了取水明渠淤积计算、取水港池淤积分析及涵管（隧道）取水泥沙淤堵和管道冲沙等问题。在此基础之上结合工程实例探讨了河口海岸地区取水工程泥沙淤积问题和常用防淤工程布置。关键词：取水工程；泥沙淤积，河口海岸1

2、河口海岸地区泥沙运动特性河口地区泥沙粒径一般较细，悬移质运动是河口泥沙运动的主要形式，泥沙运动受河口水流、风浪、电化学和生物等多因素作用，往往河口地区水体含沙量较高。河口泥沙运动特点包括：1）频繁的悬扬和落淤。周期性往复水流的涨落过程要经历涨急涨憩和落急落憩，即流速由最大降低为零的阶段。在这一过程中泥沙随之频繁地悬扬和落淤，前进和后退，比河流泥沙运动和沿海的泥沙运动活跃得多。2）存在絮凝现象。在咸淡水混合过程中，径流挟带的细粒悬移泥沙遇到含有电解质的海水，颗粒表面形成双电层水膜，颗粒间水膜彼此粘结而絮凝成团，加速沉降，称絮凝现象。3）产生最大浑

3、浊带。在咸淡水密度梯度的作用下，河底某处往往出现涨落潮流速相抵以后净流速接近于零的滞流点，在滞流点附近悬沙汇聚，形成高含沙量区，即最大浑浊带。底沙的迂回停滞使河床淤浅，形成特有的拦门沙浅滩。4）有浮泥运动。河口的口外海滨和沿海地区的含沙量都随风浪和潮汛的大小而变。在大风浪平息之后如遇小潮汛，则悬沙容易下潜，形成浓度较大的悬浮体，简称浮泥。浮泥在水流或自重的作用下可以流动，这是河口和沿海泥沙运动的特殊形态。2取水方式电厂循环水的通常取水方式包括：取水头+引水涵管（隧道）；明渠取水；港池取水等。电厂的取水方式以及泵房等的位置要取决于每个电厂具体的水

4、文、气象、地形、地质等条件和其它建筑的位置。在水工设施方案设计中，应全力分析具体厂址的外部及内部条件，因势利导，以期寻找出最优秀的方案从而达到安全、经济的目的。3取水头+引水涵管取水的泥沙问题由取水头和引水涵管组成的取水方式是电厂的一种主要引水方式。取水头部即取水构筑物的进水部分，是一种带有不同数量四面进水的水工建筑物。水通过取水头部汇流于涵管或者渠道进入泵房，泵房带动水的循环，从而达到电厂机组冷却的作用。为了防止污物进入，取水头的进水面处一般设有一定间距排列的栅条。其形式多采用蘑菇头、圆形、船形、箱式等。涵管（隧道）被用于连接取水头和泵房取水

5、前池。另外，应考虑涵管（隧道）会给施工、维护、检修和清淤带来的不便。3.1涵管内不淤取水流速涵管内水流的携沙能力随流速的减小而减小，当流速减小到一定程度时，部分泥沙就开始在涵管内淤积。临界不淤流速一般是指固体颗粒在流动状态下，开始下沉时的管内平均流速。涵管内不淤流速应该大于临界不淤流速。[1]3.1.1管道临界不淤流速的计算现有的数十个临界不淤流速计算公式是在浆体输送研究中得出的，在计算浆体临界不淤流速时，至今还没有一个公认为普遍使用的公式。在低压管道输浑水工程设计中较常用的是克诺罗兹公式和舒克公式：13ρs−ρSg2DvρV=2.43（1）1

6、4Cd第十五届中国海洋（岸）工程学术讨论会论文集12733式中：V为临界不淤流速(m/s)；g为重力加速度；S为含沙量（体积比%）；ρ为泥沙密度(g/cm)；D为vs3管径(mm)；C为阻力系数，与沙粒雷诺数有关；ρ为水的密度(g/cm)。d在实际用于计算时，应结合固体颗粒的比重、粒径、含沙浓度和管径尺寸等影响临界不淤流速的主要因素作适当的修正。含沙量较高、悬沙粒径组成不均等情形下，尽量进行试验研究来确定管内不淤流速。[2]3.1.2管道临界不淤流速的判断方法基于临界不淤流速的概念、物理含意及水沙运动规律的研究，张英普等给出了临界不淤流速的3种

7、判断方法：1)利用Jm~U关系曲线判断临界不淤流速根据浑水阻力损失试验资料，以单位距离的水头损失，即压力梯度Jm为纵坐标，以断面平均流速U为横坐标，绘制浑水Jm~U关系曲线。一般认为Jm~U关系曲线的最低点也就是相当于管底开始出现沉积物的临界情况，此点的流速即为临界不淤流速。2)利用电导率仪判断临界不淤流速就液体而言，由于介质的不同，其电导率也不同。浑水在管道中流动时，当管内高速水流由大到小变化时，泥沙颗粒从均匀悬浮、到不均匀悬浮、管底床面存在明显的推移运动，以至开始出现泥沙的沉积和不动底床，其泥沙在不同流区的变化势必产生管底层电导率的变化。随

8、着底层水流含沙量的增加，其电导率随之增大，当泥沙开始沉积后，电导率接近于最大，以后趋于平缓，此时的流速即为临界不淤流速。3)试孔在测试管道末端安置透明