漏斗式全沙排沙工程试验研究及其应用

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1、漏斗式全沙排沙工程试验研究及其应用摘要：漏斗式全沙排沙设施是一种排沙耗水量小，截沙率高的泥沙处理技术，并已在工程实际应用中取得了良好的效果。本文通过其清、浑水流场特性分析表明，漏斗室内部水流特性有利于水沙分离和泥沙的排除。关键词：漏斗式螺旋流模型试验原型观测1漏斗式全沙排沙技术　　漏斗式全沙排沙设施作为一种高效、节水、经济的泥沙处理技术，已成功用于灌溉、发电、工业及人畜引水等诸多领域的泥沙处理，取得了良好的经济效益和社会效益，已建或待建部分工程见表1。表1部分已建和正建工程列表Listofsomesandfunnelprojects序号工程名称引水渠流量(m3/

2、s)漏斗室直径(m)备注1新疆迪那河引水干渠排沙漏斗工程25201988年建成2新疆托克逊县青年渠排沙漏斗工程6121992年建成3新疆八一钢铁公司引水暗渠排沙漏斗工程1.791996年建成4新疆昌吉县蔬菜基地引水渠排沙漏斗工程0.551996年建成5新疆和静县解放二渠排沙漏斗工程13.5141996年建成6新疆霍城县胜利渠排沙漏斗工程0.032.41996年建成7新疆玛纳斯县塔西河二级电站排沙漏斗工程40.91996年建成8新疆阿克陶县吾依他克电站排沙漏斗工程14.6261997年建成9新疆奇台县达板河引水干渠排沙漏斗工程12121997年建成11新疆头屯河干

3、渠改造排沙漏斗工程10121988年建成12新疆玛纳斯县红山嘴电厂引水渠排沙漏斗工程60301998年建成13湖南洞庭湖挖泥船排出口泥浆脱水排沙漏斗工程0.283.691998年建成14新疆巴音沟河引水干渠排沙漏斗工程4514正在修建15新疆金沟河引水干渠排沙漏斗工程3014正在修建16新疆玛纳斯河团结电站排沙漏斗工程49正在修建17四川省伊乌湖电站排沙漏斗工程715正在修建注：除表列工程项目外，已签约拟建工程项目8项　　含沙水流沿切线方向进入漏斗室，由于漏斗室边壁的约束以及悬板等调流装置的影响，为三维立轴型螺旋流，在实际运行中水、沙、气掺混流动，其流场非常复杂

4、，目前通过模型试验、原型观测以及数值计算相结合等方法基本探明了其水流特性[１～２]。2试验研究2.1试验模型　　试验模型结构尺寸为：漏斗室直径150cm；排沙底孔直径5.5cm；漏斗底坡1/10；进水涵洞断面为矩形；悬板长度包含中心角180°，顶部溢流，下部设置调流墩。试验布置了Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ、Ⅷ等八个测试断面。模型结构及测试断面布置如图1所示。2.2漏斗室水流特性　　清水流场测试结果表明，漏斗室水流为三维螺旋流，由切向、径向和轴向三个方向的流速耦合而成，三方向流速在漏斗水流运动中分别起着不同作用：切向流速维持漏斗螺旋流的环流强度；方向向下的轴向流速

5、有利于泥沙的沉降，促使水沙分离；径向流速促使泥沙向排沙底孔输移。2.3泥沙对漏斗室流场的影响　　分析清、浑水流场资料得知，无论是清水流场还是浑水流场，切向流速沿径向的分布规律和径向流速沿轴向的分布规律基本上是一致的[３]。泥沙对漏斗室流场的影响主要体现在切向流速沿轴向分布规律和径向流速沿径向的分布规律上。图1漏斗式全沙排沙设施示意图Sketchofthesandfunnelstructure1.进水涵洞2.漏斗室3.引水渠4.悬板5.漏斗底孔6.调流墩7.排沙道　　图2～5绘出了清、浑水情况下，切向流速沿轴向和径向流速沿径向的分布规律。　　如图2和图3所示，泥沙

6、对于切向流速在轴向的分布影响是明显的，特别在内区，浑水情况下切向流速在轴向分布更为均匀。随半径的增大，在漏斗室外区，清、浑水的流速分布规律则趋于一致。图2Ⅱ断面切向流速沿轴向分布TangentialvelocitydistributioninverticalinsectionⅡ图3Ⅳ断面切向流速沿轴向分布TangentialvelocitydistributioninverticalinsectionⅣ图4Ⅱ断面(水深2cm)径向流速沿径向分布RadialvelocitydistributionalongradialdirectioninsectionⅡ()图5

7、Ⅱ断面(水深14cm)径向流速沿径向分布RadialvelocitydistributionalongradialdirectioninsectionⅡ()　　如图4及图5所示，泥沙对于径向流速沿径向分布的影响较大，并且主要表现在漏斗室的底部，即泥沙对于径向流速在径向的影响只限于漏斗室底部某一水深范围内，该范围的大小与断面位置以及泥沙粒径有关，有待进一步深入研究。　　由上述清、浑水流场对比分析可见，泥沙对漏斗室流场的影响集中体现在漏斗室内区和漏斗室底部，也就是说，漏斗室内区水流和底部水流受泥沙影响显著，或者说漏斗室内区和底部水流泥沙含量大，说明漏斗螺旋流确实具有

8、使泥沙沉积并且向漏斗底孔