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1、泥沙研究年月第期溢流槽對定期沖洗式沉沙池沉淀效率的影響分析研究劉煥芳宗全利石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院新疆石河子西北農(nóng)林科技大學(xué)水利與建筑工程學(xué)院陜西楊凌摘要通過在溢流堰上沿水流方向加設(shè)溢流槽對傳統(tǒng)沉沙池進(jìn)行了改進(jìn)以提高沉沙池的沉淀效率從理論上分析了溢流槽對溢流堰水流吸出高度和出池水流含沙量的作用并通過模型試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證結(jié)果表明加設(shè)溢流槽后沉沙池的沉淀效率有了大幅度的提高溢流堰的出池水流平均含沙量最大降幅可達(dá)最后根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果給出了溢流槽的設(shè)計(jì)方法關(guān)鍵詞沉沙池溢流槽沉淀效率中圖分類號文獻(xiàn)標(biāo)識碼文章編號沉沙池的運(yùn)行特點(diǎn)水利工程中設(shè)計(jì)沉沙池時一般都在沉沙池的后半段設(shè)置
2、溢流堰引取表層清水含沙水流中的泥沙經(jīng)過沉沙池沉淀處理后水流中的大部分泥沙被除去含沙量大大降低然而在沉沙池實(shí)際運(yùn)行過程中雖然由溢流堰流出的水含沙量明顯減少但還是含有一定數(shù)量的泥沙所以實(shí)際中沉沙池的沉淀效率并不是很高有必要采取工程措施對沉沙池進(jìn)行改進(jìn)提高其沉淀效率由于流經(jīng)沉沙池溢流堰的水流是堰前可能吸出的水面以下一定水層深度范圍內(nèi)含沙量較小的表層水流所以可以通過減少溢流堰的出池水流含沙量來提高沉沙池的沉淀效率這就需要確定流經(jīng)溢流堰的水流含沙量及其粒徑為此有兩個問題需要研究一個是溢流堰堰前斷面懸移質(zhì)泥沙的垂線分布情況另一個是自堰前水面以下可能吸出的水層深度即溢流堰的
3、極限吸出水流高度懸移質(zhì)泥沙的垂線分布實(shí)測資料表明沉沙池內(nèi)懸移質(zhì)泥沙的含沙量沿垂線分布是上小下大即越靠近水表面含沙量越小在接近床面處含沙量最大圖為大禹渡沉沙池原型觀測得到的溢流堰堰前斷面含沙量垂線分布圖由圖可見沉沙池內(nèi)懸移質(zhì)泥沙沿垂線分布基本符合泥沙的擴(kuò)散運(yùn)動規(guī)律越靠近水面處含沙量越小溢流堰水流的吸出高度實(shí)測資料表明溢流堰的吸出高度與溢流堰上單寬流量和清渾水重率比有關(guān)目前對溢流堰的吸出高度還沒有十圖大禹渡沉沙池堰前含沙量垂線分布分成熟的計(jì)算方法根據(jù)黃河泥沙渾水試驗(yàn)得到溢流堰水流吸出高度的計(jì)算公式為收稿日期基金項(xiàng)目教育部優(yōu)秀青年教師資助計(jì)劃項(xiàng)目石河子大學(xué)科學(xué)技術(shù)研
4、究發(fā)展計(jì)劃石河子大學(xué)高層次人才科研啟動資金專項(xiàng)作者簡介劉煥芳男河南禹縣人西北農(nóng)林科技大學(xué)博士研究生石河子大學(xué)教授主要從事工程水力學(xué)研究工作?式中為溢流堰吸出高度為溢流堰單寬流量為渾水密度為重力加速度為渾水和清水的密度差為清水的密度提高沉沙池沉淀效率的改進(jìn)方法根據(jù)含沙量沿垂線的分布曲線可知含沙量沿垂線的分布是上稀下濃即越靠近水表面含沙量越小因此要想提高沉沙池的沉淀效率就應(yīng)當(dāng)盡量取表層的清水實(shí)際工程中由于沉沙池的尺寸等限制溢流堰不能太長這樣就不能有效地降低溢流堰上的水頭以取得表層清水此時我們可以在溢流堰上沿水流方向增設(shè)幾道溢流槽來解決這一問題通過增設(shè)溢流槽可以有效
5、地增加溢流長度在入池總流量不變時就可以充分降低溢流堰的堰上水頭這樣就可以只讓表層含沙量很低的水溢出從而大大提高沉沙池的沉沙效率下面就溢流槽對沉沙池沉淀效率的提高作用進(jìn)行分析溢流槽對溢流堰水流吸出高度的影響作用分析由式知溢流堰的吸出高度除了與泥沙本身特性有關(guān)外還與水流特性有關(guān)在入池總流量一定時溢流堰的單寬流量就只與溢流堰的長度有關(guān)將代入式得到??式中通過溢流堰的流量溢流堰長度由式可以看出溢流堰水流的吸出高度在來水流量和泥沙特性一定的前提下只與溢流堰的長度有關(guān)溢流堰長度越長吸出高度就越低所以要使溢流堰的出池水流含沙量小就必須通過增加溢流堰的長度來降低溢流堰的吸出高
6、度但在實(shí)際工程中受沉沙池尺寸的限制溢流堰的長度往往不能隨便增加就使得溢流堰的吸出高度不能有效的降低基于以上分析我們可以通過在沉沙池工作段的尾端溢流堰區(qū)加設(shè)溢流槽來增加溢流堰的長度達(dá)到有效降低溢流堰水流的吸出高度假設(shè)長度為的溢流槽可以分擔(dān)的流量為在溢流槽和溢流堰總流量不變時那么經(jīng)過溢流槽分掉一部分流量后剩余的流量相對于式的溢流堰水流的吸出高度為????用式除以得到加溢流槽后溢流堰水流的吸出高度相對于原吸出高度的比值即?????式中為加溢流槽后溢流堰水流吸出高度為溢流槽分擔(dān)的流量這樣通過式就可以根據(jù)溢流槽分擔(dān)的流量占溢流堰總流量的百分比來計(jì)算溢流堰水流吸出高度的變
7、化值圖為與的變化曲線從該曲線也很容易看出兩者之間的定量關(guān)系隨著的增大即溢流槽長度的增大迅速減小也就是說由于溢流槽分擔(dān)水流的作用可以使溢流堰水流的吸出高度迅速減小溢流槽對溢流堰出池水流含沙量的影響作用分析要計(jì)算溢流堰出池水流含沙量必須首先知道溢流堰堰前斷面含沙量沿垂線的分布情況和溢流堰水流的吸出高度然后根據(jù)公式計(jì)算出池水流含沙量前兩個問題在前面都已經(jīng)討論過了現(xiàn)在關(guān)鍵是選擇合適的含沙量垂線分布公式計(jì)算出池水流含沙量此處選擇勞斯公式計(jì)算含沙量以分析溢流槽對溢流堰出池水流含沙量的影響作用許多學(xué)者利用原型觀測資料和試驗(yàn)室資料驗(yàn)證了公式在結(jié)構(gòu)形式上是比較符合實(shí)測狀況的特別
8、是當(dāng)顆粒較細(xì)且濃度較小時公式與實(shí)測資料
