2.2 沉沙池类型
沉沙池的分类方法很多，可按结构型式分，也可按运行方式（清淤方式）分，下面分别进行介绍。
2.2.1 沉沙池结构类型
沉沙池按结构型式可分为直线形（含斜板式）、曲线形、沉沙条渠形、混合形、涡管形及其他特殊形式的沉沙池等。
1.直线形沉沙池
直线形沉沙池又可分为单室、双室、多室以及带有侧渠的沉沙池四种，如图2-1所示。
单室和多室沉沙池是最简单的形式。单室一般适用于供水流量小于15～20m3/s，其缺点是冲洗时须将上部闸孔关闭，停止向渠道供水，以免将搅起的泥沙带进渠道；当供水流量大于15～20m3/s时，若采用单室沉沙池，则其尺寸必须很大，冲洗历时很长，而且冲洗效果也不好，可采用双室沉沙池。
双室沉沙池的设计一般有两种情况：①沉沙池中每个沉淀室都能通过总干渠的全部流量，以保证沉沙池在任何时候都能冲洗和供水；②沉沙池的每个沉淀室只通过总干渠流量的一半，当其中一个沉淀室冲洗时，另一个沉淀室则通过超额流量，这时沉沙池冲洗时间必须选择在灌区用水最小时进行。
图2-1 直线形沉沙池
多室沉沙池的每个沉淀室所通过的流量可按沉淀室的数目平均分配，当其中一个沉淀室冲洗时，其余沉淀室通过全部流量。多室沉沙池不仅可连续供水，而且冲洗时所需流量较少。
有时，为了使灌区用水不被中断，常在沉沙池旁修建侧渠，当沉沙池冲洗时，可由侧渠供水。但这样，会加大水流含沙量，给后续处理带来难度。为了减少入渠的泥沙，应尽可能在农田需水量最小时冲洗，这样进水闸的设计流量不致增加过多。通常进水闸的设计流量为冲沙流量和最小需水流量之和。
2.曲线形沉沙池
曲线形沉沙池是利用弯道环流理论，将水沙进行分离，所以也叫弯道沉沙池。由于池内流速与其他类型沉沙池相比，其数值较大，因而最适宜用于山区或河谷河段。在新疆多为山溪性河流，河身短小，流量不大，每当春汛夏洪，河流两岸泥沙、砾石、卵石等随水而下，形成推移质泥沙，带进渠道。用这种沉沙池不仅结构简单、施工方便，而且造价低廉、排沙效果良好。曲线形沉沙池于1959年在新疆地区首次使用，这种沉沙池实际上是一个内角为90°的宽阔弯曲渠段，如图2-2所示。曲线形沉沙池较直线形沉沙池优越，它不仅结构简单，造价低廉，施工方便，而且排沙效果很好，能排走进入干渠推移质泥沙的90%～100%，对于减少和防止泥沙入渠起到决定性作用。
在新疆，段文忠等还提出一种集引水和防沙为一体的弯堰式引水枢纽，其防沙效果可达95%。在引黄灌溉中，为解决引黄口附近就地消化泥沙的土地不足和人工清淤劳力的缺乏，设计出一种适合于机械清淤的弯曲河道型沉沙池。这种河道型沉沙池的平面形态是一弯曲形的河道，池中有明显的主槽和滩地。其基本原理是控制河道水面比降和流速，利用弯道环流泥沙运动规律，形成明显的主槽与堆沙滩地，以达到沉沙目的。同时，利用滩地和主槽为吸泥船清淤提供沙源和良好的施工条件。黄河水利学校的汪丽妹等对河道型沉沙池的设计方法进行了研究。
图2-2 曲线形沉沙池
在曲线形沉沙池的基础上，北京农业工程大学农田水利教研室设计出一种立轴涡流式除沙池。这是一种装置在闸门或闸后的一种涡式环形池，顶部加高成环行堰，除沙池底中心设排沙底孔。据试验观察，底沙和大部分大颗粒泥沙以泄沙底孔为中心，成一对数线泄出，这种除沙池的除沙效率高，弃水率低，可用于特别缺水的地区以减少冲沙用水。Celen.K，李养志和PaulT.C也曾研究过涡流形沉沙池。
在20世纪50年代，苏联有人开始结合工程应用来研究环流排沙漏斗，并于1957年设计修建了环流排沙漏斗。由于其具有排沙耗水量小、排沙顺畅等优点，曾引起同行研究工作者的极大兴趣。但由于其本身结构形式和环流排沙漏斗的水流特性决定了它的尺寸不能过大，处理流量也相当有限，一个排沙漏斗只能处理小于3m3/s的流量。新疆农业大学与成都科技大学就环流排沙漏斗排沙设施进行了模型试验和数值模拟，并对以往排沙漏斗的结构形式进行了改进，使其处理流量加大，经对新疆轮台县迪那河引水干渠上环流排沙漏斗的原型观测，其排沙效率很高，节水效果显著。在新疆水利水电行业工程建设中，排沙漏斗形式应用较多，近几年用于渠水、河水灌溉工程水质初级处理，效果较好（可排出泥沙粒径≥0.1mm的泥沙）。其排沙线路是：挟沙水流经渠道进入圆形漏斗池中，水流在池中旋转，泥沙进入漏斗底部，经排沙管排出池外，清水则经出口返回渠道。图2-3为新疆兵团农五师88团渠水滴灌排沙漏斗设计图。
乐山市水利学会的孟可清对水力漩流漏斗排沙技术原理与应用进行了研究，水力漩流漏斗排沙系统的基本结构如图2-4所示。该系统是一种利用含沙水流在漏斗室中做圆周运动，形成三维结构水流来分离水沙的新型泥沙处理系统，耗水量小、排沙效率高。从进水箱沿漏斗圆周切线方向进入漏斗的含沙水流，在漏斗室中利用水力漩流做圆周运动。由于重力、漏斗边壁、悬板和调流墩的作用，含沙水流中的泥沙沉入漏斗圆锥段，在重力作用下沿漏斗边壁进入底部的排沙管后排出，经过沉沙后的水流，则从漏斗圆锥段顶部溢往渠道。漏斗中的水、空气和沙形成三相混合螺旋式竖轴环流，漏斗中心则形成“空气涡”。“空气涡”的作用使漏斗下部排沙管的排沙流量仅占漏斗中水流流量的2%～5%，其冲沙耗水量大大低于其他冲沙设施的耗水量。粒径在0.05mm以上的悬沙和大于10cm的泥沙，均可通过排沙管排除，其排沙率在90%以上。此外，水利部燕山滴灌技术开发中心新泰研究所和新泰市水利水产局也研制了一种“旋流式弯道防淤装置”，其结构与上述相似。该装置已在新泰市大面积推广应用，效果良好。
3.条渠形沉沙池
沉沙条渠利用天然洼地、滩涂，就地取材构筑一定工程设施，在沉沙区内利用围堤和格堤分成若干条长度较长的宽浅土渠断面，淤满后还可还耕、固堤或清淤后重复利用。沉沙条渠在黄河中下游地区应用较广，把放淤改土、淤满种稻、改良沙荒盐碱地以及淤背固堤等结合起来，使河流的水资源得到综合利用。其平面形状一般有湖泊形、条渠形和梭形三种。按照运行条件，条渠形沉沙池又可分为自流沉沙、以挖待沉、扬水沉沙和自流与扬水相结合等型式。
图2-3 排沙漏斗设计图（单位：cm）
（1）自流沉沙。一般利用天然洼地或围堤形成自流沉沙，根据用途可采用定期清淤、连续清淤、淤培固堤或淤满还耕等运行方式。淤满还耕是指当沉沙条渠淤满后，利用汛期洪水在淤沙上落淤0.3～0.5m细粒泥沙，即可还耕为田，另用新的条渠沉沙。
图2-4 水力漩流排沙漏斗示意图
1—进水涵洞；2—漏斗室；3—引水渠；4—悬板；5—漏斗底孔；6—调流墩；7—排沙渠
（2）以挖待沉。当条渠容积受到地形条件限制时，可以开挖形成条渠，称以挖待沉。这种形式的沉沙条渠，也可以根据其用途采取定期清淤、机械连续清淤或淤满还耕等运行方式，运行若干年达到淤积高程后，邻渠另挖新的条渠，并以新开挖的耕植土覆盖到原淤积高程上还耕，当沉沙条渠不能中断供水时，可以机械连续清淤。
（3）扬水沉沙。当淤沙部位高于引水位时，可采用扬水沉沙，如淤培工程等。
（4）自流与扬水相结合。沉沙初期为自流沉沙运行，当自流沉沙的容积淤满后，可加高围堤、增设泵站，改为扬水沉沙运行。这种型式既延长了条渠的使用年限，又少占土地，颇有发展前景，如引黄济青渠首沉沙池设计。
4.混合形沉沙池
混合形沉沙池即平流式与竖流式相结合的一种型式，是对传统平流式沉沙池的重大改革。其特点是不仅有一供粗沙沉淀的平流区，而且还有一产生竖向水流并能有效地处理细沙的斜板区。在禹门口引黄工程中，山西省水科所对此进行了模型试验研究，结果表明与平流式沉沙池相比较，其长度可缩短50%，降低工程造价约45%。
5.涡管沉沙池
所谓涡管沉沙池，实际上是一段断面扩大了的梯形断面衬砌渠道。高含沙水流进入沉沙池以后，经过分选沉降，粗颗粒悬移质依次沉降下来，落到池底，然后经几道排沙涡管将泥沙排出。这种沉沙池将一般间歇式沉沙池的排沙设施改为几道排沙涡管，可以连续排沙运行，同时也可以节约排沙用水。经对新疆沙湾县金沟河渠首电站原型观测，该沉沙池运行正常，排沙效果良好，并且管理方便，属国内首创。在国外，涡管排沙也早有研究，巴歇尔（R.L.Parshall）早在1933年就首次提出了涡管排沙的方法，随后，诺万、孔斯曼、阿麦德（M.Ahmad）、罗宾逊（A.R.Robinsion）等人先后对涡管排沙进行了研究，并取得了一个定性认识：当涡管所在断面水深和流速满足弗劳德数为0.8时，涡管和水流方向夹角在45°附近为好。日本一些学者对适合于急流渠道（弗劳德数在3.46～9.42之间）的排沙涡管也进行了研究。
图2-5 平流-斜板沉沙池布置示意图
1—引水渠；2—进水闸；3—扩散段；4—平流段；5—斜板；6—横向集水槽；7—纵向汇流槽；8—清水渠；9—排沙闸；10—排沙渠；11—沉沙淤积区；12—配水区；13—集流区
6.斜板沉沙池
斜板沉沙池是由许多与水平面成一定倾角（一般60°左右）的斜板组成。按沉沙池中水流方向可分为三种：①上向流——水流自下向上流动；②平向流——水流沿水平向流动（如图2-5所示）；③下向流——水流自上向下流动。在斜板沉沙池运行过程中，泥沙颗粒将沉于斜板上，当泥沙颗粒累计到一定程度，便会自动下滑到池底，再由排沙系统排出池外。
7.湖泊式沉沙池
湖泊式沉沙池在当黄河下游引水量较大时，常需要足够容量的沉沙场所，工程技术人员设计了湖泊式沉沙池，其布置型式如图2-6所示。黄河下游使用过的这种沉沙池，其长度可达5～18km，宽0.4～3km。它要求能利用周围地形、场地和围堤，以便蓄水沉沙。其优点是施工快，投资少。沉沙效果可达40%～65%以上，出池泥沙粒径可小于0.03mm。
8.其他特殊类型沉沙池
图2-6 湖泊式沉沙池
在邢家渡引黄工程中，设计提出了一种刀把形的迂回式沉沙池。这种迂回式沉沙池在农田基本得到整治，沟、渠、路、林田网化的情况下，不失为一种较好的布置型式。经实际观测，该类型沉沙池沉沙效果良好。
此外，在雨水集流工程中，还出现一种集蓄雨水的水窖沉沙池。水窖将不透水或弱透水下垫面上所产生的暴雨径流汇集起来，并经过沉沙池将泥沙草屑拦截沉淀，将清水储存起来。西北农林科技大学的蒋定生等对水窖沉沙池的结构型式进行了试验研究，研究表明，迷宫式水窖沉沙池的沉沙效果最佳。另外，杨世伟等对雨水集流工程中的沉沙配套设施也进行过研究，提出迷宫式沉沙池的排沙效果优于单厢式沉沙池。
2.2.2 沉沙池运行类型
沉沙池按清淤方式，可分为水力冲洗式沉沙池、机械清淤沉沙池和不冲洗沉沙池等类型，其中水力冲洗由于冲洗方式不同，又可分为定期冲洗式沉沙池和连续冲洗式沉沙池两种，下面简要介绍这几种型式。
1.定期冲洗式沉沙池
这种沉沙池特点是沉沙与冲沙不同时进行。在定期冲洗沉沙池中，由于泥沙淤积，沉沙池的过水断面逐渐减小，流速增大，当有害泥沙不能沉淀而开始进入渠道时，则需停水冲沙。冲洗次数与所引河水的流量、含沙量、沉沙池的尺寸有关。一般每隔半个月或一个多月冲洗一次。在汛期，水流含沙量大，流量也大，冲洗次数可多一些；汛期以后，冲洗次数可减少；冬季往往不需要冲洗。如果没有冲洗条件（没有水头或冲洗流量）进行水力冲洗时，则可采用机械清淤。
2.连续冲洗式沉沙池
当要求连续不断供水时，也可采用连续冲洗式沉沙池。其特点是沉沙、冲沙及供水可同时进行。在冲沙时，沉沙池中水面不降低，照常供水，所以冲沙的水头较大。连续冲洗的沉沙池结构比较复杂，一般用于水流含沙量较多，泥沙粒径较粗且不允许停止供水的场合。
3.机械清淤沉沙池
机械清淤沉沙池适用于河流纵坡和两岸地面坡度比较平缓且河道与地面的高差比较小的平原地区。主要利用渠道附近大片洼地或盐碱地、荒地围堤沉沙，经过沉沙后的清水送至田间或供水处。
4.不冲洗沉沙池
不冲洗沉沙池在我国黄河下游和新疆地区使用较多。因黄河下游河床高于地面，两岸有很多洼地可用于沉沙，黄河引水有足够水头把含沙水流送至离岸边较远的沉沙池；新疆地区地势比较平坦，在农业灌溉用水中，因没有足够的水头来冲沙，所以也多使用不冲洗沉沙池。