高含沙水泵站前池淤积形态及减淤研究

30年来宁夏依托黄河建设了诸多高扬程多梯级扬水工程,在干旱带发展了200多万亩的生态绿洲,为100多万人生产生活和脱贫致富提供了保障。然而黄河水高含沙量也给扬水工程正常运行带来诸如,前池泥沙淤积、水泵磨损、泵站装置效率下降、供水成本增加等突出的问题。本文通过对宁夏最有代表的红寺堡和固海扩溉扬水工程泵站前池泥沙淤积状况的量测,分析了实际工程中前池形式与泥沙淤积形态和规律,提出了多泥沙河流条件下,前池形式应优选紧缩性侧向进水或圆形进水。     

改善泵站前池运行工况的措施

针对泵站运行中前池存在水流紊乱以及泥沙淤积等主要工程问题，提出：根据水源水位变幅大小，合理选取扩散角和底坡是前池设计中的关键环节。介绍了聊城市泵站建设及改造中对不同情况采用的改善前池工作条件的工程措施。实践证明：在扩散型前池中建成倒坡池底；泵站若是侧向引水或部分机组运行，设置纵向导流墙；如果引水渠渠底与进水池池底高程相差较大且前池又较短。在池底斜坡上修建横坎。都是改善池中水流扩散和减少泥沙淤积的有效办法。     

高含沙水泵站前池扩散角试验与分析

泵站正向进水前池扩散角大小是影响正向进水前池水流流态及池长的主要因素,通过盐环定扬黄工程三泵站水工模型试验,观测正向进流前池不同水沙条件、不同工况下泵站进口流态、流速分布、前池的淤积形态。在前池进口扩散角20°、25°、30°、35°4种工况下,结果表现为:主流带流速值随着扩散角增加而增大;前池两侧淤积厚度大于中部,含沙量越大,前池淤积厚度越大;相同水沙条件、运行相同时间,扩散角越小淤积量越大;泵站前池前池扩散角25°和30°的布置较合理,水流、淤积等综合表现较好。     

泵站前池与进水池整流数值模拟

针对田山一级泵站采用闸门控制前池与进水池水位形成了闸下射流的引水特点,提出了改善前池与进水池水流流态的整流工程措施.采用雷诺时均N-S方程,结合标准k-ε湍流模型,对整流前后的前池与进水池水流流态进行了数值模拟,计算中不考虑泥沙对水流运动的影响.结果表明,采用非连续底坎、非连续挑流坎与压水板等3种整流措施相结合的方式后,前池与进水池的闸底射流长度明显变短,表面回流基本消失,断面流速分布趋于均匀,且前池与进水池底部及水泵进口附近的流速明显减小.现场试验也表明,在实施整流措施后,在两种运行工况下,泵站装置效率分别提高了1.82%和5.96%,机组振动幅度分别下降了21和52μm,且池内泥沙淤积基本消除.     

用蒙特卡罗方法计算泵站前池泥沙淤积

为获得较好的流态,泵站前池中常设有整流底坎、导流墩、隔墩,泵站前池内的水流泥沙运动是一种复杂的三维运动。用标准稳态k-ε双方程二阶紊流封闭模型模拟泵站前池三维流场,在全面分析紊流场中泥沙颗粒受力的基础上,建立模拟泥沙颗粒运动的随机游动模型,并用蒙特卡罗直接模拟方法,计算泵站前池的泥沙淤积。实例计算表明,方法能够得到较为合理的泥沙淤积分布形态,且计算直观、简便、灵活。     

基于欧拉固液两相流模型的泵站进水侧流场三维模拟

针对泵站过水建筑物中出现大量的泥沙淤积和不良流态,基于欧拉固液两相流模型对大型泵站进水侧流场进行三维CFD数值模拟.数值模拟结果表明,泵站原始的布置方案会引起低速区、漩涡以及回流等不良的进水流态,会导致在泵站前池出现泥沙淤积的现象.为了改善泵站进水流态和减少前池的泥沙淤积,对泵站分水堰形状进行修改并在引渠段加设整流底坎.数值模拟结果显示,通过对泵站原始布置方案的修改,消除了前池内的回流,漩涡的范围也有所减小,泥沙淤积的现象得到了较大的改善,水流中的泥沙体积分数平均减少了13％.     

深圳市东江水源工程取水口泥沙淤积分析及治理措施

深圳市东江水源工程运行9年来,取水口及进水隧洞、泵站前池有大量泥沙淤积,影响到工程的安全运行。采用实测资料分析与理论研究相结合的方法,初步研究了该工程泥沙淤积问题,并据此提出相应的治理措施。研究结果表明,取水河段河势变化和取水口工程不合理的布局是泥沙严重淤积的2大主要原因,通过稳定取水河段河势、取水口改造2大主要措施来减小进沙、保证安全取水是可行的,也是有效的。此外,加强取水口上下游河段地形的监测,开展河床演变分析和进行全动床物理模型试验,研究进水隧洞和泵站前池的泥沙淤积及运行规律,为今后研究河床及水沙条件变化下取水工程安全取水提供对策。     

泵站前池非连续挑流消能防沙技术措施

通过前池水力过流情况分析和改造前现场试验,发现前池流态紊乱导致了田山一级泵站机组的剧烈振动和颤振.提出了由非连续底坎、非连续挑流墩和两道压水板组成的非连续挑流消能防沙技术措施,并对改造后泵站的运行情况进行了现场试验.试验结果表明,采用技术措施改造后,前池、进水池流态和水泵进水条件得到了显著的改善,池中断面流速分布趋于均匀且断面紊动能量明显降低;测试机组单泵流量平均提高了0.14 m3/s,水泵效率平均提高了4.99%,泵站装置效率平均提高了3.88%;消除了泵体颤振,使水泵喇叭口振动标准由4.5级烈度降低到1.8级烈度;减缓了前池和进水池泥沙淤积,使试验前池和进水池清淤时间由改造前的运行800h延长至改造后的运行1 300 h,防沙效果良好.非连续挑流消能防沙措施为多泥沙河流泵站技术改造提供了一种简单有效的方法.     

改善泵站前池工作条件的技术措施

针对泵站前池运行中出现的水流紊乱和泥水淤积问题,指出在设计中要着重前池扩散角和氏纵坡,并采取适当的工程措施,以改善工程措施,以改善前池的工作条件     

多机组泵站正向进水阵列式隔板整流模拟及试验验证

针对多机组正向进水泵站前池内存在不良流态的问题,采用CFD与模型试验相结合的方法,对不同开机工况下的泵站前池流场进行了研究,提出一种利用阵列式隔板整流的措施,并评判了阵列式隔板整流的效果.计算结果表明：在4种不同开机工况下,前池内均存在大范围的回流与旋涡区,前池出口断面流速均匀度为38.42%～57.39%,水泵进水条件较差.为改善正向进水泵站前池的不良流态,提出一种利用阵列式隔板整流的措施.采用阵列式隔板整流后,前池内回流与旋涡区得到减小、转移,回流与旋涡区对主流的挤压明显减弱,前池出口断面流速均匀度提高到47.23%～63.17%,水泵进水条件得到显著改善.试验测量结果与数值计算结果基本吻合,数值模拟得到了试验的验证.研究成果可为多机组正向进水泵站的建设运行提供参考.     

粉喷桩对淤泥质粘土地基的加固处理

以辽宁省辽中县牛心坨供水厂为实例,介绍粉喷桩设计计算和施工技术参数及控制点.通过现场检测及工程成果表明,采用粉喷桩对地基加固处理后,建筑物无沉降、变形等现象,粉喷桩设计合理,效果显著.     

灌渠清淤机的试验研究

采用“轴向喂入、径向抛送”的原理研制而成新型悬挂式灌渠清淤机，实现了有护坡林木沟渠的机械化清淤．具有可进沟作业，不受沟渠护坡林木的影响，机动性好的优点，作业质量完全满足黄灌区排灌渠道清淤作业的质量要求。通过一次回归正交试验找出了影响土量分布范围的主次因素和最佳参数组合，为进一步研究清淤机理和机具提供了依据。     

基于滴灌的黄河水泥沙分离试验研究

针对农业滴灌中黄河水泥沙含量高的问题，根据黄河水泥沙的基本特征，应用旋流分离技术进行黄河水泥沙分离，并按照里特马(Rietema)关系式计算出旋流分离器的主要参数，根据布氏(Bredley)“平衡轨道理论”，验算了边界分离粒度dep。就黄河水泥沙含量、进口压力、底流口直径等要素对分离效果的影响，进行了实验研究。实验研究表明黄河水泥沙含量增加，溢流口浓度升高，澄清率降低，分离效果降低；进口压力的增大，溢流口浓度降低，底流口浓度增加，澄清率提高，分离效果提高；底流口直径减小，溢流口浓度稍有增加，底流口浓度急剧增加，澄清率略有降低，但有效分离量急剧下降，分离效果降低。     

泥沙对水泵性能参数的影响研究

通过介绍模拟试验及典型泵站实际检测的大量数据，分析了泥沙对水泵流量、吸上真空度、轴功率等的性能参数影响规律，探讨了泥沙对水泵性能影响的机理．指出了在多泥沙河流上建设泵站时，必须充分考虑泥沙对水泵性能参数的影响．     

含沙水滴灌条件下灌水器抗堵塞试验研究

对4种不同滴灌管(带)在含沙水滴灌条件下灌水器的出流量变化及淤积堵塞情况进行了田间试验研究。经过多次灌水试验,结果表明,4种滴灌管(带)灌水器出流量均随灌水次数的增加和距离毛管进水口长度的增加呈减小趋势,最后完全堵塞的灌水器均发生在毛管的末端;在相同水质和灌水压力下,大流量灌水器抗堵塞性能较好,即大流道灌水器的抗堵塞性能优于小流道灌水器;随着灌水次数的增加在滴灌管(带)的管腔内有细小泥沙淤积,小流量滴灌管(带)在70～80 m处泥沙淤积量骤然增加,大流量滴灌管(带)在80～90 m处骤然增加,管内泥沙的沉积大大增加了灌水器的堵塞几率,因此定期对滴灌带进行冲洗可以有效减小堵塞。     

淤地坝在流域水土保持措施中的贡献研究

淤地坝既能拦截泥沙、保持水土、又能淤地造田、增产粮食,在黄土高原地区已经有上百年的历史。研究淤地坝在流域水土保持措施中的贡献,已成为泥沙研究和水土保持研究的一项重要课题。本次研究以黄土高原典型流域马家沟为例,分析淤地坝在水土保持措施中的的贡献,研究结果表明：1990~2007年年均减沙量最大的是淤地坝,其次是梯田,依次为林地和草地。坝地的减沙量贡献率在1990~2000年为41.51%,在2001~2007年平均达到了46.58%。     

水库淤积物建材化利用研究

广东省水库淤积严重,造成了众多的危害,水库淤积防治势在必行。以广东省兴宁合水水库淤泥为主要原材料,以当地的炉渣、煤矸石、页岩为添加剂,进行制砖试验研究。研究表明,用水库淤泥单独制造烧结砖不能满足工艺技术和产品标准要求;利用水库淤泥为主要原料,掺加煤矸石、页岩或炉渣等物料,以调节水库淤泥中化学成分和矿物组成,调整水库淤泥的各项物理性能,能够生产出符合产品标准要求的烧结砖,强度等级可达到MU10以上,其中掺入页岩配比的强度最高。炉渣中含有大颗粒的石灰质颗粒,会造成烧结样品出现石灰爆裂,产业化中需要选择不含石灰质颗粒的炉渣作为外掺料。水库淤积物中的粗颗粒通过恰当处理,可以作为混凝土细骨料。     

碟式分离机在黄河水泥沙分离中的应用

针对西北地区黄河流域农业滴灌中黄河水泥沙含量高的问题,根据泥沙基本特征设计了适于黄河水泥沙分离的碟式分离机.通过3因素2次正交旋转回归试验设计,考察了转鼓转速、碟片间隙以及喷嘴直径对黄河水泥沙分离效率的影响,得出分离效率与影响因素的回归模型.通过方差分析和效应分析得出:喷嘴直径和转鼓转速对分离效率的影响极显著(P<0.01),碟片间隙对分离效率的影响显著(p<0.05).通过频数分析和水平优化表明:黄河水泥沙分离的最佳参数是喷嘴直径为1.4 mm,转鼓转速为3 600 r/min,碟片间隙为1.6mm.     

布置植物"柔性坝"河道冲淤计算及数值模拟

为了解决我国的河流泥沙灾害,尤其是新疆的防沙、治沙和水土流失问题,通过室内物理模型试验的初期成果,经过理论分析,在物理模型试验的基础上建立相应的数学模型,对沙棘植物"柔性坝"过流水动力学特性的几个方面进行了深入分析,并尝试推导了一些相应的公式.对植物坝前上游段推移质泥沙的输移特性进行了研究,在试验的基础上,运用一维水沙数学模型,进行了植物坝前壅水区内河床冲淤计算的数值模拟.结果表明,计算值与实测值吻合较好,具有一定的实用价值.利用沙棘植物"柔性坝"来治理泥沙、减少泥沙危害,是一种全新的泥沙治理理念.它将生物措施和流体力学原理相结合,并且充分利用了两者的优势.     

小流域淤地坝系规划中水文特征基本参数的确定研究

小流域坝系具有拦截泥沙、保持水土、改善生态环境,淤地造田、促进生产的重要作用,是小流域水土流失综合治理的有效措施。淤地坝系规划阶段水文计算的主要任务是计算设计暴雨量、设计洪水量和输沙量等重要特征参数。以某小流域坝系为例,对缺乏水文泥沙资料情况下,坝系规划中所依据的重要水文特征参数的确定作了系统分析和研究,为小流域淤地坝系的合理规划提供了科学依据。