水利工程定期冲洗式沉沙池泄空冲洗计算

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3.2

3.2.1 水力学计算

　　沉沙池泄空冲洗过程中，其泄空流量主要通过调节冲沙闸门开度来控制，闸门开度的选择应满足最大下泄流量不大于闸后排沙廊道设计过流能力的要求。当闸门开度一定时，泄空流量的大小与闸前水头大小有关，泄空开始时的流量较大，随着池内水位不断下降，泄空流量逐渐减小，并由闸孔出流过渡到堰流，此时，即可认为泄空冲洗基本结束。　　当闸门开度一定时，泄空流量可按闸孔出流计算，即

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(1)

式中 e为闸门开启高度(m)；b为单孔闸净宽(m)；n为闸孔孔数，一般n=1；H₀为包括行近流速水头的闸前水头(m)；ε为垂直收缩系数；μ为闸孔自由出流的流量系数；σ_s淹没系数。　　泄空过程中各时段平均流量可近似按下式计算，即

Q_cpj=Q_i+Q_i+1/2

(2)

式中Q_cpj为j时段平均流量(m³/s)；Q_i为由式(1)计算的泄空过程j时段初流量(m³/s)；Q_i+1为由式(1)计算的泄空过程j时段末流量(m³/s)。

　　泄空平均流量可近似按下式计算

$\"\"$

(3)

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式中Q_cp为冲洗过程平均流量(m³/s)；Δt_j为j时段长(h)；n为由泄空总历时划分的时段数。

3.2.2 泄空冲洗排沙量及历时估算　　(1) 泄空排沙水流含沙量确定　　原型观测和模型试验资料表明，沉沙池泄空冲洗过程中的排沙含沙量是随水位下降的冲刷强度变化而变化，目前尚缺理论计算方法，设计中一般是通过模型试验或利用已建沉沙池运行观测资料统计分析来确定的。　　笔者根据原型观测和模型试验资料，采用泄空过程中冲洗流量与含沙量变化加权平均法，进行沉沙池泄空冲洗过程平均含沙量统计计算，即

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(4)

式中 S_cp为冲洗过程平均排沙含沙量(kg/m³)；S_j为j时段平均排沙含沙量(kg/m³)。

　　由大禹渡、禹门口、阳武河等沉沙池3次原型观测和4次模型试验资料统计分析得到沉沙池泄空冲洗平均排沙含沙量为200～500kg/m³，统计成果见表2。

Mean sediment concentration discharged by emptying flush in the settling basins

沉沙池名称

观测条件

平均排沙含沙量
(kg/m³)

最大排沙含沙量
(kg/m^{www.tmgc8.com3})

观测时间

大禹渡

原型观测(1)

500

900

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