多泥沙河流日调节电站以库代池方案研究

尼泊尔某水电站所处河流属于较为典型的高含沙量河流,该电站为调峰径流(PRoR)式高水头电站,防沙排沙尤为重要。笔者研究了以库代池方案的可行性和经济性,结合水文泥沙运行数值分析结果,采取较为合理的冲排沙设计及机组抗磨蚀措施,节省工程投资。该研究可为其他类似工程设计提供参考。

“圆中环”沉沙排沙池浑水沉沙特性

"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。

圆中环沉沙排沙池流速分布规律试验

对一种新型沙水分离装置——圆中环沉沙排沙池进行模型试验研究,对8个径向测试断面的清水流速在径向、垂向和环向的分布进行了测试。试验结果表明:圆中环沉沙排沙池的流速及流速梯度在环向呈不均匀分布,尤以180°径向测试断面流速及流速梯度最大;流速及流速梯度在径向与半径成反比,表层水流流速大小垂向分布与水深成反比;在距离圆心1/2半径以内水流紊动较强,其余半径范围水流紊动弱;中心出水环处流速大小与溢流堰内侧最大相差7.3倍,溢流堰长度是中心出水环的15倍。认为圆中环沉沙排沙池具有较好的沉沙条件的重要原因是溢流堰长度大。

中心出水环高对圆中环沉沙排沙池流速分布影响研究

针对新型二级沙水分离设施-圆中环沉沙排沙池，采用模型试验方法测试其清水流速环向分布。研究表明：“圆中环”中心出水环不加高工况整体流速环向呈现不均匀分布，135°～225°范围流速较大。“圆中环”中心出水环加高9cm工况整体流速分布较均匀，但中心出水环过高，造成上游进水渠水位升高并增加工程量及投资。试验证明：“圆中环”中心出水环适当加高可提高沉沙效率，设计过程中，中心出水环加高后顶高程不宜超过溢流堰顶高程。

河水滴灌重力沉沙过滤池物理试验研究

农业高效节水技术在新疆地区发展很快,但作为主要供水水源的地表水含沙量较高,影响了该技术的广泛推行。为此,需要研究能有效处理地表水泥沙、满足滴灌水质要求、投资相对较少的除沙装置,河水滴灌重力沉沙过滤池比较好地解决了这一问题。以河水滴灌重力沉沙过滤池为研究对象,通过物理试验研究沉淀池长25 m,侧向溢流堰长分别为5、3、2 m的沉沙过滤池除沙效果,结果表明:在沉淀池长25 m的工况下泥沙总处理效率可达50%以上,侧向溢流堰长度选取3 m比较合适,满足出池水质要求的进口最大含沙量约为1.5 kg/m^3。

引黄水库沉沙条渠沉积物的组成及理化特征

研究了济南市引黄供水鹊山水库沉沙条渠6个地理位置泥沙沉积物的组成及理化特征,并分析了沉积物的组成及理化特征参数间的相关性.结果表明,沉沙条渠内的泥沙沉积物在组成成分上与黄河沉积物基本相同,但含量及理化性质上有一定的差异.泥沙沉积物颗粒主要以粘粒、粉砂和细砂粒为主,颗粒粒度分布在0.3—125μm之间;沉积物的矿物主要由轻矿物(以石英、长石、方解石为主)和粘土矿物(以蒙脱石、伊利石、绿泥石为主)组成.与其它沉积物相比,泥沙沉积物存在高Ca和低Al的现象.泥沙的活性态Fe的含量远高于活性态Al的含量.泥沙沉积物属于中性偏碱沉积物,其有机质含量很低,极少超过1%;颗粒表面带有一定量的负电荷,其絮凝能力较小,甚至为零.此外,泥沙沉积物各参数间存在较好的相关性,沉积物的理化特性主要受沉积物的化学组成所影响,并且沉积物颗粒的各种矿物组成比例与颗粒粒径有密切的关系.

圆中环沉沙排沙池特性研究

圆中环沉沙排沙池是新型二级水沙分离设施,采用物理模型试验方法研究中心出水环不同高度工况下的排沙特性及最大沉沙粒径.研究表明：圆中环利用倒锥底坡上的高速水流将沉沙汇入冲沙槽,保证了在小于设计流量运行时排出沉积泥沙.同时要求冲沙槽起点至冲沙廊道后有适当的落差,保证水流在冲沙槽内形成高速环流及强挟沙力将泥沙自动排入下游河道.在设计流量条件下,中心出水环不同高度工况处理的泥沙粒径范围为1～84 mm.相比中心出水环不加高工况,中心出水环加高9 em,沉沙分布更均匀,有效沉沙体积及沉沙量增加,排沙时间稍有缩短,沉沙时间增加,排沙耗水率更小.圆中环依靠水力作用并以间歇排沙方式处理推移质泥沙,加高中心出水环可提高处理悬移质能力,减小排沙耗水率.

定期冲洗式沉沙池溢流堰出池含沙量计算

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 <5部分进行修正 ,其结果与实测值比较吻合 ,Z 5对含沙量计算影响甚微 ,可近似取Z1 =Z。沉沙池溢流堰的极限吸出高度一般应通过试验来确定 ,在无试验资料的情况下 ,用式 (6)

定期冲洗式沉沙池泥沙沉降特性分析

以黄河东城提水工程首部的定期冲洗式沉沙池为研究对象,应用一维超饱和输沙法计算了泥沙的沉降历时,分析了泥沙恢复饱和系数、极限吸出高度、出池含沙量等泥沙沉降特性。结果表明:①泥沙恢复饱和系数随泥沙粒径的增大呈指数递减趋势,工作段上游泥沙恢复饱和系数随沉降历时呈指数递减趋势,工作段下游恢复饱和系数随沉降历时呈线性减小趋势;②随着沉沙池的运行,出池泥沙粒径逐渐变大,淤积泥沙粒径则逐渐变小;③在沉沙池运行期内,溢流堰极限吸出高度随沉降历时呈线性递减趋势;④溢流堰前分组含沙量参考点的相对水深均小于0.5;⑤在0～0.500 mm泥沙粒径范围内,出池平均含沙量参考点的相对水深与泥沙粒径呈对数递增。

改进直线型沉沙池在农业微灌中的运行效果

针对传统直线型沉沙池存在的泥沙去除率低、适应性弱和占地面积大等缺点,基于泥沙沉淀特性、水流特性和泥沙在池内的分布特征,对引流段和溢流堰进行改进;结合涡流排沙原理,在溢流堰后部设置涡流管,实现双重沉沙.通过搭建物理模型,测试沉沙池不同点位水流流速、泥沙粒径及质量分数,研究双重沉沙池泥沙沿程变化规律及沉沙率.结果表明:一重沉沙主要为推移质泥沙;二重沉沙主要为悬移质泥沙,相对于无溢流槽和涡管其沉沙率分别提高了12.70%和18.80%;系统总的沉沙率可达到96.88%以上,极大提高了池内泥沙的沉沙率,充分说明改进后的沉沙池对改善泥沙沉降效果的作用显著.研究结果可为微灌工程的大规模推广应用提供一定的技术支撑.

某厢型沉沙池首部侧向扩散段排沙方案研究

针对某厢型沉沙池扩散段的泥沙淤积问题,采用模型试验与数值模拟相结合的方法,重点研究保证电站正常取水及大水深情况下,将淤积于扩散段的泥沙完全冲洗的措施。分别针对四孔同时排沙方案、单孔轮流排沙方案及导流墙+单孔轮流排沙方案进行模型试验研究,并采用数值模拟计算三维流场。结果表明,在沉沙池工作水位下,仅有导流墙+单孔开启排沙方案能有效分配入池流量,使扩散段各区域的流速均能达到淤沙的起动流速,排沙效果最好,为此推荐此方案,以便为类似工程提供参考。

圆中环沉沙排沙池最大沉沙粒径研究

为了避免圆中环沉沙排沙池在运行过程中出现沙石淤堵进水廊道的现象,通过物理模型试验研究了其最大沉沙粒径。保持中心出水环直径和含沙量不变,在三种不同流量(1.36、2.73、4.09L/s分别对应原型流量1、2、3m3/s)条件下根据进水前池水头的变化对中心出水环涌出的沙粒进行取样,测量粒径并取最大值。试验结果表明,进水前池与沉沙池之间的水头差是影响最大沉沙粒径的主要因素之一,并且通过回归分析法得出了最大沉沙粒径的预测模型曲线,为今后圆中环沉沙排沙池设计与运行提供了理论依据。

沉沙池流场特性及泥沙运动数值模拟

沉沙池在水利水电工程中是一种十分必要的水工建筑物,在处理泥沙中发挥了重要的作用,为后续下级设备正常运行提供了可靠保障。采用标准k-ε模型,建立石门坎水电站现状、优化后的沉沙池模型,模拟了沉沙池内的三维流场,并运用离散相DPM模型模拟了泥沙运动,得到了更加精细的沉沙池内水流形态、流速场分布及池内泥沙运动轨迹和沉降效果。

基于Fortran的计算程序开发在圆中环沉沙排沙池结构设计中的应用

圆中环沉沙排沙池是一种新型的二级水沙分离设施,目前在对其进行结构设计的过程中,必须对泥沙粒径、含沙量、地形地质条件、流量等因素进行综合考虑后,通过手动计算的方式确定圆中环各结构的尺寸,包括平面尺寸(直径)、沉沙池深度、倒锥底坡坡度、冲沙槽宽度、进水廊道尺寸、冲沙廊道尺寸和闸门尺寸等。然而在圆中环结构设计计算过程中,涉及到的参数较多,应用到的计算公式多而复杂,如果采取手动计算的方式,不仅工作量大,工作效率较低,而且稍有不慎就会影响到计算结果的准确性。针对这一问题,以Fortran语言为基础编写的圆中环沉沙排沙池结构设计计算程序,可在圆中环沉沙排沙池结构设计过程中实现快速计算,不仅提高了工作效率,还能保证计算的准确率,为设计人员提供便利。

迷宫堰型圆中环沉沙排沙池的沉沙特性研究

通过对迷宫堰型圆中环沉沙排沙池进行物理模型试验并对比两种堰型的沉沙效果,得出其含沙量与沉沙的改善效果。迷宫堰型圆中环沉沙排沙池的含沙量沿垂向和径向的分布规律与光滑薄壁堰基本相同,并以流量Q=4.09 L/s(对应原型流量3 m3/s)时中心出水环不加高状态为例进行沉沙分析,得出溢流堰边壁内侧的平均含沙量比光滑堰的减小了16.5%,沉沙中小于0.1 mm的细颗粒泥沙明显增多,其中值粒径减小14.09%,出口沉沙的中值粒径相应减小了11.19%,说明调整为迷宫堰后能够有效地提高悬移质泥沙沉降率。

新疆金沟河排沙工程涡管排沙技术的应用

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。

山东小开河引黄灌区高质量发展的对策措施

近年来黄河调水调沙使小开河灌区引水条件变化,灌区供水和生态安全受到威胁。针对灌区面临的引水量减少、淤积严重、清淤弃土无处放置、沉沙池功能不足等问题,提出了渠首工程改造及建设输沙管道等工程措施。为落实黄河流域生态保护和高质量发展,利用泥沙资源、分散处理泥沙、改良土地、加强监管等一系列运行管理措施是有效的。在应对水资源供需矛盾日益突出、遏制生态环境退化的实践探索中,小开河灌区积累的一些做法可为黄河下游引黄灌区提供参考。

提灌工程沉沙池设置标准的研究

通过对大量提灌工程的调研 ,系统地分析了含沙量、泥沙粒径与水泵磨蚀的关系 ,将水泵磨蚀与提灌工程沉沙池的设置标准联系起来 ,首先从这一崭新的角度 ,给出了标准值的界定范围 ,较好地解决了《水利水电工程沉沙池设计规范》

水电站沉沙池泥沙最小危害粒径选择分析

针对泥沙最小危害粒径选择十分复杂、目前尚未取得突破性进展、许多问题还有待深入研究的现状,首先对影响水轮机磨损的主要因素进行全面系统分析,说明目前国内泥沙最小危害粒径选择方法不够准确。在补充设计水头、水中泥沙含量、水流相对流速等水沙因子综合因素修正基础上,通过不同泥沙最小危害粒径的沉沙池投资和水轮机磨损维修费分析,进行泥沙最小危害粒径选择,并将此方法在麻子河一级水电站应用。结果表明:泥沙最小危害粒径越小沉沙池投资越大,水轮机磨损维修费越小,当泥沙最小危害粒径0.25 mm时,沉沙池投资与水轮机磨损维修费合计费用最少,因此沉沙池泥沙最小危害粒径选择0.25 mm合理的,充补水沙因子综合因素修正选择泥沙最小危害粒径方法是可行的。

巴基斯坦科哈拉水电站工程以库代池研究

巴基斯坦科哈拉水电站额定水头300 m,为高水头冲击式水轮机组,机组对过机含沙量的要求非常高。对入库水沙特点、冲沙流量、冲沙时间、水位下降幅度、引水含沙量等进行深入分析,并结合水库泥沙数学模型计算分析成果,科哈拉水库实行按流量分级调度的运用方式,在汛期"壅水沉沙、敞泄排沙",使水库起到有效替代沉沙池的作用,亦使水库能在正常蓄水位与最低发电水位之间保持一定的有效库容进行日调节发电,并能大幅减少过机泥沙含量.以减轻对水轮机过流部件的磨蚀。