定期冲洗式沉沙池溢流堰出池含沙量计算

定期冲洗式沉沙池溢流堰出池含沙量计算

杨晋营

(水利部山西水利水电勘测设计研究院， 山西 太原030024)

摘要：水利工程平流型定期冲洗式沉沙池，是利用溢流堰输送清水的沉沙池。沉沙池末段表层水通过溢流堰出池。大禹渡沉沙池实测资料表明，沉沙池内悬移质含沙量沿垂线分布基 本符合劳斯公式分布规律，劳斯公式可用来计算沉沙池含沙量沿垂线分布。采用谢鉴衡修正悬浮指标公式对理论悬浮指标值Z

关键词：沉沙池；定期冲洗；原型观测；含沙量；悬浮指标；吸出高度 1 前言

水利工程平流型定期冲洗式沉沙池，通常由引渠、进口联接段、工作段、溢流堰区、集水槽和冲排沙设施组成，是一种利用设置溢流堰输送表层清水的沉沙池。溢流堰区与工作段末端相接，沉沙池表层水通过溢流堰进入下游输水渠道。过去，对于设有溢流堰的定期冲洗式沉沙池，由于无系统成熟的出池水流含沙量计算方法，出池水流含沙量一般是通过模型试验来确定的，这对一些无试验条件的沉沙池规划设计形成了一定的难度。笔者根据悬移质泥沙运动的扩散理论，结合沉沙池原型观测资料，对沉沙池内泥沙含量沿垂线分布和出池含沙量计算进行了探讨。

2 定期冲洗式沉沙池运行特点

含沙水流进入沉沙池，经沉沙池工作段沉降，除去部分较粗粒径并降低含沙量后，再通过设在工作段尾部溢流堰区的侧向、横向溢流堰而进入集水槽。在沉沙池泥沙沉降运行过程中，溢流堰引取的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水表层流。为确定进入溢流堰的水流含沙量及其级配，首先要确定溢流堰前断面分组含沙量的垂线分布，并确定自堰前水面起，溢流堰可能吸出的水层深度，即溢流堰的极限吸出高度。

3 沉沙池内悬移质泥沙的垂线分布

悬移质泥沙在随水流运动过程中，一方面受重力作用而下沉，另一方面又受水流紊动的扩散作用而产生上浮。重力作用和紊动扩散作用的结果，使得悬移质中部分泥沙得以在水流中浮游前进，实现其远距离输送的运

动过程，同时也使含沙量沿垂线产生一定的梯度并达到图1 大禹渡沉沙池堰前含沙量垂线

分布

一定的平衡状态。

Fig.1 Vertical distribution of sediment

concentration in the

实测资料表明，沉沙池内悬移质含沙量沿垂线分布 front of the weir of Dayudu desilting 是上小下大，即水流含沙浓度接近床面处为最高；距床面愈远，浓度愈低，在水面的含沙量最低。图1为1992年8月19日由大禹渡沉沙池原型观测得到的溢流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。

basin

劳斯(H·Rouse) 由泥沙扩散方程导出含沙水流悬移质泥沙含沙量垂线分布公式

(1)

式中S 为垂线上距床面高度为y 点处的含沙量(kg／m ；S α为垂线上距床面高度为a 的参考点处含沙量(kg／m 3);h 为水深(m)；α为参考点距床面距离(m)；Z 为悬浮指标理论计算值，Z=ω/kU为卡门系，对挟沙水流取0.376。

基本上表达了悬移质相对含沙量沿垂线分布的规律。许多学者利用原型观测资料和试

验室资料验证了该公式结构形式是比较符合实测状况的［1］，特别是颗粒 较细且浓度较小，Rouse 公式与实测资料比较符合［2］，同时也研究了劳斯公式存在的一些问题［3］。尽管该公式存在如计算水面含沙量为零，床面含沙量无穷大等问题，但由于其结构形式简单，且基本上能反映实际情况，是目前在国际范围内应用最广泛的一个公式［4］。

悬移质垂线分布规律中的指数 Z 确定了泥沙在垂线上的均匀程度，由扩散理论所得到

的悬移质含沙量沿垂线的相对分布情况表明，Z 值愈小，含沙量分布愈均匀，Z 值愈大，含沙量分布愈不均匀。钱宁、万兆惠认为，当Z=5时，以悬移质形式运动的泥沙为量已很少，从实用的观点来说，Z=5可以看成是泥沙是否进入悬浮状态的临界判别

［5］

。许多学者在研

究中发现，实测指数Z 1与理论计算指数Z 之间有一定 的差别。谢鉴衡等用长江、黄河(黄河限于含沙量小于1００kg ／m 3的资料) 大量实测资 料，对Z 1及Z 的关系做了检验，并得到如下经验关系式［1］

(2)

钱宁对Z 1进行理论分析［3］，得到

(3)

大禹渡沉沙池实测资料也表明计算Z 值与实测Z ′1值有一定的差别，表1为该沉沙池实测堰前断面相对水深0.7处实测Z ′1值与计算Z 值的比较。其中，Z ′1是根据实测垂线分组含沙量，参考点选在相对水深0. 处，按式(1)反求得到的。

表1 计算Z 实测Z ′1值比较

Table 1 Comparison between the calculated Z′1 and the measure d Z

泥沙分组／mm

0.002～0.005

0.005～0.007

0.007～0.010 0.295 0 0.324 3

0.01～0.025 1.052 0 0.697 0

0.025～0.05 5.26 0 5.180 0

0.05～0.10

计算Z 值 0.016 8 0.042 1 0.147 0 实测Z´1 0.044 9 0.065 0 0.153 5

20.16

对于以上两个Z 1值计算公式，曹鉴湘利用四川南桠河三级水电站入渠含沙量和悬移质颗粒级配进行了验证

［5］

，认为谢鉴衡公式计算值与实测值符合较

好，可在工程设计中使用。图2为用谢鉴衡公式计算的山西大禹渡沉沙池修正值Z 1与实测值比较，可看出Z 1与实测值的符合性比较好。

需说明的是，图中计算值Z 15部分未用谢鉴衡公式修正，而直接取Z 1=Z。考虑Z

一般情况下，平流型定期冲洗式沉沙池工作段起始段水深比较小，末端水深比较大。含沙水流经沉沙池工作段沉降后，至末端时的含沙量降低很多，且粒径较细，其表层水的含沙量已很小。为有效地引取沉沙池工作段末端表层水，溢流堰宜沿工作段末端侧向和横向组合布置，并与集水槽结合起来，按薄壁堰设计。大禹渡、禹门口沉沙池的运行实践，充分地证明了这种布置的优点。 4.2 溢流堰上水流含沙量计算方法

图2 计算Z 1值与实测Z 1值比较 Fig.2 Comparison between the calculated

and measured Z1

由于溢流堰引取的是堰前断面水流的表层水，因此，要计算溢流堰上水流含沙量，必须先计算出堰前断面水流的泥沙含量的垂线分布，然后根据溢流堰可能吸取的水流深度(吸出高度) ，计算吸出高度范围内水层的含沙量平均值，即为所要求的溢流堰上水流含沙量。

在计算堰前断面水流的泥沙含量的垂线分布时，应采用溢流堰前池断面水沙要素。 4.3 计算水沙要素选取及相关参数确定

根据劳斯(H·Rouse) 悬移质泥沙含沙量垂线分布公式，要计算沉沙池溢流堰上水流含沙量，需确定堰前断面的水力坡度、摩阻流速及溢流堰水流吸出高度等参数。

(1)水力坡度

堰前断面的水力坡度按下式计算

(4)

式中Q 为堰前断面水流流量(m3／s) ；n 为糙率；A 为堰前断面过水面积(m2) ；R 为堰前断面水力半径(m)。

(2)摩阻流速

摩阻流速按下式计算

(5)

式中g 为重力加速度(m／s 2) ，其余符号同前。

(3)溢流堰水流吸出高度

吸出高度是指溢流堰运行过程中，可能吸取的堰前自水面向下一定水层深度，一般应通过试验来确定。实测资料及试验资料表明，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。堰流的吸出高度目前还无十分成熟的计算方法，根据黄河泥沙浑水和粉煤灰进行沉沙池试验，观测堰前交界面高度与出池含沙量的相应数据，得到浑水极限吸出高度h L 的近似公式［4］，即

(6)

式中q 为溢流堰单宽流量(m／s) ；ρ为浑水密度(t／m ) ； Δρ 为浑水和清水密度差(t／m ) 。

2

3

3

图3为禹门口沉沙池模型试验［6］实测浑水极限吸出高度与式(6)计算结果比较，从图可看出二者较吻合。

4.4 沉沙池堰前断面垂线含沙量计算

(1)垂线上某点分组含沙量计算

利用劳斯公式推求含沙量沿垂线分布，只有在某一参考点的含沙量S α已知条件下才能求解。将劳斯公式中的参考点选在含沙量等于平均含沙量的位置，从而推求含沙量沿垂线分布，所得结果的可靠性自然会显著增加［4］。文献［5，7］认为，相对水深y/h=0.4处的含沙量与垂线平均含沙量相等。由于溢流堰段的长度较短，可假定以工作段末端断面平均含沙量代表堰前垂线平均含沙量。

劳斯公式原则上适用于均匀沙，因此在分组含水量计算时，将每组泥沙视作均匀沙。 设堰前池断面水深为α/h ，相对水深处α／h=0.4处的含沙量等于垂线平均含沙量。且用Z 1代替Z ，由式(1)可得到分组含沙量沿垂线分布计算公式

(7)

(2)出池含沙量计算

由于沉沙池出池含沙量为通过溢流堰水流的平均含沙量，计算中将溢流堰前水面以下等

于溢流堰极限吸出高度h L 的水层平均含沙量，作为沉沙池出池含沙量。

为简化计算，近似取距水面h L ／2处的含沙量为溢流堰出池平均含沙量，则y=h-hL

／2，由式(7)得到沉沙池出池分组平均含沙量

( 8)

出池全沙含沙量

(9)

式中S i 为堰前断面分组平均含沙量(kg／m ) ；n 为泥沙分组数；Sc 为出池含沙量(kg／m ) 。出池含沙量计算简图见图4。

33

图3 吸出高度计算值h L 与实测值比较 Fig.3 Comparison between the calculated

and measured hL

4.5 出池含沙量验证计算 4.5.1 验证资料

以大禹渡沉沙池1992年原型观测得到的6组堰前断面垂线含沙量分布及出池含沙量资

料进行验证。原型观测时水沙条件见表2和表3。

表2 大禹渡沉沙池原型观测基本情况

Table 2 Prototype observatons of Dayudu desilting basin

图4 出池含沙量计算简图

Fig.4 Sketch of outflow in a settling tank

工作段长/m

沉沙池尺

寸

流量

3

1

入池水沙条件 含沙量

-3

流量

3·1

出池水沙条件 含沙量

-3

池底宽/m 池深/m

/m\5s /kg5m

粒径/mm

/ms /kg·m

粒径/mm

4.0～1.118～12.9～0.005～1.018～2.118～

220 4.5～6.0

7.0 1.940 36.6 0.10 1.840 4.335

表3 各测次入、出池含沙量表

Table 3 Measured sediment concentrations in the inflow and outflow

含沙量

1

2

3

4

5

6

/kg·m

-3

入池含沙量 堰前断面平均含沙量 出池含沙量

29.8 6.4 3.783

26.8 3.44 2.118

36.6 4.13 3.152

18.0 4.06 2.483

12.9 7.43 3.103

19.3 10.08 4.335

4.5.2 验证计算及结果分析

(1)堰前断面含沙量垂线分布

为检验式(7)对沉沙池含沙量垂线分布的符合性，分别点绘实测全沙含沙量垂线分布与式(7)的理论曲线进行比较(见图5) 。比较结果表明，沉沙池内实测悬移质含沙量沿垂线分布与劳斯公式理论计算曲线接近，规律基本相同

图6 出池分组含沙量计算值与实测值

比较

Fig.6 Comparison between the calculated and

measured sediment concentration in

outflows

图5 含沙量垂线分布比较

Fig.5 Comparison between the calculated and

measured vertical sedime nt distribution

(2)出池含沙量验证

根据上述资料，对式(8)进行验证，其中，Z

由图可看出，出池分组含沙量计算值与实测值点据基本分布在45°线两侧，偏差比较小。经相关分析，计算值与实测值的相关系数r=0.996，均方差σ=0.077，说明上述计算方法是比较符合实际的。 5 结论

(1)大禹渡沉沙池原型观测资料表明，沉沙池内悬移质含沙量沿垂线分布基本符合劳斯公式所表达的悬移质泥沙含沙量沿垂线分布规律，劳斯公式可用来计算沉 沙池含沙量沿垂线分布。

(2)采用谢鉴衡修正悬浮指标公式对理论悬浮指标值 Z

(3)沉沙池溢流堰的极限吸出高度一般应通过试验来确定。验证结果表明，在无试验资料的情况下，用式(6)计算沉沙池溢流堰极限吸出高度是可行的。 致谢：本研究成果曾得到黎运 教授级高工审阅，作者在此表示感谢。 参考文献：

［1］谢鉴衡，邹礼泰. 关于扩散理论含沙量沿垂线分布的悬浮指标问题 ［J ］. 武汉水利电力学院学报，1980,(3).

［2］张红武，等. 黄河高含沙洪水模型的相似律［M ］. 河南科学技术出版社，1 994.1. ［3］钱宁，万兆惠. 泥沙运动力学［M ］. 北京：科学出版社，1983.

［4］中国水利学会泥沙专业委员会主编. 泥沙手册. 北京：中国环境科学出版社， 1989.9. ［5］曹鉴湘. 南桠河三级水电站入渠含沙量和悬移质颗粒级配验证［J ］. 水电 站设计，1992，（4）.

［6］山西省水利科学研究所. 禹门口沉沙池水工泥沙模型试验研究报告(第二阶 段) ［R ］.1986.9.

［7］白绍武. 用PC-1500机计算条形沉沙设施的效率［J ］. 泥沙研究，1986，（4 ）：88-93.

定期冲洗式沉沙池溢流堰出池含沙量计算

杨晋营

(水利部山西水利水电勘测设计研究院， 山西 太原030024)

摘要：水利工程平流型定期冲洗式沉沙池，是利用溢流堰输送清水的沉沙池。沉沙池末段表层水通过溢流堰出池。大禹渡沉沙池实测资料表明，沉沙池内悬移质含沙量沿垂线分布基 本符合劳斯公式分布规律，劳斯公式可用来计算沉沙池含沙量沿垂线分布。采用谢鉴衡修正悬浮指标公式对理论悬浮指标值Z

关键词：沉沙池；定期冲洗；原型观测；含沙量；悬浮指标；吸出高度 1 前言

水利工程平流型定期冲洗式沉沙池，通常由引渠、进口联接段、工作段、溢流堰区、集水槽和冲排沙设施组成，是一种利用设置溢流堰输送表层清水的沉沙池。溢流堰区与工作段末端相接，沉沙池表层水通过溢流堰进入下游输水渠道。过去，对于设有溢流堰的定期冲洗式沉沙池，由于无系统成熟的出池水流含沙量计算方法，出池水流含沙量一般是通过模型试验来确定的，这对一些无试验条件的沉沙池规划设计形成了一定的难度。笔者根据悬移质泥沙运动的扩散理论，结合沉沙池原型观测资料，对沉沙池内泥沙含量沿垂线分布和出池含沙量计算进行了探讨。

2 定期冲洗式沉沙池运行特点

含沙水流进入沉沙池，经沉沙池工作段沉降，除去部分较粗粒径并降低含沙量后，再通过设在工作段尾部溢流堰区的侧向、横向溢流堰而进入集水槽。在沉沙池泥沙沉降运行过程中，溢流堰引取的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水表层流。为确定进入溢流堰的水流含沙量及其级配，首先要确定溢流堰前断面分组含沙量的垂线分布，并确定自堰前水面起，溢流堰可能吸出的水层深度，即溢流堰的极限吸出高度。

3 沉沙池内悬移质泥沙的垂线分布

悬移质泥沙在随水流运动过程中，一方面受重力作用而下沉，另一方面又受水流紊动的扩散作用而产生上浮。重力作用和紊动扩散作用的结果，使得悬移质中部分泥沙得以在水流中浮游前进，实现其远距离输送的运

动过程，同时也使含沙量沿垂线产生一定的梯度并达到图1 大禹渡沉沙池堰前含沙量垂线

分布

一定的平衡状态。

Fig.1 Vertical distribution of sediment

concentration in the

实测资料表明，沉沙池内悬移质含沙量沿垂线分布 front of the weir of Dayudu desilting 是上小下大，即水流含沙浓度接近床面处为最高；距床面愈远，浓度愈低，在水面的含沙量最低。图1为1992年8月19日由大禹渡沉沙池原型观测得到的溢流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。

basin

劳斯(H·Rouse) 由泥沙扩散方程导出含沙水流悬移质泥沙含沙量垂线分布公式

(1)

式中S 为垂线上距床面高度为y 点处的含沙量(kg／m ；S α为垂线上距床面高度为a 的参考点处含沙量(kg／m 3);h 为水深(m)；α为参考点距床面距离(m)；Z 为悬浮指标理论计算值，Z=ω/kU为卡门系，对挟沙水流取0.376。

基本上表达了悬移质相对含沙量沿垂线分布的规律。许多学者利用原型观测资料和试

验室资料验证了该公式结构形式是比较符合实测状况的［1］，特别是颗粒 较细且浓度较小，Rouse 公式与实测资料比较符合［2］，同时也研究了劳斯公式存在的一些问题［3］。尽管该公式存在如计算水面含沙量为零，床面含沙量无穷大等问题，但由于其结构形式简单，且基本上能反映实际情况，是目前在国际范围内应用最广泛的一个公式［4］。

悬移质垂线分布规律中的指数 Z 确定了泥沙在垂线上的均匀程度，由扩散理论所得到

的悬移质含沙量沿垂线的相对分布情况表明，Z 值愈小，含沙量分布愈均匀，Z 值愈大，含沙量分布愈不均匀。钱宁、万兆惠认为，当Z=5时，以悬移质形式运动的泥沙为量已很少，从实用的观点来说，Z=5可以看成是泥沙是否进入悬浮状态的临界判别

［5］

。许多学者在研

究中发现，实测指数Z 1与理论计算指数Z 之间有一定 的差别。谢鉴衡等用长江、黄河(黄河限于含沙量小于1００kg ／m 3的资料) 大量实测资 料，对Z 1及Z 的关系做了检验，并得到如下经验关系式［1］

(2)

钱宁对Z 1进行理论分析［3］，得到

(3)

大禹渡沉沙池实测资料也表明计算Z 值与实测Z ′1值有一定的差别，表1为该沉沙池实测堰前断面相对水深0.7处实测Z ′1值与计算Z 值的比较。其中，Z ′1是根据实测垂线分组含沙量，参考点选在相对水深0. 处，按式(1)反求得到的。

表1 计算Z 实测Z ′1值比较

Table 1 Comparison between the calculated Z′1 and the measure d Z

泥沙分组／mm

0.002～0.005

0.005～0.007

0.007～0.010 0.295 0 0.324 3

0.01～0.025 1.052 0 0.697 0

0.025～0.05 5.26 0 5.180 0

0.05～0.10

计算Z 值 0.016 8 0.042 1 0.147 0 实测Z´1 0.044 9 0.065 0 0.153 5

20.16

对于以上两个Z 1值计算公式，曹鉴湘利用四川南桠河三级水电站入渠含沙量和悬移质颗粒级配进行了验证

［5］

，认为谢鉴衡公式计算值与实测值符合较

好，可在工程设计中使用。图2为用谢鉴衡公式计算的山西大禹渡沉沙池修正值Z 1与实测值比较，可看出Z 1与实测值的符合性比较好。

需说明的是，图中计算值Z 15部分未用谢鉴衡公式修正，而直接取Z 1=Z。考虑Z

一般情况下，平流型定期冲洗式沉沙池工作段起始段水深比较小，末端水深比较大。含沙水流经沉沙池工作段沉降后，至末端时的含沙量降低很多，且粒径较细，其表层水的含沙量已很小。为有效地引取沉沙池工作段末端表层水，溢流堰宜沿工作段末端侧向和横向组合布置，并与集水槽结合起来，按薄壁堰设计。大禹渡、禹门口沉沙池的运行实践，充分地证明了这种布置的优点。 4.2 溢流堰上水流含沙量计算方法

图2 计算Z 1值与实测Z 1值比较 Fig.2 Comparison between the calculated

and measured Z1

由于溢流堰引取的是堰前断面水流的表层水，因此，要计算溢流堰上水流含沙量，必须先计算出堰前断面水流的泥沙含量的垂线分布，然后根据溢流堰可能吸取的水流深度(吸出高度) ，计算吸出高度范围内水层的含沙量平均值，即为所要求的溢流堰上水流含沙量。

在计算堰前断面水流的泥沙含量的垂线分布时，应采用溢流堰前池断面水沙要素。 4.3 计算水沙要素选取及相关参数确定

根据劳斯(H·Rouse) 悬移质泥沙含沙量垂线分布公式，要计算沉沙池溢流堰上水流含沙量，需确定堰前断面的水力坡度、摩阻流速及溢流堰水流吸出高度等参数。

(1)水力坡度

堰前断面的水力坡度按下式计算

(4)

式中Q 为堰前断面水流流量(m3／s) ；n 为糙率；A 为堰前断面过水面积(m2) ；R 为堰前断面水力半径(m)。

(2)摩阻流速

摩阻流速按下式计算

(5)

式中g 为重力加速度(m／s 2) ，其余符号同前。

(3)溢流堰水流吸出高度

吸出高度是指溢流堰运行过程中，可能吸取的堰前自水面向下一定水层深度，一般应通过试验来确定。实测资料及试验资料表明，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。堰流的吸出高度目前还无十分成熟的计算方法，根据黄河泥沙浑水和粉煤灰进行沉沙池试验，观测堰前交界面高度与出池含沙量的相应数据，得到浑水极限吸出高度h L 的近似公式［4］，即

(6)

式中q 为溢流堰单宽流量(m／s) ；ρ为浑水密度(t／m ) ； Δρ 为浑水和清水密度差(t／m ) 。

2

3

3

图3为禹门口沉沙池模型试验［6］实测浑水极限吸出高度与式(6)计算结果比较，从图可看出二者较吻合。

4.4 沉沙池堰前断面垂线含沙量计算

(1)垂线上某点分组含沙量计算

利用劳斯公式推求含沙量沿垂线分布，只有在某一参考点的含沙量S α已知条件下才能求解。将劳斯公式中的参考点选在含沙量等于平均含沙量的位置，从而推求含沙量沿垂线分布，所得结果的可靠性自然会显著增加［4］。文献［5，7］认为，相对水深y/h=0.4处的含沙量与垂线平均含沙量相等。由于溢流堰段的长度较短，可假定以工作段末端断面平均含沙量代表堰前垂线平均含沙量。

劳斯公式原则上适用于均匀沙，因此在分组含水量计算时，将每组泥沙视作均匀沙。 设堰前池断面水深为α/h ，相对水深处α／h=0.4处的含沙量等于垂线平均含沙量。且用Z 1代替Z ，由式(1)可得到分组含沙量沿垂线分布计算公式

(7)

(2)出池含沙量计算

由于沉沙池出池含沙量为通过溢流堰水流的平均含沙量，计算中将溢流堰前水面以下等

于溢流堰极限吸出高度h L 的水层平均含沙量，作为沉沙池出池含沙量。

为简化计算，近似取距水面h L ／2处的含沙量为溢流堰出池平均含沙量，则y=h-hL

／2，由式(7)得到沉沙池出池分组平均含沙量

( 8)

出池全沙含沙量

(9)

式中S i 为堰前断面分组平均含沙量(kg／m ) ；n 为泥沙分组数；Sc 为出池含沙量(kg／m ) 。出池含沙量计算简图见图4。

33

图3 吸出高度计算值h L 与实测值比较 Fig.3 Comparison between the calculated

and measured hL

4.5 出池含沙量验证计算 4.5.1 验证资料

以大禹渡沉沙池1992年原型观测得到的6组堰前断面垂线含沙量分布及出池含沙量资

料进行验证。原型观测时水沙条件见表2和表3。

表2 大禹渡沉沙池原型观测基本情况

Table 2 Prototype observatons of Dayudu desilting basin

图4 出池含沙量计算简图

Fig.4 Sketch of outflow in a settling tank

工作段长/m

沉沙池尺

寸

流量

3

1

入池水沙条件 含沙量

-3

流量

3·1

出池水沙条件 含沙量

-3

池底宽/m 池深/m

/m\5s /kg5m

粒径/mm

/ms /kg·m

粒径/mm

4.0～1.118～12.9～0.005～1.018～2.118～

220 4.5～6.0

7.0 1.940 36.6 0.10 1.840 4.335

表3 各测次入、出池含沙量表

Table 3 Measured sediment concentrations in the inflow and outflow

含沙量

1

2

3

4

5

6

/kg·m

-3

入池含沙量 堰前断面平均含沙量 出池含沙量

29.8 6.4 3.783

26.8 3.44 2.118

36.6 4.13 3.152

18.0 4.06 2.483

12.9 7.43 3.103

19.3 10.08 4.335

4.5.2 验证计算及结果分析

(1)堰前断面含沙量垂线分布

为检验式(7)对沉沙池含沙量垂线分布的符合性，分别点绘实测全沙含沙量垂线分布与式(7)的理论曲线进行比较(见图5) 。比较结果表明，沉沙池内实测悬移质含沙量沿垂线分布与劳斯公式理论计算曲线接近，规律基本相同

图6 出池分组含沙量计算值与实测值

比较

Fig.6 Comparison between the calculated and

measured sediment concentration in

outflows

图5 含沙量垂线分布比较

Fig.5 Comparison between the calculated and

measured vertical sedime nt distribution

(2)出池含沙量验证

根据上述资料，对式(8)进行验证，其中，Z

由图可看出，出池分组含沙量计算值与实测值点据基本分布在45°线两侧，偏差比较小。经相关分析，计算值与实测值的相关系数r=0.996，均方差σ=0.077，说明上述计算方法是比较符合实际的。 5 结论

(1)大禹渡沉沙池原型观测资料表明，沉沙池内悬移质含沙量沿垂线分布基本符合劳斯公式所表达的悬移质泥沙含沙量沿垂线分布规律，劳斯公式可用来计算沉 沙池含沙量沿垂线分布。

(2)采用谢鉴衡修正悬浮指标公式对理论悬浮指标值 Z

(3)沉沙池溢流堰的极限吸出高度一般应通过试验来确定。验证结果表明，在无试验资料的情况下，用式(6)计算沉沙池溢流堰极限吸出高度是可行的。 致谢：本研究成果曾得到黎运 教授级高工审阅，作者在此表示感谢。 参考文献：

［1］谢鉴衡，邹礼泰. 关于扩散理论含沙量沿垂线分布的悬浮指标问题 ［J ］. 武汉水利电力学院学报，1980,(3).

［2］张红武，等. 黄河高含沙洪水模型的相似律［M ］. 河南科学技术出版社，1 994.1. ［3］钱宁，万兆惠. 泥沙运动力学［M ］. 北京：科学出版社，1983.

［4］中国水利学会泥沙专业委员会主编. 泥沙手册. 北京：中国环境科学出版社， 1989.9. ［5］曹鉴湘. 南桠河三级水电站入渠含沙量和悬移质颗粒级配验证［J ］. 水电 站设计，1992，（4）.

［6］山西省水利科学研究所. 禹门口沉沙池水工泥沙模型试验研究报告(第二阶 段) ［R ］.1986.9.

［7］白绍武. 用PC-1500机计算条形沉沙设施的效率［J ］. 泥沙研究，1986，（4 ）：88-93.