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旋流排沙渠道排沙特性及影响因素试验研究

旋流排沙渠道排沙特性及影响因素试验研究

作者：汪超群兰州理工大学

学位级别：硕士

近年来,渠道引水已成为缓解我国水资源供需不平衡问题的重要方法之一,但我国河流泥沙含量普遍较高,引水时常常因引入泥沙过多而出现水力机械磨蚀、渠道淤积等现象。为解决引水过程中水沙分离难的问题,依据旋流强挟带性的特点,提出了一... 详细信息

近年来,渠道引水已成为缓解我国水资源供需不平衡问题的重要方法之一,但我国河流泥沙含量普遍较高,引水时常常因引入泥沙过多而出现水力机械磨蚀、渠道淤积等现象。为解决引水过程中水沙分离难的问题,依据旋流强挟带性的特点,提出了一种新型泥沙处理设施——旋流排沙渠道。作为一种排沙新技术,不同体型条件、不同水力条件、不同泥沙条件对其排沙特性的影响尚不明确,而这些是其能否得到广泛应用的关键问题。为明确不同影响因素下旋流排沙渠道排沙特性的变化规律,开展了不同体型、不同水力条件(来流流量、来流流速、下游渠道出流方式)、不同泥沙级配下的排沙试验,对其渠道及排沙洞流态、分流比、截沙率、排沙量、余沙量、泥沙淤积量等水沙特性参数进行了研究,分析了不同体型、不同水沙条件下旋流排沙渠道的适用性。主要研究成果如下:(1)不同体型排沙试验研究结果表明:旋流排沙渠道的分流比及排沙洞内水流旋转强度与其起旋室进出口宽度、起旋室高度、排沙洞直径密切相关。各工况下体型二分流比均小于体型一,节水性能更优;渠道内水面线均高于体型一,且未出现体型一中排沙洞段渠道缓流向急流过渡的局部流态变化现象,同时在排沙洞内形成了更有利于泥沙排出的带有贯通式空腔的高强度旋转水流。两种体型旋流排沙渠道均能高效排除0.315mm以上的大粒径泥沙,整体上体型一截沙率略高。以上游渠道来流量Q=50m3/h、来沙中值粒径d50=0.6mm工况为例,体型二较体型一排沙耗水量减小6.48m3/h,分流比降低13.25%,泥沙淤积量减少2.66g,体型一、二的截沙率分别为93.77%、92.03%,且两种体型渠道下游余沙均以(0.075～0.315)mm的极细粒径泥沙为主。(2)对比体型二旋流排沙渠道不同水力条件下排沙特性的变化规律可知:当上游流量或流速增加时,主要影响旋流排沙渠道对(0.075～0.315)mm范围内细粒径泥沙的排除效果,使得截沙率降低、排沙量减小、余沙量增加。排沙洞内泥沙淤沙量与来流流量成正比,与来流流速成反比,但各水力条件下最大泥沙淤积量为7.68g,仅占来沙总量的2.6%。在排除来沙中值粒径d50=0.6mm级配泥沙时,不同来流流量试验组中,截沙率最大变幅为16.25%;不同来流流速试验组中,截沙率均高于76.86%,且最大变幅为9.91%,表明改变来流流量对其排沙特性的影响更为明显。当下游渠道布设挡水孔板后,旋流排沙渠道整体排沙性能得到提升,其中对于(0.16～0.315)mm粒径范围内泥沙的排除效果提升最为显著。(3)不同泥沙级配条件排沙试验研究结果表明:泥沙粒径区间不变时,随着来沙中值粒径的减小,旋流排沙渠道的排沙性能有所减弱,但依然能够将水流中危害较高的大粒径泥沙高效排出,其中对于大于0.315mm粒径泥沙的截除率达82.90%以上。来沙条件改变时,截沙率的最大变幅为20.78%,旋流排沙渠道泥沙淤积总量介于(1.71～7.56)g之间,其中(0.075～0.6)mm范围内中小粒径淤沙量占淤积总量的比值随来沙中值粒径的增加由73.59%减小至14.92%。综上所述,旋流排沙渠道具有明显的泥沙分选现象,能有效排除高含沙水流中的危害性较高的大颗粒泥沙,达到引清排沙的目的。工程设计时,可通过改变起旋室及排沙洞体型参数,在保证较高截沙率的前提下,获取泥沙淤积量更小、排沙耗水率更低的体型结构。同时,可依靠优化渠道流量、流速、下游出流条件等来提升旋流排沙渠道整体排沙性能。研究明确了不同影响因素下旋流排沙渠道排沙特性的变化规律,成果可为其在工程中的设计和应用提供参考。

关键词：旋流排沙渠道模型试验排沙特性影响因素截沙率

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“圆中环”沉沙排沙池浑水沉沙特性

农业工程学报 2014年第13期30卷 86-93页

作者：张军侍克斌高亚平王进新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052 新疆水利水电勘测设计研究院乌鲁木齐830000

"圆中环"沉沙排沙池是一种新型二级泥沙处理设施,以新疆呼图壁阿苇滩"圆中环"为原型,通过物理模型试验研究其浑水沉沙分布规律以及沉沙排沙效果。研究表明:"圆中环"的含沙量、沉沙范围和沉沙粒径在环向呈不均匀分布,135°~225°范围分... 详细信息

"圆中环"沉沙排沙池是一种新型二级泥沙处理设施,以新疆呼图壁阿苇滩"圆中环"为原型,通过物理模型试验研究其浑水沉沙分布规律以及沉沙排沙效果。研究表明:"圆中环"的含沙量、沉沙范围和沉沙粒径在环向呈不均匀分布,135°~225°范围分布较大。但含沙量及沉沙粒径在径向与半径成反比,在距离圆心1/2半径处以内含沙量沿垂向与水深成反比,垂向分布不均匀,沉沙颗粒较粗,其余范围含沙量垂向分布较均匀,沉沙颗粒较细;在设计工况条件下,"圆中环"截沙率为90.9%,>1 mm粒径范围截沙率为100%。试验证明:"圆中环"存在泥沙分选现象,水沙分离依靠重力沉降,溢流堰长是沉沙效率高的重要原因。"圆中环"沉沙粒径范围大,截沙率高,排沙耗水率较小,并能利用水力作用自动排出沉沙。研究结果可为"圆中环"优化结构形式及设计应用提供参考。

关键词：灌溉农田水利泥沙处理含沙量分布截沙率圆中环沉沙排沙池

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沉沙池内拦沙帘拦沙特性试验研究

海洋环境科学 2019年第3期38卷 441-445页

作者：彭程耿宝磊陈松贵赵鹏张琪交通运输部天津水运工程科学研究院港口水工建筑技术国家工程实验室天津300456 天津友邦助建工程咨询有限公司天津300456

本文针对沉沙池内拦沙帘拦沙特性,以原型拦沙帘为研究对象,通过二维水槽物理模型试验研究了拦沙帘的渗透系数和不同潮位时的截沙率,分析了不同因素(流速、潮位、泥沙粒径)对拦沙帘截沙率的影响。研究结果表明,拦沙帘的渗透系数不仅与自... 详细信息

本文针对沉沙池内拦沙帘拦沙特性,以原型拦沙帘为研究对象,通过二维水槽物理模型试验研究了拦沙帘的渗透系数和不同潮位时的截沙率,分析了不同因素(流速、潮位、泥沙粒径)对拦沙帘截沙率的影响。研究结果表明,拦沙帘的渗透系数不仅与自身孔隙值大小、形状和连通性有关,也取决于所在含沙水体的运动变化情况,当水流流速越快时,拦沙帘横向渗透系数越小;拦沙帘对粒径较大泥沙的截沙率更高,且其他条件不变时,水流流速越快,拦沙帘下方逸沙空隙越大即潮位越高时,截沙率明显降低。

关键词：沉沙池拦沙帘渗透系数截沙率

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新疆金沟河排沙工程涡管排沙技术的应用

人民黄河 2012年第4期34卷 131-132页

作者：何训江新疆金沟河流域管理处新疆沙湾832100

根据金沟河涡管排沙工程的布置形式及排沙要求,提出了排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度、涡管纵向坡度等技术指标的确定方法,计算并分析了排沙涡管截沙率及排沙效果。结果表明:通过对排沙涡管进行改进,金... 详细信息

根据金沟河涡管排沙工程的布置形式及排沙要求,提出了排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度、涡管纵向坡度等技术指标的确定方法,计算并分析了排沙涡管截沙率及排沙效果。结果表明:通过对排沙涡管进行改进,金沟河排沙平均耗水量占引进水量的4.51%,符合原设计的技术指标。

关键词：耗水率截沙率涡管排沙金沟河

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新疆金沟河排沙工程涡管排沙技术的应用

人民黄河 2012年第8期34卷 131-133页

作者：冯涛河南省水利勘测设计研究有限公司河南郑州450016

根据金沟河涡管排沙工程的布置形式及排沙要求,提出了排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度、涡管纵向坡度等技术指标的确定方法,计算并分析了排沙涡管截沙率及排沙效果。结果表明：通过对排沙涡管进行改进,... 详细信息

根据金沟河涡管排沙工程的布置形式及排沙要求,提出了排沙涡管开口宽度、涡管直径、涡管与渠道轴线夹角、涡管开口长度、涡管纵向坡度等技术指标的确定方法,计算并分析了排沙涡管截沙率及排沙效果。结果表明：通过对排沙涡管进行改进,金沟河排沙平均耗水量占引进水量的4.51%,符合原设计的技术指标。

关键词：耗水率截沙率涡管排沙金沟河

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排沙漏斗结构优化研究

排沙漏斗结构优化研究

作者：李琳新疆农业大学

学位级别：硕士

本文通过室内试验,结合量纲分析原理和数值分析方法,初步提出了排沙漏斗主要结构尺寸的确定方法,推导了排沙漏斗截沙率的计算公式。同时利用实际工程的原型观测资料对试验结论进行验证,验证结果表明试验结论可供实际工程设计参考。本文... 详细信息

本文通过室内试验,结合量纲分析原理和数值分析方法,初步提出了排沙漏斗主要结构尺寸的确定方法,推导了排沙漏斗截沙率的计算公式。同时利用实际工程的原型观测资料对试验结论进行验证,验证结果表明试验结论可供实际工程设计参考。本文较系统地论述了先进的泥沙二次处理设施——排沙漏斗的发展过程,包括其结构型式的不断完善和应用领域不断扩大的发展过程。根据大量的模型试验经验,分析了排沙漏斗流场内推移质泥沙和悬移质泥沙不同的运动特性。通过模型试验和量纲分析, 推导了处理推移质泥沙和悬移质泥沙的排沙漏斗的直径计算公式;结合模型试验和原型工程经验,分析了泥沙的运动形式、要求处理的泥沙中值粒径、以及水流的含沙浓度对底坡、涵洞高宽比和涵洞宽度的影响,初步提出了排沙漏斗底坡、涵洞宽度及高宽比的确定方法;分析了排沙底孔孔径、底孔偏转角、偏心距对排沙漏斗截沙率和排沙耗水率的影响,通过试验确定了底孔最佳偏转角的大小;以模型试验资料为基础,利用量纲分析,推导出排沙漏斗截沙率的计算公式,并利用两座原型工程的实际观测资料对其进行了验证,结果表明公式误差较小,可以用于原型工程截沙率的计算。

关键词：排沙漏斗结构推移质悬移质截沙率排沙耗水率

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渠道上的涡管排沙工程

四川水利 1998年第2期19卷 19-22页

作者：张开泉刘焕芳新疆石河子农学院

本文通过理论和试验研究成果，介绍了技术手段更为先进的涡管排沙工程，提出了涡管分流比、涡管截沙率、涡管挟沙力的计算公式；在电站引水渠、沉沙池上进行涡管排沙的模型试验，得到排沙效率好、排沙所用水量省、工程投资少的结论；并... 详细信息

本文通过理论和试验研究成果，介绍了技术手段更为先进的涡管排沙工程，提出了涡管分流比、涡管截沙率、涡管挟沙力的计算公式；在电站引水渠、沉沙池上进行涡管排沙的模型试验，得到排沙效率好、排沙所用水量省、工程投资少的结论；并提出了设计方法的要点，介绍了具体工程的设计实例。这种新型排沙方式，不仅适用于排除推移质，也可排除悬移质中的较粗粒径泥沙，可在灌溉、发电等引水渠上和工业及城镇用水的初步处理上应用。

关键词：涡管排沙分流比截沙率渠系排沙系统

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位山灌区重力沉沙过滤池泥沙运动规律分析

水利建设与管理 2020年第6期40卷 9-13,3页

作者：王世鹏聊城市位山灌区管理处山东聊城252000

本文以位山灌区为例,采用模型试验法,对重力沉沙过滤池的泥沙运动规律进行了对比分析。结果表明:含沙量沿程呈"快速下降-缓慢稳态下降-回升"的变化特点,底层含沙量>1/2水深处含沙量>表层含沙量;溢流堰越长,含沙量脉动现象越明显,溢流堰... 详细信息

本文以位山灌区为例,采用模型试验法,对重力沉沙过滤池的泥沙运动规律进行了对比分析。结果表明:含沙量沿程呈"快速下降-缓慢稳态下降-回升"的变化特点,底层含沙量>1/2水深处含沙量>表层含沙量;溢流堰越长,含沙量脉动现象越明显,溢流堰长3m时的堰前含沙量最小;沉淀池越长,同一水深层面处的含沙量越小;当沉淀池长20m、溢流堰长3m时,沉降截沙效果最佳,此时粒径大于0.1mm的泥沙大部分沉积于沉淀池内;溢流堰可以向沉淀池方向稍微移动一定距离以防止旋流、回流再次搅动泥沙。研究成果对于灌区的沉沙过滤池设计具有一定的指导意义。

关键词：位山灌区重力沉沙过滤池泥沙运动规律含沙量截沙率

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排沙漏斗应用于自来水供水工程的试验研究

新疆农业大学学报 2005年第3期28卷 63-67页

作者：徐燕邱秀云周牧振伟新疆农业大学水利与土木工程学院乌鲁木齐830052

介绍了排沙漏斗在自来水供水工程中的试验研究,特别介绍和分析了排沙漏斗在处理高含沙水流时的截沙率和耗水率,对粒径大于0.075,0.050,0.025,0.010 mm和0.005 mm泥沙的平均截沙率分别达到90.41%,91.78%,90.84%,61.65%和59.64%,而平均排... 详细信息

介绍了排沙漏斗在自来水供水工程中的试验研究,特别介绍和分析了排沙漏斗在处理高含沙水流时的截沙率和耗水率,对粒径大于0.075,0.050,0.025,0.010 mm和0.005 mm泥沙的平均截沙率分别达到90.41%,91.78%,90.84%,61.65%和59.64%,而平均排沙耗水量为12.31%。这充分说明了排沙漏斗可以处理极细粒泥沙。

关键词：高含沙水流排沙漏斗截沙率耗水率