溢流槽对定期冲洗式沉沙池沉淀效率的影响分析研究

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1、泥沙研究年月第期溢流槽对定期冲洗式沉沙池沉淀效率的影响分析研究刘焕芳宗全利石河子大学水利建筑工程学院新疆石河子西北农林科技大学水利与建筑工程学院陕西杨凌摘要通过在溢流堰上沿水流方向加设溢流槽对传统沉沙池进行了改进以提高沉沙池的沉淀效率从理论上分析了溢流槽对溢流堰水流吸出高度和出池水流含沙量的作用并通过模型试验进行了验证结果表明加设溢流槽后沉沙池的沉淀效率有了大幅度的提高溢流堰的出池水流平均含沙量最大降幅可达最后根据试验结果给出了溢流槽的设计方法关键词沉沙池溢流槽沉淀效率中图分类号文献标识码文章编号沉沙池的运行特点水利工程中设计沉沙池时一般都在沉沙池的后半段设置

2、溢流堰引取表层清水含沙水流中的泥沙经过沉沙池沉淀处理后水流中的大部分泥沙被除去含沙量大大降低然而在沉沙池实际运行过程中虽然由溢流堰流出的水含沙量明显减少但还是含有一定数量的泥沙所以实际中沉沙池的沉淀效率并不是很高有必要采取工程措施对沉沙池进行改进提高其沉淀效率由于流经沉沙池溢流堰的水流是堰前可能吸出的水面以下一定水层深度范围内含沙量较小的表层水流所以可以通过减少溢流堰的出池水流含沙量来提高沉沙池的沉淀效率这就需要确定流经溢流堰的水流含沙量及其粒径为此有两个问题需要研究一个是溢流堰堰前断面悬移质泥沙的垂线分布情况另一个是自堰前水面以下可能吸出的水层深度即溢流堰的

3、极限吸出水流高度悬移质泥沙的垂线分布实测资料表明沉沙池内悬移质泥沙的含沙量沿垂线分布是上小下大即越靠近水表面含沙量越小在接近床面处含沙量最大图为大禹渡沉沙池原型观测得到的溢流堰堰前断面含沙量垂线分布图由图可见沉沙池内悬移质泥沙沿垂线分布基本符合泥沙的扩散运动规律越靠近水面处含沙量越小溢流堰水流的吸出高度实测资料表明溢流堰的吸出高度与溢流堰上单宽流量和清浑水重率比有关目前对溢流堰的吸出高度还没有十图大禹渡沉沙池堰前含沙量垂线分布分成熟的计算方法根据黄河泥沙浑水试验得到溢流堰水流吸出高度的计算公式为收稿日期基金项目教育部优秀青年教师资助计划项目石河子大学科学技术研

4、究发展计划石河子大学高层次人才科研启动资金专项作者简介刘焕芳男河南禹县人西北农林科技大学博士研究生石河子大学教授主要从事工程水力学研究工作?式中为溢流堰吸出高度为溢流堰单宽流量为浑水密度为重力加速度为浑水和清水的密度差为清水的密度提高沉沙池沉淀效率的改进方法根据含沙量沿垂线的分布曲线可知含沙量沿垂线的分布是上稀下浓即越靠近水表面含沙量越小因此要想提高沉沙池的沉淀效率就应当尽量取表层的清水实际工程中由于沉沙池的尺寸等限制溢流堰不能太长这样就不能有效地降低溢流堰上的水头以取得表层清水此时我们可以在溢流堰上沿水流方向增设几道溢流槽来解决这一问题通过增设溢流槽可以有效

5、地增加溢流长度在入池总流量不变时就可以充分降低溢流堰的堰上水头这样就可以只让表层含沙量很低的水溢出从而大大提高沉沙池的沉沙效率下面就溢流槽对沉沙池沉淀效率的提高作用进行分析溢流槽对溢流堰水流吸出高度的影响作用分析由式知溢流堰的吸出高度除了与泥沙本身特性有关外还与水流特性有关在入池总流量一定时溢流堰的单宽流量就只与溢流堰的长度有关将代入式得到??式中通过溢流堰的流量溢流堰长度由式可以看出溢流堰水流的吸出高度在来水流量和泥沙特性一定的前提下只与溢流堰的长度有关溢流堰长度越长吸出高度就越低所以要使溢流堰的出池水流含沙量小就必须通过增加溢流堰的长度来降低溢流堰的吸出高

6、度但在实际工程中受沉沙池尺寸的限制溢流堰的长度往往不能随便增加就使得溢流堰的吸出高度不能有效的降低基于以上分析我们可以通过在沉沙池工作段的尾端溢流堰区加设溢流槽来增加溢流堰的长度达到有效降低溢流堰水流的吸出高度假设长度为的溢流槽可以分担的流量为在溢流槽和溢流堰总流量不变时那么经过溢流槽分掉一部分流量后剩余的流量相对于式的溢流堰水流的吸出高度为????用式除以得到加溢流槽后溢流堰水流的吸出高度相对于原吸出高度的比值即?????式中为加溢流槽后溢流堰水流吸出高度为溢流槽分担的流量这样通过式就可以根据溢流槽分担的流量占溢流堰总流量的百分比来计算溢流堰水流吸出高度的变

7、化值图为与的变化曲线从该曲线也很容易看出两者之间的定量关系随着的增大即溢流槽长度的增大迅速减小也就是说由于溢流槽分担水流的作用可以使溢流堰水流的吸出高度迅速减小溢流槽对溢流堰出池水流含沙量的影响作用分析要计算溢流堰出池水流含沙量必须首先知道溢流堰堰前断面含沙量沿垂线的分布情况和溢流堰水流的吸出高度然后根据公式计算出池水流含沙量前两个问题在前面都已经讨论过了现在关键是选择合适的含沙量垂线分布公式计算出池水流含沙量此处选择劳斯公式计算含沙量以分析溢流槽对溢流堰出池水流含沙量的影响作用许多学者利用原型观测资料和试验室资料验证了公式在结构形式上是比较符合实测状况的特别

8、是当颗粒较细且浓度较小时公式与实测资料