水利水电沉砂池设计规范SL269--2001

中华人民共和国行业标准水利水电工程沉沙池设计规范条文说明目次总则设计资料基本资料入池含沙量及颗粒级配沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准水利灌溉工程沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准水电引水工程沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准位置及类型选择工程布置水力冲洗式沉沙池一般规定连续冲洗式沉沙池布置定期冲洗式沉沙池布置条渠沉沙池布置主要尺寸确定一般规定工作深度计算工作宽度计算工作长度计算工作段纵向底坡水力冲洗式沉沙池冲洗计算结构设计运行设计原型观测和安全监测设计一般要求定期冲洗式沉沙池原型观测和监测连续冲洗式沉沙池原型观测和监测条渠沉沙池原型观测和监测附求沉降计算方法水面线计算恢复饱和系数淤积计算附录水利工程定期冲洗式沉沙池冲洗计算总则我国已在水利水电工程沉沙池的设计运行与科学研究中积累了成功经验但是由于长期无统一的设计标准影响了沉沙池的设计与运用效果为保证设计质量充分发挥工程效益和推动该项技术发展必须统一技术要求特制定本规范由于悬移质泥沙与推移质泥沙运动机理不同因此处理方式不同本规范仅为处理悬移质泥沙的沉沙池设计制定由于沉沙池工程投资和规模较大在大中型水利水电工程沉沙池设计中应遵守本规范规定执行级以下工程需要设置沉沙池时可参照本规范执行水文泥沙等基本资料对沉沙池规模影响很大必须作好此项基本工作由于我国地域辽阔水沙状况差别很大对重要工程应进行模型试验水利水电工程沉沙池设计和运行表明沉沙池的功能效益效率与工程的其他建筑物和设备有关水利工程沉沙池设置是为了减少渠道淤积防止灌区沙化和减轻对泵站水泵的磨损危害水电站设置沉沙池的目的是减轻过机泥沙对水轮机的磨损危害设置沉沙池虽然可基本解决上述问题但引起投资和运行费用等变化因此是否设置沉沙池或设置何种标准的沉沙池应进行技术经济比较沉沙池是引水枢纽的组成部分其运行原则必须与枢纽运行协调一致以保证正常供水工程运行实践表明对沉沙池进行原型观测分析和监测是提高沉沙池设计运行管理水平和充分发挥工程效益的有效措施对重要工程应包括此项设计沉沙池为水利水电工程水工建筑物的一部分除自身特点由本规范规定外与其他水工建筑物具有共性的部分应按有关规范的规定执行设计资料基本资料收集悬移质泥沙颗粒级配资料时同时了解颗粒级配分析方法以便选用相应的沉速公式计算泥沙颗粒沉速水力冲洗式沉沙池冲排沙道出口处的河流水位流量关系是冲洗设计中确定冲沙水头的基本资料沉沙池外边墙天然河道水面线主要用于沉沙池外水压力和底板浮托力计算高寒地区在严寒期使用沉沙池时应收集河流冰情资料河流污物不得进入沉沙池应在引水口至沉沙池进口逐级处理了解污物来源及其特性是为了确定拦污设施布置栅格尺寸及水位等为确定水利水电工程沉沙池的设置标准确定沉沙池的规模评定其效益应根据不同类型沉沙池收集相关的各种资料沉沙池引渠输水道的设计正常水位是确定沉沙池设计水位的依据沉沙池的设计引用流量及其过程是确定沉沙规模的主要依据为使引渠和输水道不应由于淤积而影响沉沙池正常引水和输水应收集引渠和输水道挟沙力分析成果水轮机水泵过流部件耐磨性能抗磨措施等资料是用于分析判断沉沙池设计沉降粒径标准的一项依据水轮机或水泵的大修间隔用于比较设置沉沙池后对减轻磨损的作用灌区资料是用以研究水利工程沉沙池泥沙沉降设置标准和规模的一项依据入池含沙量及颗粒级配时段平均入池含沙量计算在水电工程沉沙池中忽略了有坝引水与取水口底坎的挡沙作用在水利工程沉沙池中忽略了取水口底坎的挡沙作用偏于安全入池设计泥沙特征值包括含沙量和悬移质颗粒级配已建沉沙池均使用河流泥沙特征值作为入池设计值实际上年平均或汛期平均河流含沙量与引水含沙量差别较大因此规定使用入池泥沙特征值作为设计值较使用河流泥沙特征值作为设计值更合理至于选用何种时段平均或实测值作为入池设计泥沙特征值应根据河流输沙特性枢纽布置特点沉沙池类型供水重要程度沉沙池工程量效益等综合分析论证如渔子溪一级水电站沉沙池因仅在汛期使用故选用多年汛期平均悬移质颗粒级配作为确定沉沙池主要尺寸的设计值排沙廊道输沙能力的复核原考虑选用历年最大日平均含沙量但其出现机会较少为减少排沙流量最后选用作为复核值沉沙池投入运行多年来粒径实测沉降率与设计值吻合也未出现过廊道堵塞现象西藏羊卓雍湖水电站设置定期冲洗式沉沙池为保证沉沙效果和冲沙可靠设计中采用粒径组成偏细的多年汛期平均悬移质颗粒级配作为确定沉沙池主要尺寸的依据选用粒径组成偏粗的实测悬移质级配作为沉沙池冲洗设施和排沙建筑物的设计依据水利工程沉沙池设计中设计入池含沙量一般可由引水时段的日平均含沙量频率分析或典型年汛期日平均含沙量分级统计分析确定也可根据含沙量大小分布情况和供水重要程度调整相应的引水流量如禹门口沉沙池汛期引水时段平均含沙量瞬时最大断面含沙量达丰沙年和平沙年引水时段含沙量等于大于的分别为和根据供水保证率分析确定当引水含沙量大于时沉沙池停止运行此时工业供水自备解决当引水含沙量为时引水流量仅供工业用水当引水含沙量为时引水流量当引水含沙量小于时按设计引水流量禹门口沉沙池工程设计中是以余年汛期泥沙粒配汛期粒径细于非汛期粒径绘成泥沙粒配曲线包络图采用包络图中的粒配曲线密集区平均值作为设计入池泥沙粒径引黄济青条渠沉沙池引水期为冬春季节采用利津水文站在引水期的多年月平均含沙量为设计入池含沙量平均含沙量为最大为设计入池泥沙粒径其中粒径小于的占小于的占山西浪店水源工程沉沙池设计入池含沙量为大禹渡沉沙池设计入池含沙量为均采用汛期平均泥沙粒径为设计入池泥沙粒径内蒙小沙湾引黄工程沉沙池设计入池含沙量为沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准水利灌溉工程沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准根据调查自流灌溉沉沙池的出池设计含沙量除与粒径有关外主要取决于排灌渠系允许挟沙力不同地区出池设计含沙量差别较大如黄河中游灌区汛期出池设计含沙量约为黄河下游灌区由于渠道纵坡缓出池设计含沙量为个别为出池允许粒径是根据目前黄河中下游水利工程沉沙池出池泥沙粒径不大于而确定的提水灌溉的灌区沉沙池沉降设计标准是根据水泵磨蚀要求提出的黄河以高含沙量闻名于世其含沙量具有上下游变化大的特点根据黄河上中下游单级离心水泵扬程的主要泵站调查三角城景台川夹马口东雷二级南乌牛二级小樊一二级龙行二级尊村大禹渡一二级和风陵渡过泵汛期平均含沙量为基本反映了我国多沙河流的提水工程过泵泥沙特征根据水泵大修保证期经分析给出判别图以下扬程的泵站多采用轴流泵或其他泵型如山西尊村引黄渠首一级泵站将轴流泵的下导轴承改用全封闭外加清水润滑磨损问题就不严重图中的水泵设计扬程系离心式水泵设计扬程水电引水工程沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准设置沉沙池的初步判别条件是根据我国已投入运行的水轮机磨损及检修资料综合考虑泥沙特性我国现有水轮机水力特性及耐磨材料的水平沉沙池的投资及其效益加以类比分析并考虑下列条件制订的在能可靠运行的前提下水轮机大修间隔取值为水斗式水轮机一年换喷针头及喷嘴口额定水头大于等于的混流式水轮机大于等于两年额定水头小于的混流式水轮机大于等于三年莫氏硬度大于等于的硬矿物泥沙含量约占主要过流部件材料的耐磨性能不低于不锈钢泥沙对水轮机磨损危害表现为水轮机运行效率下降出力减小和年发电量相应减少大修间隔缩短检修费用增加影响机组运行的灵活性和可靠性减轻泥沙对水轮机磨损危害的主要措施有采用耐磨材料或耐磨护面层提高磨损部位的耐磨水平采取工程措施如设置沉沙池沉砾池或利用水库沉沙等以减少过机含沙量及过机粗沙改善水轮机的水力及结构性能降低关键磨损部位的流速保持水流平顺流态提高水轮机设计制造质量保持良好的运行工况是否设置沉沙池及设置何种沉降粒径标准的沉沙池要考虑电站在系统中的作用泥沙特性水轮机的耐磨水平电站运行检修的要求及大修间隔沉沙池的投资年运行费及效益等因素进行技术经济比较后确定各额定水头段沉沙池的设计最小沉降粒径标准是考虑到经济合理性及实际需要推荐的水电站沉沙池的设计沉降粒径经过技术经济比较可以等于或大于表中的粒径不宜小于该粒径位置及类型选择一般情况下沉沙池位置距离首部枢纽进水口近一些可节省引渠工程量减少水头损失方便运行管理如大禹渡沉沙池禹门口沉沙池和渔子溪沉沙池均邻近首部取水口不良地段系指地形地质和场地危及建筑物稳定的地段如滑坡影响带泥石流危及区河流冲刷范围以及软弱地层等如禹门口沉沙池建在液化的粉细沙地层上采用振冲桩加固后达到抗地震液化的设计标准定期冲洗式沉沙池较连续冲洗式沉沙池具有运行可靠结构简单便于施工等特点所以在地形开阔的地方应优先考虑使用连续冲洗式沉沙池占地面积小适合在地形狭窄的地方采用若具备足够的冲沙水头和流量时加之合理设计及运用仍然可以满足运行要求提水灌溉工程的定期冲洗式沉沙池一般多邻近首部取水口可结合地形和灌溉渠布置在引水首部设低扬程泵站既满足扬水需要又形成足够的冲沙水头如大禹渡沉沙池和禹门口沉沙池定期冲洗式沉沙池存在泥沙排泄对环境影响的问题这是应慎重对待充分研究论证的问题定期冲洗式沉沙池有单室和多室型式由于单室定期冲洗式沉沙池冲洗时一般要停止供水而大中型水利工程不允许停止运行故不宜选用单室定期冲洗式沉沙池平原地区或滩涂地带的地形开阔适合条渠型沉沙池布置如引黄济青渠首条渠沉沙池运用初期为自流沉沙后期拟扬水沉沙可使地面抬高少占土地本规范未含机械清淤有关规定可参照其他规程选用清淤机械如河南邙山泵站的沉沙池为机械清淤工程布置水力冲洗式沉沙池一般规定在设计工作流量和含沙量范围内引渠必须达到正常输水在小流量引水时可允许有少量淤积但不影响正常输水随着流量增大达到冲淤平衡如禹门口沉沙池前的引渠纵坡为最小引水流量时的流速为设计工作流量时的流速为均大于不淤流速引渠设计工作流量为沉沙池工作流量与冲洗流量之和一般在引渠末段或适当位置设置溢流设施是为了出现超标准流量或特殊情况时能够从引渠溢出使沉沙池能够正常工作和安全可在引渠一侧设计排沙底孔以便引渠排沙和停止运行时泄空引渠由于引渠断面宽度和深度与沉沙池断面宽度和深度相差较大水流进入沉沙池会出现流速横向及竖向分布不均匀当沉沙池的布置受到地形地质或冲沙水头等条件限制沉沙池轴线与引渠轴线不在同一直线上时更加剧上述流速分布的不均匀性故沉沙池轴线宜与其进口前的引渠轴线的延线重合当受到条件限制时可使引渠下段轴线的延线与沉沙池轴线重合工程实践表明设置完好的上游联接段是使进入沉沙池工作段水流流速分布较均匀和提高沉降效率的一项措施设置上游联接段的目的是使入池水沙在横向分布均匀并最大限度减少泥沙在该段沉降拦截污物控制池室不同工况下的流量上游联接段亦称行近段或扩散段的平面布置采用对称扩散型式时单侧扩散角不宜大于水流自由扩散角约为采用非对称扩散时两侧扩散角之和不宜大于当接近或大于上述角度时应采取工程措施防止涡流和泥沙淤积发生联接段底板与工作段底板应以竖横比缓于的斜坡联接使水流均匀扩散已建沉沙池一般通过水力学模型试验来确定上游联接段的布置以保证水流均匀扩散不出现涡流区联接段内水流泥沙运动过程十分复杂设置配水墩或其他整流设施的位置尺寸应通过水力模型试验确定如禹门口沉沙池扩散段采用对称布置为缩短联接段长度单侧扩散角为要使水流比较均匀稳定地分配至各池室是一个相当困难的问题经反复试验研究最终得出在扩散段首部设置整流板结合各进口闸前配水墩布置逐渐整流扩散以适应不同流量和含沙量范围内的正常运用要求如西藏羊卓雍湖抽水蓄能电站沉沙池的整流栅通过四个方案的模型试验后才得到了比较满意的布置方案统计已建水电工程沉沙池在上游联接段内设得整流栅整流后单侧扩散角可达两侧扩散角之和达渔子溪一级单侧扩散角南桠河三级单侧扩散角渔子溪二级两侧扩散角之和映秀湾电站两侧扩散角之和设置池室进口闸是为了控制各池室运行是否在进口闸设置拦污栅应根据入池污物的情况确定从四川渔子溪南桠河等水电站沉沙池的运行实践看污物进入工作段常常堵塞进沙孔或堵塞整流栅导致池身断面流速分布不均匀因此对拦污问题应给予足够的重视山西大禹渡禹门口等沉沙池均在沉沙池进口设置拦污栅池厢进口闸是为控制冲洗运行应满足局部开启工况要求为满足沉沙运行要求闸槛应高于池厢内达到冲洗周期时的泥沙淤积面如禹门口沉沙池在孔池室进口闸下游设有孔池厢进口闸均按局部开启工况运行上游联接段内的进口闸后设置整流栅或配水