河水自压滴灌沉沙池工程设计要点

河水自压滴灌沉沙池工程设计要点摘要：在干旱缺水地区，大力发展河水自压滴灌是缓解农业灌溉用水紧缺矛盾的有效途径。影响河水自压滴灌发展的主要制约因素是洪水期大量悬移质泥沙对滴灌系统的堵塞。本文是在对不同形式沉沙池进行沉沙效果对比试验的基础上，提出了河水自压滴灌长梯形沉沙池工程的设计要点，为解决干旱缺水地区洪水期悬移质泥沙对滴灌系统的堵塞问题提供了设计依据。关键词：沉沙池设计；运用；节水；优化水质新疆大部分河流垂直等高线分布，河道纵坡一般在25%o-45%o，具有发展河水自压滴灌的地形条件，发展河水自压滴灌对进一步提高现有地表水资源利用效率、缓解干旱缺水矛盾、减轻地下水资源超采压力和抽水用电压力、降低生产成本、提高生产效率、促进有限水资源可持续利用和经济社会可持续发展具有十分重要意义。为了解决洪水期泥沙对滴灌系统的堵塞问题，我师从2003年开始在87团汇河地区牧区水利河水自压滴灌试点项目修建圆形漏斗沉沙池进行沉沙试验，2007年开始我们在88团北三支渠河水自压滴灌项目上利用渠道旁侧自然凹地修建了第一座长梯形沉沙池工程，2008年在87团哈拉吐鲁克河水自压滴灌项目修建了第二座长梯形沉沙池工程，全师已修建长梯形沉沙池工程6座。修建沉沙池工程的目的是对两种沉沙池的设计理论和沉沙效果进行对比试验，通过以上对比试验，得出以下结论；一、长梯形沉沙池比圆形漏斗沉沙池的沉沙效果要好，长梯形沉沙池能够将大于0.05哑颗粒的泥沙全部沉淀下来，圆形漏斗沉沙池只能沉淀粗颗粒泥沙和少部分悬移质泥沙，大部分悬移质泥沙仍会造成滴灌系统堵塞。二、长梯形沉沙池从进口到出口整个流程是缓流，有利于悬移质泥沙的沉淀，而圆形漏斗沉沙池从进口到出口整个流程是环流，不利于悬移质泥沙的沉淀。三、长梯形沉沙池水力学计算理论成熟，各项设计参数可以根据已建工程沉沙效果的监测资料进行优化修正，圆形漏斗沉沙池水力学计算和修正较困难。以上对比试验证明，长梯形沉沙池是解决洪水期悬移质泥沙造成滴灌系统堵塞问题的理想建筑物，只要设计合理，长梯形沉沙池的沉沙效果完全能够满足干旱缺水地区河水自压滴灌对水质的处理要求。为进一步做好河水自压滴灌沉沙池工程设计，根据我们对已建河水自压滴灌长梯形沉沙池工程的设计体会提出以下设计要点供参考。1、关于工程位置的选择一、 要紧靠现有引水干渠，以方便沉沙池进水和出水工程的布置。二、 要设在本条引水干渠上控制的所有自压滴灌系统首部工程的上游，以满足所有自压滴灌系统对悬移质泥沙的处理要求。三、 工程地基要稳定并无外来水补给，避免沉沙池工程建在填方、半挖半填、大孔隙土和重盐碱土地基上，防止地基不均匀下沉破坏和盐碱侵蚀破坏；避免因地下水或地表水对工程地基的补给而引发冻胀性破坏。四、应尽量使沉沙池能够自流排水排沙，避免机械进入沉沙池清除泥沙导致底板防渗层碾压或铲挖破坏，减少排水排沙费用，方便运行管理。2、 关于泥沙沉淀设计标准粒径的确定根据《微灌工程技术规范》（SL103-95）5.1.2（3）规定，沉沙池的主要功能是将洪水期大于0.05mm粒径的泥沙进行沉淀处理，使沉淀处理后的水质能够满足滴灌工程首部过滤器对泥沙处理能力的要求，为河水自压滴灌正常运行创造条件。因此，沉沙池的泥沙沉淀设计标准粒径是〉0.05mm。3、 关于设计参数的确定长梯形沉沙池工程的主要设计参数是流量、表面负荷率、水平流速、沉淀时间、池的长宽比和长深比等。这些参数直接关系到沉沙池的沉沙效果，应根据当地灌水要求和河道泥沙产流特征及水质的混浊程度综合分析确定。关于设计流量Q沉沙池设计流量应考虑灌区不同土壤和不同作物的灌水要求，田间工程设计应根据实际生产需要做到宜喷则喷、宜滴则滴。因此、沉沙池设计流量应按喷（滴）共用条件下的喷灌用水量来确定并用以下公式计算。Q=式中Q为设计流量，m3/h；Ea为喷灌设计耗水强度，哑/d；A1为设计灌溉面积，h^；为喷灌条件下灌溉水利用系数，等于从沉沙池到田间的输水利用系数1与喷洒水利用系数2的乘积；七为设计日灌水时间，h/d。关于表面负荷率VO表面负荷率是沉沙池单位面积的产水量，根据《微灌工程技术规范》一（SL103-95）5.1.2（3）规定，沉沙池的表面负荷率不宜大于10.8m/h，建议采用VO=0.9〜7.2m/h。关于水平流速V根据已建工程运行经验，沉沙池设计水平流速一般为36〜90m/h、建议采用V=36〜50m/h，流速过快影响沉沙效果。关于沉沙时间T沉沙时间根据洪水期水质含沙量多少来确定，当水质相当混浊悬移质泥沙较多时，沉沙时间应不低于3h,建议采用T=3〜4h。3.5.关于沉沙池深H、长宽比、长深比的确定池深H=设计泥沙沉淀厚度H1+有效水深H2+安全超高H3。一般情况下，H1=0.3〜0.5m,有效水深H2=2.5〜3.0m,安全超高H3=0.3〜0.5m,池深H=3.0〜4.0mo沉沙池的水面长度与水面宽度之比应大于4。沉沙池的水面长度与水深之比应大于10。4、关于沉沙池的水力计算在已确定表面负荷率V0(m/h)和设计流量Q(m3/h)两个参数后，就可以对长梯形沉沙池进行水力计算。沉沙池设计水面面积A2按下式计算A2=Q/V0式中A2为沉沙池的设计水面面积，廿。沉沙池设计水面长度L按下式计算L=1.2VT式中L为沉沙池设计水面长度，m；1.2为安全系数。沉沙池设计水面宽度B按下式计算B=A2/L式中B为沉砂池设计水面宽度，m。沉沙池有效水深H2按下式计算H2=QT/A2在具体工程设计时，沉沙池的设计尺寸应在水力计算的基础上，根据设计要求进行复核和调整，使沉沙池的流速、水面长度、沉沙时间、长宽比、长深比，这些关键参数要满足设计要求，以确保证沉沙效果。5、关于长梯形沉沙池工程的平面布置一、 要按窄长梯形等断面布置，使沉沙池的出口溢流堰远离进口溢流堰，使泥沙的沉淀路径和沉淀时间满足设计要求。二、 沉沙池进出口溢流堰平面布置，对沉沙效果影响较大，进口水流不均，将会造成池内水流折冲和流态紊乱，影响沉沙效果；出水不均，会造成沉沙池中泥沙上浮，影响出水水质。因此，进出口溢流堰的布置应充分考虑满足进出口水流均匀和池内流态稳定的要求，要对称均衡布置。三、 沉沙池的出口溢流堰应取沉淀后的表层清水，渠顶水深应控制在0.1m以内，因此，出口溢流堰宽度应比进口溢流堰略宽一些。四、 排沙闸位置要有利于提高沉沙池自流排沙效果，根据已建沉沙池的实际沉沙规律观察，大部分泥沙主要沉淀在沉沙池底板前端〜长度范围内，因此，排沙闸应设在沉沙池底板前端长左右的位置上，以提高自流排沙效果。6、要控制好三个高程一、 要控制好沉沙池进出口溢流堰的堰顶高程，沉沙池的进出口溢流堰渠顶