3.3 定期冲洗式沉沙池主要尺寸计算

3.3.1 工作段进口工作深度

沉沙运行开始时，工作段的泥沙淤积很少，进口淤积厚度接近于零，此时进口工作深度最大；随着沉沙运行时间延续，工作段泥沙的淤积厚度不断增大，进口工作深度也相应减小；沉沙运行末期，泥沙淤积厚度达到了设计最大值，进口工作深度则为最小工作深度。可见，沉沙池运行过程中，池底处于动床状态，工作段的工作深度是不断变化的，故定期冲洗式沉沙池工作段进口工作深度按下式计算：

式中：H_e为工作段进口工作深度；H为工作段进口工作深度；ΔH_a为沉沙池运行期允许淤沙厚度，初拟方案时ΔH_a可在H的25%～30%之间初选。

工作段进口水深H是一个重要的水力指标，应根据冲沙条件来确定，要满足冲洗时廊道出口不受下游常年洪水位顶托的要求。一般情况下，沉沙池邻江河一侧的河道设计洪水位及校核洪水位较高，若以此确定冲洗水头，标准较高，可能会增加沉沙池的投资。当出现设计及校核洪水时，可采取延长冲洗周期或者减小工作流量等措施，避开较大洪水期冲沙。对于常年洪水的标准，SL 269—2001给出的重现期为2年。当然，还得根据具体工程条件来确定。

图3-2 工作段进口水深确定示意图

设工作段进口水位与排沙道出口天然河道的设计水位差为ΔZ，工作段的长度为L_ω，排沙道长度为L₀。工作段纵坡为i′，排沙道纵坡为i₀，排沙道单宽冲沙流量为q_c，排沙道出口冲沙流速为v₀，由图3-2可看出，若满足冲洗时廊道出口不受下游常年洪水顶托的条件，需满足，则可得到

即进口水深必须满足的水力条件。

根据已建定期冲洗式沉沙池设计经验，进口水深不宜小于4m，以免影响沉沙池的泥沙沉降效果，但也不宜过大，池底高程过低，会影响沉沙池冲排沙。

3.3.2 工作段池底纵坡

沉沙池池底应有足够的纵坡，以满足冲沙要求。工作段池底纵坡应按沉沙池冲洗时的沿程冲洗阶段的冲沙流速确定。当沉沙池进入沿程冲洗阶段时，需要有足够的冲洗流速才能对池底淤沙形成冲刷并挟带出池，此时池内水流属于急流。根据水流形成急流的条件，沿程冲洗阶段的流速应大于或等于水流的临界流速，即

式中：Q_s为单池厢的冲沙流量，m³/s；q_s为池厢单宽冲沙流量，m³/（s·m）；b₀为单池厢净宽，m；θ为工作段池底坡角，（°）；h_c为沿程冲洗阶段的池厢水流临界水深，m；v_c为沿程冲洗阶段的池厢水流临界流速，m/s；R为水力半径，m；C为谢才系数，考虑淤沙的床面糙率较大，一般取n为0.0225～0.0275进行计算；i′为工作段纵坡；g为重力加速度，m/s²。

根据已建定期冲洗式沉沙池设计经验，工作段池底纵坡一般取0.015～0.02，沿程冲洗阶段的冲洗流速以不小于2.5m/s为宜。

此外，排沙道底坡应大于工作段底坡，以利于排沙。由于水利工程定期冲洗式沉沙池设有溢流堰区，该池段的纵向底坡宜大于工作段前段底坡，但应小于排沙道底坡。

3.3.3 池室工作宽度

工作宽度可按下式计算：

式中：B为工作宽度，m；Q为工作流量，m³/s；H_ω为工作段平均工作深度，m；v为平均流速，m/s。

初拟方案时，池内平均流速可在下列范围内选择：当沉降最小粒径为0.05～0.10mm时，其值可选0.05～0.15m/s；当沉降最小粒径为0.25mm时，其值可选0.25～0.55m/s；当沉降最小粒径为0.35mm时，其值可选0.40～0.80m/s。

实测资料表明，若水力冲洗式沉沙池宽深比过大，池内水流三度性明显，池底泥沙淤积易形成滩槽，沉沙效果明显降低。为此，SL 269—2001《水利水电工程沉沙池设计规范》规定，水电站沉沙池工作段宽深比不宜大于4.5，水利工程定期冲洗式沉沙池工作段各池室宽深比不宜大于3.5。表3-2为已建水利工程定期冲洗式沉沙池的平均流速、工作深度表。

3.3.4 池室分厢宽度

当池室的净宽不能满足定期冲洗要求时，可在池室内分隔成若干个池厢，池厢的净宽度是根据单宽冲沙流量来确定的。每个池厢的净宽度计算为：

式中：B_s为定期冲洗式沉沙池工作段单个池厢的净宽度，m；Q_s为单个池厢冲沙流量，m³/s；q_s为池厢单宽冲沙流量，m³/（s·m）。

已观测的水利工程定期冲洗式沉沙池池厢单宽冲沙流量如下：阳武河沉沙池为0.8m³/（s·m）；大禹渡沉沙池为0.5～0.75m³/（s·m）；禹门口沉沙池为0.83m³/（s·m）；博克拉沉沙池为0.37～0.55m³/（s·m）。

3.3.5 工作长度

参见3.2.3连续冲洗式沉沙池工作长度计算。