水电水利工程沉沙池设计规范.doc
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1、P59备案号:J172000中 华 人 民 共 和 国 电 力 行 业 标 准P DL/T 51071999水电水利工程沉沙池设计规范Specifications on designing sand basinof hydropower and water conservancy projects主编单位:国家电力公司成都勘测设计研究院批准部门:中华人民共和国国家经济贸易委员会批准文号:国经贸电力2000764号20000224 发布 20000701 实施中华人民共和国国家经济贸易委员会 发布前 言本规范是按照原水利水电勘测设计技术标准体系规划,根据原能源部水利部水利水电规划设计总院(90)
2、 水设便字第61号文开展编制工作的。 沉沙池的设计涉及水文泥沙、水轮机和水泵、水力学及水工建筑物等多学科、多专业内容,且我国地域辽阔,各流域水沙状况差异较大,水电站与水利工程对沉沙池的要求也有很大的不同,故本规范通过大量调查研究、观测试验、专题研究、专家咨询等工作,反映了我国水电水利行业关于沉沙池设计、运行、观测方面的理论研究与实际应用成果。 本规范的附录A、附录B、附录C是标准的附录;附录D、附录E是提示的附录。 本规范的提出部门和归口单位为国家电力公司水电水利规划设计总院。 本规范的主编单位为国家电力公司成都勘测设计研究院,参编单位为水利部山西水利水电勘测设计研究院、水利部西北水利科学研究
3、所。 本规范主要起草人:胡克让、谭伟民、黎运B14B、曹鉴湘、李国梁、刘期勇、杨晋营、刘旭东、王仁龙。 本规范由国家电力公司水电水利规划设计总院负责解释。 目 次前言1 范围2 引用标准3 总则4 术语、符号5 设计资料6 沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准7 位置及类型选择8 布置9 主要尺寸确定10 结构设计11 运行设计12 泥沙原型观测设计附录A(标准的附录) 悬移质泥沙沉速计算附录B(标准的附录) 沉降计算方法附录C(标准的附录) 水电站沉沙池有压、无压排沙水力学计算附录D(提示的附录) 恢复饱和系数i的计算附录E(提示的附录) 水利工程定期冲洗式沉沙池冲洗计算 条文说明1 范 围本
4、规范规定了沉沙池设计的基本要求,适用于大中型水电水利工程中3级及3级以上用以处理悬移质泥沙的沉沙池建筑物的设计。2 引 用 标 准 下列标准所包含的条文,通过在本标准中引用而构成为本标准的条文。本标准出版时,所示版本均为有效。所有标准都会被修订,使用本标准的各方应探讨使用下列标准最新版本的可能性。 GB 5015992 河流悬移质泥沙测验规范SD303 88 水电站进水口设计规范3 总 则3.0.1 为统一水电水利工程引水建筑物中沉沙池设计的技术标准,特制定本规范。3.0.2 水电水利工程沉沙池的设置及设计,必须进行技术经济比较。3.0.3 沉沙池应进行运行设计,并应与枢纽工程的运行协调一致。
5、3.0.4 沉沙池建筑物的设计,应遵守有关的水工建筑物设计标准及规范。4 术 语、符 号4.1 术 语4.1.1 沉沙池sand basin 用以沉淀挟沙水流中颗粒大于设计沉降粒径的悬移质泥沙,降低水流中含沙量的建筑物。按用途,可分为水电站沉沙池和水利灌溉沉沙池。4.1.2 连续冲洗式沉沙池continuous scouring sand basin在连续供水的同时,将沉落的泥沙连续不断地冲排入下游河道的沉沙池。连续冲洗式沉沙池由上游连接段、工作段、下游连接段、排沙廊道系统等部分组成,如图4.1.2-14.1.2-2所示。图 4.1.2-1 单室连续冲洗式沉沙池(a) 多室式; (b) 单室式
6、图 4.1.2-2 连续冲洗式沉沙池池厢横断面4.1.3 定期冲洗式沉沙池intermittent scouring sand basin沉沙与冲洗交替进行的沉沙池,即沉沙池淤积到一定程度后,开启冲沙闸进行冲洗,以恢复沉沙池沉沙容积,如图4.1.3所示。(a) 平面图; (b) 1-1剖面图 4.1.3 定期冲洗式沉沙池布置图4.1.4 条渠沉沙池desilting channel利用天然洼地,形成长度较长的宽浅土渠沉沙地,淤满后可还耕或清淤后可重复利用,如图4.1.4-1图4.1.4-2所示。(a) 湖泊型;(b) 条带型;(c) 梭型图4.1.4-1 沉沙条渠平面型式1进水闸;2渠道;3沉
7、沙条渠;4节制闸图4.1.4-2 梭型沉沙条渠4.1.5 工作长度working length 沉沙池中用来沉积泥沙的工作段长度。4.1.6 工作宽度working width 沉沙池中用来沉积泥沙的工作段宽度。4.1.7 工作深度working depth 沉沙池正常水位以下至设计泥沙淤积高程之间的水深。4.1.8 工作流量working flow 对连续冲洗式沉沙池为引用流量与冲沙流量之和;对定期冲洗式中水电站沉沙池为引用流量,水利工程沉沙池为引用流量与池末底孔排沙流量之和。4.1.9 过机多年平均含沙量mean annual sediment concentration through
8、turbine 过机多年输沙量与过机多年引水量之比。4.1.10 粗粒径含沙量coarse sediment concentration 大于沉沙池设计最小沉降粒径的悬移质泥沙含沙量。 4.2 主 要 符 号Sp:过机多年平均含沙量; :过机多年平均粗粒径含沙量; Hr:水轮机额定水头; 1:大于某粒径级的沉降率; Lw:工作段长度;Hw:沉沙池工作段平均深度。5 设 计 资 料5.1 基 本 资 料5.1.1 设计应收集以下基本资料: 1) 地形、地质资料; 2) 工程所在河段实测悬移质含沙量、颗粒级配(包括分析方法) 及水温资料; 3) 水电站、泵站沉沙池,需收集悬移质泥沙矿物成分和硬度资
9、料; 4) 沉沙池冲排沙道出口为天然河道时,出口处天然河道的水位流量关系; 5) 沉沙池边墙临近天然河道时,该河段各级流量水面线; 6) 严寒地区河流冰情和气温资料; 7) 了解河流污物来源及其特性。5.1.2 根据需要,应收集以下相关专业资料: 1) 沉沙池引渠、输水道水位; 2) 设计引用流量; 3) 引渠及输水道水流挟沙力; 4) 水轮机、水泵过流部件耐磨性能、抗磨措施及水轮机大修间隔,水轮机工作水头及水泵单级扬程; 5) 灌溉渠系布置、灌区调节水库资料、灌区土壤粒径、灌溉效益及环境评价。5.2 入池含沙量及颗粒级配5.2.1 时段平均入池含沙量,应按取水枢纽引水期天然河道逐日平均含沙量
10、和逐日引水流量统计计算。时段平均入池含沙量按下式计算 (5.2.1-1) (5.2.1-2) 式中: S时段平均入池含沙量,kg/m3; Si天然河道日平均含沙量,kg/m3; Q天然河道日平均流量,m3/s; Qd设计引用流量,m3/s; Qi实际引用日平均流量,m3/s; T时段天数。5.2.2 根据沉沙池类型、供水特点和河流输沙特性,经分析论证,选用有代表性的入池悬移质泥沙含沙量和颗粒级配作为设计沉沙池的依据。6沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准6.1 水电站沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准6.1.1 设置沉沙池的初步判别条件:当过机多年平均含沙量Sp及过机多年平均粗粒径含沙量 与水轮
11、机额定水头 的交点均处于图6.1.1(a) 、(b) 的A区时,可不设置沉沙池;均处于图6.1.1(a) 、(b) 的C区时,宜设置沉沙池;均处于图6.1.1(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,可不设置沉沙池。图6.1.1 设置沉沙池的初步判别条件6.1.2 水电站沉沙池的设置,应在水轮机泥沙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、沉沙池的投资、泥沙特性、水轮机的耐磨水平、电站效益及运行检修要求等,进行技术经济比较后确定。6.1.3 沉沙池设计最小沉降粒径标准见表6.1.3。表 6.1.3 沉沙池
12、设计最小沉降粒径额定水头 m600300400100100设计最小沉降粒径 mm0.100.250.35注:表中600m300m水头段只限于水斗式水轮机。6.1.4 大于等于设计最小沉降粒径的泥沙沉降率,宜取为80%85%。6.2 水利工程沉沙池的设置条件及泥沙沉降设计标准6.2.1 自流灌溉引水含沙量和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。出池泥沙允许粒径不宜大于0.05mm。6.2.2 提水灌溉泵站的沉沙池设置,除满足6.2.1规定外,还应根据设计过泵多年平均汛期含
13、沙量,按图6.2.2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6.2.2 提水灌溉工程设置沉沙池的初步判别图7 位置及类型选择7.0.1 沉沙池的位置宜邻近首部取水枢纽进水口,当受地形条件限制或冲沙水头不能满足要求时,可沿引水道下移至适当的位置,亦可布置为地下式。布置沉沙池应合理利用地形、地质条件,避开不良地段,否则,应采取相应工程措施。7.0.2 水力冲洗式沉沙池应具有足够的冲沙水头及流量。若地形开阔,水电站和水利工程中的沉沙池宜选用定期冲洗式沉沙池;地形狭窄
14、,水电站沉沙池宜选用连续冲洗式沉沙池。7.0.3 山区、丘陵区且有足够冲洗水头的水利工程沉沙池,在对环境无不利影响条件下,宜选用多室定期冲洗式沉沙池;平原地势低洼地区的水利工程沉沙池,宜选用条渠沉沙池。7.0.4 当冲沙水头不足时,可采用机械清淤式沉沙池。采用机械清淤的沉沙池应有足够的堆沙场地,且不致对该地区环境和工程造成不利影响。8 布 置8.1 水电站沉沙池及水利工程定期冲洗沉沙池的布置8.1.1 沉沙池轴线宜与沉沙池进口前引渠的轴线重合,有夹角时,应采取措施保证进入沉沙池工作段水流的流速横向及竖向分布均匀。8.1.2 沉沙池上游连接段主要建筑物的设置应使水流均匀扩散至沉沙池工作段,其要求
15、如下: 1) 扩散段平面布置宜采用对称扩散型式,单侧扩散角不宜大于812。采用非对称扩散型式,两侧扩散角之和不宜大于1624。该段底板与工作段底板连接处不宜出现跌坎。 2) 配水墩应设置于扩散段内,其位置、尺寸及方向应通过水力学模型试验确定。 3) 定期冲洗式沉沙池应设进口闸。有污物来源的应在进口闸设拦污栅及清污设施。进口闸进水槛顶应与其上游底板齐平或略高,进口闸尺寸应满足闸门、启闭机、拦污栅及清污设施的布置和运行要求。 4) 进口闸后整流栅的排距、栅距应根据水力学模型试验确定。8.1.3 沉沙池工作段除满足沉沙要求外还应满足清淤排沙的要求。排沙道出口在汛期应不受河道常年洪水(重现期两年) 的
16、顶托。8.1.4 定期冲洗式沉沙池工作段的要求如下: 1) 定期冲洗式沉沙池工作段末端应设置冲沙闸。冲沙闸的闸门及启闭机械应满足闸门局部开启工况的要求。 2) 冲沙闸下游排沙道宜采用无压排沙形式,其纵坡不应缓于沉沙池工作段纵坡。排沙道出口应有抗冲、防淤措施并保证排沙通畅。 3) 水利工程定期冲洗式沉沙池,宜在工作段末端设置排沙孔,排沙孔的流量可取过池流量的5%8%。 4) 水利工程定期冲洗式沉沙池,应在工作段末端设置取水溢流堰,堰顶水深不宜大于0.1m0.2m。集水槽和输水道布置应满足溢流堰自由出流要求。8.1.5 连续冲洗式沉沙池工作段的要求如下: 1) 连续冲洗式沉沙池冲洗系统应由若干条支
17、廊道和主廊道组成。 2) 连续冲洗式沉沙池工作段池底可沿池宽方向做成若干倒梯形槽,槽壁坡角(与水平向夹角) 宜大于泥沙水下休止角。槽底板应布置进沙孔并与冲沙支廊道相通。 3) 连续冲洗式沉沙池冲洗系统支廊道应顺水流方向布置于池底进沙孔下。各条支廊道应分别汇入一条主廊道。沉沙池工作段内宜设置多个冲洗系统,前段冲洗系统的支廊道长度宜短于后段冲洗系统的支廊道长度。 4) 主、支廊道应具有良好的水力条件,并应采取抗磨措施。冲沙主廊道出口应有抗冲、防淤措施并保证排沙通畅。 5) 冲沙闸闸门及启闭机械,应满足闸门局部开启工况的要求。 6) 单室连续冲洗式沉沙池宜在沉沙池工作段末端设置事故冲沙闸。8.1.6
18、 水电站沉沙池宜在沉沙池工作段、引渠或输水道适当部位设置旁侧溢流堰,堰顶高程宜略高于沉沙池运行水位。溢流能力应根据水电站机组丢弃负荷和进水闸可能引入过多流量等因素确定。8.1.7 水电站沉沙池下游连接段宜采用逐渐收缩型式。当其下游为有压引水道时,该段水深应按SD30388第2.4.3条规定,满足有压进水口最小淹没深度要求,不得出现立轴旋涡和掺气现象。8.1.8 水电站定期冲洗式沉沙池下游连接段后输水道应设置出口闸。8.2 水利工程条渠沉沙池布置8.2.1 水利工程条渠沉沙池可根据地形条件布置为湖泊形、条带形或梭形;亦可根据地形和运用条件布置为以挖待沉、自流沉沙、扬水沉沙或分期实施的自流与扬水结
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