1.3 沉沙池设置条件及泥沙沉降设计标准

沉沙池的设置与否，应根据工程任务、供水特点、河流泥沙特性、泥沙可能带来的危害程度等不同情况，经分析论证、经济比较后确定。沉沙池应沉淀泥沙的粒径，主要取决于引水的用途，我国水电站工程和水利灌溉工程泥沙沉降设计标准差别较大，另外对于喷微灌工程由于其特殊的过水流道形式，对水流所含泥沙的要求较高，其泥沙沉降标准也有别于其他灌溉工程，现就不同沉沙池应用范围，给出设置条件和泥沙沉降设计标准。

1.3.1 水电站工程沉沙池设置条件及泥沙沉降设计标准

1.设置条件

设置沉沙池的初步判别条件如图1-1所示，当过机多年平均含沙量S_p及过机多年平均粗粒径含沙量S′_p与水轮机额定水头H_r的交点均处于图1-1（a）、（b）的A区时，可不设置沉沙池；均处于图1-1（a）、（b）的C区时，宜设置沉沙池；均处于图1-1（a）、（b）的B区时，只有水轮机在水力、结构设计及过流部件材料选用方面均采用了可靠的抗磨措施时，才可不设置沉沙池。

《规范》规定：水电站沉沙池的设置，应在泥沙对水轮机磨损程度及磨损危害分析计算的基础上，考虑电站在系统中的作用、枢纽布置条件、沉沙池投资、泥沙特性、水轮机耐磨水平、电站效益及运行检修要求等，进行技术经济比较后选定。

2.泥沙沉降设计标准

沉沙池设计最小沉降粒径标准见表1-1，大于等于设计最小沉降粒径的泥沙沉降率，宜取为80%～85%。

陈星、龚振文等对沉沙池拦截标准进行了研究，认为水电站沉沙池以过泵泥沙粒径不超过0.03～0.05mm为宜，即该粒径泥沙的沉降率应在80%～85%以上。

图1-1 水电站工程沉沙池设置的初步判别条件

1.3.2 水利灌溉工程沉沙池设置条件及泥沙沉降设计标准

1.设置条件

自流灌溉引水含沙量、泥沙粒径超过输水渠道允许挟沙能力和对土壤改良不利时，宜设置沉沙池。沉沙池出池含沙量及泥沙允许粒径应根据灌排水渠道允许挟沙能力和灌区土壤改良要求，通过技术分析后确定。

提水灌溉泵站沉沙池设置，除了满足上述规定外，还应根据设计过泵多年平均汛期含沙量，按图1-2初步判别（图中A区可不设置沉沙池，C区宜设置沉沙池）并经进一步技术经济比较后确定。出池泥沙允许粒径不宜超过0.05mm，大于等于允许粒径的泥沙沉降率宜取为80%～85%。

图1-2 提水灌溉工程沉沙池设置的初步判别图

2.泥沙沉降设计标准

自流灌溉出池泥沙允许粒径不宜超过0.05mm；提水灌溉泵站沉沙池出池泥沙允许粒径不宜超过0.05mm；大于等于允许粒径的沉降率宜取为80%～85%；水利灌溉渠系上的沉沙池，要求出池泥沙粒径小于0.03～0.05mm；在我国黄河中下游灌溉渠系中，经过沉沙池沉淀后允许进入下游渠道的泥沙粒径一般应小于0.03～0.04mm。

除了对沉沙池出池泥沙粒径的要求以外，有时还要以出池水流的含沙量作为控制指标，具体泥沙处理指标见表1-2。

从表1-2看出，对城市、工业供水要求处理泥沙标准较高，对灌溉防淤、水泵防磨要求处理标准较低。我国黄河、海河及其他一些含沙量较高的河流，多年平均含沙量在5kg/m³以上，汛期平均含沙量在30kg/m³以上，使城市工农业供水受到较严重影响。黄河沿岸处理泥沙的措施是采用沉沙池，沉沙池类型有辐流式、平流式、斜板斜管式、斜板与平流组合式、湖泊式、条渠淤灌式等。据不完全统计，处理黄河泥沙的各类沉沙池约有29座，见表1-3。表中沉沙池运行年限最长已有40年，一般的运行10～30年，在泥沙处理方面取得了较好的经济效益。黄河中下游沉沙池运行统计表明：对于灌溉渠系上沉沙池，要求出池泥沙粒径小于0.03～0.05mm；对于有防治水轮机磨损要求的沉沙池，要求出池泥沙粒径一般不大于0.025mm；对于用于城市、工业供水的，要求的出池泥沙粒径一般不大于0.01mm。

1.3.3 喷微灌工程沉沙池设置条件及泥沙沉降设计标准

1.设置条件

喷微灌工程沉沙池设置与否应根据引用水源和泥沙含量，综合考虑后续泥沙处理设备（如过滤器等）的处理能力确定。对于引用多沙河流地表水进行喷微灌的工程，由于水中含有较多超过灌水器流道的有害粒径泥沙，一般宜设置沉沙池；对于引用井水等水源进行喷微灌的工程，由于含有较少超过灌水器流道的有害粒径泥沙，这些较少的有害泥沙一般可以由后续泥沙处理设备（如过滤器等）处理，既不会造成灌水器的堵塞，也不会加重后续泥沙处理设备的负担，可以考虑不设置沉沙池。

《规范》5.1.2规定：“灌溉水中有机物含量大于100ppm，或粒径大于500μm时，应使用沉沙池或旋流水沙分离器作初级处理。”喷微灌系统中，利用地表水作水源的系统很多，一般来说，水中泥沙含量大，尤其是灌溉季节通常为河流汛期，挟带泥沙多、粒径大，所以喷微灌工程都设有沉沙池。

2.用水水质要求

（1）喷微灌工程水质标准。喷微灌属农田水利灌溉范围，其水质须符合GB 5084—2005《农田灌溉水质标准》，还应满足《规范》2.2.5条中其他有关规定。因此通常情况下还需修建初级水质净化工程（包括拦污栅、拦污筛和沉沙池等）。

（2）喷微灌工程对水质要求。喷微灌工程对水质要求更严格，主要是由于流道若因物理因素（悬浮物）、生物因素（生物生长）、化学因素（化学沉淀）造成堵塞，轻者影响灌水的质量，重者可导致灌溉系统不能使用。

（3）水源工程布置。

1）以地表水为水源的工程布置。以地表水为水源时，取水点的位置是水源工程的决定因素，取水点到灌溉首部枢纽间的地形、地质条件也十分重要，直接影响到水源工程的布置形式和投资。图1-3是从取水点到进入首部枢纽水源工程布置示意图。

图1-3 以地表水为水源的工程布置示意图

从图中可以看出，线路①、②表示以明渠输水或有水库、池塘蓄水的工程布置，线路③、④、⑤是以压力管道输水的工程布置，这种布置前提是地形造成的落差能满足灌溉工作压力的要求，并且能妥善进行水质净化处理。

2）以地下水为水源的工程布置。图1-4是以地下水为水源的工程布置示意图。

图1-4 以地下水为水源的工程布置示意图

当水质较好时，如线路①所示，井水可直接输送给灌溉工程首部枢纽设备；当水质较差、含铁物质或粘粒较多时，如线路②所示，井水经沉沙池处理后，进入首部枢纽设施；当供水量需进行调节时，如线路③所示，经蓄水池调节，再为喷微灌工程所用。

3.泥沙沉降设计标准

对于喷微灌工程泥沙沉降设计，国内还没有统一的标准，一般应针对不同的产品进行抗堵塞试验，以确定使用该产品时泥沙的沉降设计标准。例如师卓人等对喷微灌工程泥沙净化标准进行了研究^［71］，并分别设定了标准。喷灌标准：进入喷嘴的以有机物为主的非溶解性沙粒直径小于或等于喷嘴直径的1/2；微灌标准：进入滴头或水道的沙粒直径小于或等于滴头或水道直径的1/8。

表1-4给出了新疆主要河流悬移质泥沙不同粒径含量百分数，从表中可以看出，粒径大于0.05mm者占泥沙含量总重量的30.6%～67.5%。因目前大田微灌所用灌水器的流道孔径一般为0.5～1.0mm，要求所选过滤器能将大于1/10流道直径的杂质拦截，即0.05～0.1mm。所以若将0.05mm作为沉沙池所需去除泥沙的设计标准粒径，就可以达到《规范》要求。