全沙排沙漏斗浑水流场特性及输沙规律

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摘要：本文通过全沙排沙漏斗三维流场的测试，分析了清、浑水流场流速分布特性和泥沙输移规律，揭示了因泥沙的存在使清、浑水流场流速分布产生了较大的差异和高效输沙的原因。

关键词：全沙排沙漏斗 浑水流场 泥沙 模型试验

1 前言

在多沙河流上引水所带来的泥沙问题一直是重要研究课题。通常采用沉沙池等设施对进入引水渠道的泥沙进行二次处理。由于沉沙池的截沙率很低，而排沙耗水率很高，一般为30%左右，甚至更高。而随着工农业生产的迅速发展，需水量不断增加，渠道的引水比不断提高，一般为70%，甚至更高，冲沙水量贫乏，人们不愿耗水冲沙，沉沙池很少使用或不用，造成池内泥沙的大量淤积，产生恶性循环，直至沉沙池报废，使引水渠道的泥沙危害更为突出。

全沙排沙漏斗是近年研究成功的泥沙二次处理的科研成果。它不但可以有效地处理推移质泥沙，而且可同时处理悬移质泥沙，与沉沙池相比，不但结构尺寸小，而且截沙率高，对于粒径大于0.5mm的推移质泥沙截沙达100%，粒径大于0.05mm的悬移质泥沙截沙率达90%以上，而平均排沙耗水率仅为3%，是一种高效排沙节水型的最先进的泥沙处理设施。不仅可广泛用于灌溉、发电、水产养殖、工业供水和人畜饮水，还可用于挖泥船排出的泥浆脱水等领域。

2 全沙排沙漏斗的基本结构及其工作原理

2.1 全沙排沙漏斗的基本结构

全沙排沙漏斗一般设于渠首后的引水渠道上，其基本结果如图1所示，主要由进水闸、进水涵洞、圆形漏斗室、水平悬板、调流墩、曲线形溢流堰、回水道、可调式排沙底孔和排沙廊道等结构组成。

2.2 全沙排沙漏斗的工作原理

全沙排沙漏斗之所以具有高效稳定的排沙节水性能，是由其结构型式所产生的水流特性决定的。

① 进水涵洞 ② 漏斗边墙 ③ 调流墩 ④ 溢流边墙⑤ 悬板 ⑥ 排沙底孔 ⑦ 排沙廊道 ⑧ 引水渠道

图1 排沙漏斗结构示意图

Sketch of the Sand Funnel structure

图9 2断面(Z=8cm)切向流速径向分布

Tangential velocity distribution along radial

in section-2(Z=8cm)

图10 2断面(Z=-1cm)切向流速径向分布

Tangential velocity distribution along radial

in section-2(Z=-1cm)

图11 1断面切向流速轴向分布

Tangential velocity distribution in vertical

in section-1

图12 6断面切向流速轴向分布

Tangential velocity distribution in vertical

in section-6

图13 2断面(Z=14cm)径向流速径向分布

Radial velocity distribution along radial direction

in section-2(Z=14cm)

图14 2断面(Z=-1cm)径向流速径向分布

Radial velocity distribution along radial direction

in section-2(Z=-1cm)