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1、趙口引黃灌區(qū)一號沉沙池設計方案優(yōu)化試驗研究摘要：要求大型放淤工程的沉沙池具有沉粗排細特殊功能，以延長沉沙池的使用時間，有效利用土地資源，是一個值得探索的課題。本文通過泥沙模型試驗，結合具體工程實例，提出加筑縱、橫向導水堤的方法，將條渠分隔成若干區(qū)域，分期分區(qū)合理地開辟新淤積區(qū)，并一步優(yōu)選經濟合理的工程布置方案，以達到設計要求。其基本原則可供此類沉沙池設計借鑒。關鍵詞：沉沙池沉粗排細分區(qū)淤積1引言趙口引黃灌區(qū)位于河南省黃河南岸，分布在鄭州市中牟縣和開封市尉氐、通許三縣境內，是水電部批準興建的大型放淤試點工程。目的是通過工
2、程實踐，探索引黃泥沙的合理處理，利用肥水灌田，改變農業(yè)低產落后狀況。圖1趙口引黃灌區(qū)平面布置圖SketchongenerallayoutofZhaokouIrrigationDistrict灌區(qū)一號沉沙池由Ⅰ至Ⅳ號條渠組成，沿引黃總干渠左側依次布置，進口離趙口閘1.6km,平面呈湖泊形，為自流式沉沙池，見圖1。一期工程確定先使用第Ⅰ條渠，其位于池的南部，長約9.865km，寬265～785m，總面積5.2km2，沉沙池容積約6，000，000m3。為了充分發(fā)揮沉沙池的工程效益，要求條渠具有沉粗排細的功能。由于泥沙運動的
3、復雜，需進行整體泥沙模型試驗論證原設計方案，并尋求經濟合理的優(yōu)化布置方案和科學易行的運行方式，盡可能利用條渠的有效容積，沉粗排細，既延長其使用年限，又能使含有一定數量細沙的肥水排出沉沙池灌溉農田。2工程概況2.1工程布置14黃河河水由趙口閘引入，流經1.6km的總干渠，通過節(jié)制閘的調節(jié)，進入沉沙池的進水閘，流入第Ⅰ條渠。進水閘引水角65°，共六孔，每孔孔徑4×3m，設計引水流量110m3/s，閘底設計高程81.79m，閘前設計水位84.17m，閘后設計水位83.97m。出水閘和總干渠交角56°，設計流量及閘孔尺寸和數量
4、同進水閘，閘底設計高程79.40m，閘前設計水位81.19m，閘后設計水位81.17m。由于第Ⅰ條渠上段地勢較高，在進水閘下游3.3km范圍內，地面高程大多在82m以上,高于進水閘底高程。其中散布著多處放淤形成的灘地，高程在82.5～86.9m之間,且大多橫向分布,給自流引水造成了困難，擬在條渠內開挖引水渠使水流得以通行。為便于沉沙條渠兩測的村民生產交通,條渠內筑三條橫隔堤,并架設橋梁，由進出水閘和三條隔堤將條渠劃分成四部分,從下游至上游分別稱為A、B、C和D區(qū)。2.2水沙條件趙口閘位于三門峽水庫下游，來水來沙受水庫調
5、度影響較大。為此，采用三門峽水庫改建后1974～1986年，距趙口閘上游約25km的花園口水文站的實測水文泥沙資料，作為沉沙池的設計依據。趙口引黃灌區(qū)引水期在每年的3、4、5和12月，每月引水天數分別為20、10、30和10天，總計每年70天。模型采用3月份的多年平均懸移質粒徑，泥沙顆粒級配見表1，中值粒徑為0.0498mm。引水期選用3月份多年平均含沙量6.46kg/m3。表1花園口站3月份多年平均懸移質粒徑級配LongperiodaveragesedimentgradinginMarchatHuayuankoust
6、ation泥沙粒徑(mm)0.500.250.100.050.025140.010.005小于某粒徑重量（%）10099.891.650.217.67.15.2條渠設計流量110m3/s，進口最高限制水位83.97m，如條渠進口超過該水位，將不能引足設計流量。條渠出口水位控制在81.91～82.40m。為使條渠具有沉粗排細的功能，要求出口含沙量控制在2～4kg/m3，小于0.03～0.05mm的細顆粒泥沙能排出沉沙池。3模型設計3.1幾何比尺根據沉沙池的平面布置及所要研究問題的性質，確定模型平面比尺為λl=150。在確
7、定水深比尺時，考慮到模型水深不應過小，同時考慮糙率不宜過大和有足夠的測量精度，模型宜做成變態(tài)。變態(tài)模型應使模型水流運動仍與原體基本相似，出現的偏差應在允許范圍內，其變率的大小主要依賴于原體的寬深比。模型寬深比(B/H)m可由下式[1]確定14(B/H)m≥6～10(1)取水深比尺等于20，對條渠中寬深比最小的斷面進行校核，結果滿足式（1）。因此可確定模型的水深比尺λh=20。3.2水流運動相似重力相似（2）阻力相似λc=1或(3)式中λv、λc、λn分別為流速比尺、謝才系數比尺和糙率系數比尺。3.3泥沙運動相似由總干渠
8、引入沉沙條渠的水流，含沙濃度較高，大多處于超飽和狀態(tài)。由于條渠過水斷面增大，流速減小，水流的挾沙能力大幅度降低，造成條渠內泥沙淤積。條渠內泥沙淤積形式主要為緩流淤積，也可能出現局部回流淤積。隨著泥沙的累積性淤積，池中水深減小，水流流速和流路將發(fā)生變化，在出口水位作下降調度時，水面比降和流速也將增大。上述情況均有可能使已淤泥沙發(fā)生部
