淺析格田淤區(qū)均勻沉沙的控制條件(1)

1、    淺析格田淤區(qū)均勻沉沙的控制條件(1)    本文對一些引黃放淤實際工程進(jìn)行了分析，論述了格田內(nèi)泥沙運(yùn)移沉積的特點與影響沉淤效果的因素。同時根據(jù)格田區(qū)內(nèi)水沙運(yùn)動特點和泥沙質(zhì)量守恒原理，探討了影響泥沙均勻落淤的格田流量、斷面尺寸和退水口水位的控制條件。 關(guān)鍵詞：格田區(qū) 均勻落淤 水流挾沙力 1 引言 黃河下游兩岸為了擴(kuò)大生產(chǎn)或進(jìn)行移民安置，都需對灘區(qū)內(nèi)或堤岸外的沙荒地進(jìn)行土壤改良。采取的工程措施主是利用黃河泥沙進(jìn)行放淤改土，并求淤改厚度、落淤泥沙顆粒級配相對均勻，以滿足農(nóng)作物生長需求。近年來大面積、大規(guī)模的放淤

2、改土工程正在開展，因此對淤區(qū)的沉沙規(guī)律進(jìn)行系統(tǒng)全面研究，使引入格田區(qū)的泥沙均勻淤積下來，這是放淤改土工程必須解決的關(guān)鍵技術(shù)問題。 2 格田內(nèi)泥沙運(yùn)移沉積機(jī)理研究 通過明渠或管道將渾水引入格田進(jìn)行沉沙淤土?xí)r，格田區(qū)的水流與泥沙運(yùn)動狀態(tài)影響淤積的范圍、組成和淤積厚度。格田區(qū)內(nèi)挾沙水流可視為恒定非均勻漸變流，而泥沙的超飽和輸移沉積特點與格田內(nèi)的水流狀態(tài)密切關(guān)聯(lián)。根據(jù)開封北郊和溫孟灘實際淤改資料的分析研究，得到如下認(rèn)識。 2.1 格田內(nèi)泥沙沉積特點 格田區(qū)水流屬邊界變化很大的動床水流，進(jìn)入格田后便呈扇形擴(kuò)散，形成自由水流降水區(qū)；而下游則形成受退水口溢流堰控制的壅水區(qū)。 (1)初期扇形擴(kuò)散區(qū)的沉積特點

3、水流進(jìn)入格田后首先在進(jìn)口附近平面擴(kuò)散漫流，床面阻力增大使流速減緩，于是水流中的粗顆粒泥沙先行沉積，剩余較細(xì)顆粒泥沙則隨水流向下輸移，隨水流流速減緩程度沿程分級沉降。 (2)中期壅水區(qū)的沉積特點 格田區(qū)內(nèi)泥沙的沉積推進(jìn)發(fā)展到后部壅水區(qū)段時，由于流速進(jìn)一步減緩，水流挾沙力下降，泥沙迅速落淤，形成一個不斷向下游延伸的扇形淤積體。 在自由水流段，主流帶床面淤積較多時，水流便向兩側(cè)灘地漫溢發(fā)展。漫溢水流在灘面上沖蝕成許多小串溝，隨著淤積過程的發(fā)展，這些串溝有的被淤塞，有的則繼續(xù)發(fā)育。當(dāng)主流帶床面比降減小到一定程度后，主流便改道，奪入處于最低灘面發(fā)展最快的串溝。在主流擺動過程中，粗泥沙總在主流溝內(nèi)沉積，同

4、時泥沙的分選沉積使灘面淤積層具有粗細(xì)交替夾層的特征。 自由段水流在擺動改道后，床面變陡，水流則聚攏、集中。該段挾沙能力的增大又使水流能將所挾泥沙帶到下部壅水段才沉積，形成新的扇形堆積體；而泥沙向下游的伸展淤積又將重新引發(fā)向上游的“回淤”。回淤發(fā)展到一定程度，主流又會發(fā)生擺動改道，把扇形淤積體移到新位置。通過主流不斷擺動改道，格田區(qū)內(nèi)的泥沙淤積便在縱橫向不斷延展、加厚，這就是格田內(nèi)泥沙輸移、沉積的基本特征。 2.2 格田尾水位對泥沙沉淤的影響 退水口的水位控制著格田區(qū)水面比降，它不但決定水流自由段與壅水段的范圍，同時也影響格田泥沙沉積的狀況。通過對格田進(jìn)流量給定時的實際觀測分析表明，格田尾水位控

5、制較高時，壅水區(qū)段較長，泥沙淤積多集中在上游，上、下游淤積不均勻一致；當(dāng)格田尾水位控制較低時，淤積體向下游推進(jìn)迅速，這造成退水中仍有一定泥沙，由于水面比降大又引起上游“回淤”不足，淤積厚度往往難以達(dá)到求。當(dāng)下游退水口出現(xiàn)渾水時，適當(dāng)抬高格田尾水位便可使挾沙水流上溯“回淤”。因此想格田落淤均勻并達(dá)到設(shè)計求，格田放淤控制的關(guān)鍵措施之一就是必須使格田尾水位在一個適宜的范圍內(nèi)不斷調(diào)整。     3 泥沙均勻落淤控制條件的探討 在格田中控制泥沙均勻落淤，是提高淤改質(zhì)量的關(guān)鍵。這里筆者試圖從基本理論方面探討沉沙池均勻落淤的控制條件，并將其轉(zhuǎn)化為格田沉沙池進(jìn)出口的控制

6、條件。設(shè)格田沉沙池的寬度為B，長度為L，見圖1。另設(shè)沉沙池進(jìn)退水口門附近的水流擴(kuò)散和收縮區(qū)長度L1，L2都很短，可忽略不計。在沉沙池中水深h、泥沙沉速都是沿流程x變化的,如圖1所示。沉沙池中任一斷面的水深可表示為         圖1 格田區(qū)平面與立面示意圖    h=h0 ix=h(x)    (1)式中h0為進(jìn)水口門處的水深；x為該斷面距口門長度；為水面坡度修正系數(shù)；i為沉沙池底坡。在沉沙池中，泥沙沉速可采用滯流區(qū)公式 &

7、#160;  =（1/E）ag（d2 /）    (2)式中 E為系數(shù)，一般取1824；a為泥沙浮容重系數(shù)；d為懸沙平均粒徑；為水流運(yùn)動粘滯系數(shù)。根據(jù)沉沙池中泥沙的沉積特點，粒徑沿程的變化規(guī)律一般可用兩種形式表示    指數(shù)衰減規(guī)律    d=die-kx    (3)    k=(1/L)ln(di/d0)    (4) &#

8、160;  線性衰減規(guī)律            摘本文對一些引黃放淤實際工程進(jìn)行了分析，論述了格田內(nèi)泥沙運(yùn)移沉積的特點與影響沉淤效果的因素。同時根         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。  

9、60; d=di-(di-d0)/Lx    (5)式中d、di 、d0分別為沉沙池中任一斷面、進(jìn)口斷面和出口斷面的懸沙平均粒徑。在引黃放淤工程的水力計算中，水流挾沙力應(yīng)采用適于黃河干、支流的公式，如    S* =(KQ3/gB)(1/h)    (6)在沉沙池中，水深、泥沙沉速的沿程變化率可表示成        (7) 若泥沙粒徑采用線性衰減規(guī)律   &

10、#160;    (8)考慮(7)、(8)兩式，則沉沙池中水流挾沙力的沿程變化率可以導(dǎo)出        (9)式中iL為沉沙池進(jìn)出口斷面的池底高差，可計為Z=iL。由泥沙質(zhì)量守恒原理可以推得沉沙池中含沙量的沿程變化率為        (10)式中dZ0為淤積厚度，dt為所取微分時段；x為微分流段長度，s為進(jìn)出流段的泥沙含沙量差。    在格田沉沙池中，泥沙沿

11、程均勻落淤應(yīng)滿足，于是便有        (11)設(shè)沉沙池的橫截面積為ABh，設(shè)計淤積厚度為Z0，淤積時間為T，便可推得滿足泥沙沿程均勻落淤的流量控制條件        (12)對于給定設(shè)計沉沙池，上式右端括號中第一個分式中各因子均為給定值。在恒定流條件下流量沿程不變，因而求右端括號內(nèi)第二個分式亦應(yīng)沿程不變，這就還必須滿足        (13)在涉及沉沙池

12、橫截面積沿程變化時，相對的沿程變化率很小，而Z僅是由設(shè)計沉沙池地形條件所決定。上式求導(dǎo)后忽略微小量便有    進(jìn)一步整理可得4.5B2h(di -d0)-3.5dZ = 2(di-d0)A    于是，沉沙池中的平均水深應(yīng)滿足     h=2.25(dZ)/(di-d0)     (14)上式就是滿足沉沙池沿程均勻落淤的格田水深控制條件。大量的實際淤區(qū)觀測資料也表明，在沉沙池平面尺寸及地形條件已定時，格田流量和水深是控制泥沙沿程均勻落淤

13、的決定性條件。將流量和水深兩個控制條件結(jié)合起來，便得到流量形式的綜合控制條件        (15)通常格田沉沙池退水口門都做成可調(diào)控水位的溢流堰，根據(jù)堰流公式        (16)式中 m為堰流流量系數(shù)，b為單孔堰寬，H0為堰頂全水頭，n為退水口門個數(shù)。由(15)和(16)式便能確定滿足泥沙沿程均勻落淤求的退水口溢流堰的堰頂水頭        (17)由

14、簡單的幾何關(guān)系，也可得出格田末端溢流堰的堰高            摘本文對一些引黃放淤實際工程進(jìn)行了分析，論述了格田內(nèi)泥沙運(yùn)移沉積的特點與影響沉淤效果的因素。同時根         本篇論文是由3COME文檔頻道的網(wǎng)友為您在網(wǎng)絡(luò)上收集整理餅投稿至本站的，論文版權(quán)屬原作者，請不用于商業(yè)用途或者抄襲，僅供參考學(xué)習(xí)之用，否者后果自負(fù)，如果此文侵犯您的合法權(quán)益，請聯(lián)系我們。  

15、60; h=H0 P=h0 iL    (18)則     P=h0 iL-H0            (19)    4 結(jié)語1.通過對格田淤區(qū)泥沙沉積特點及過程實際觀測資料的整理分析與細(xì)致研究，可以得知格田區(qū)主流的擺動引起落淤與回淤交替進(jìn)行，使格田床面淤積逐步向下游推移，落淤與回淤的交替進(jìn)行是格田沉沙的主形式。由于格田尾水位直接影響泥沙的縱向落

16、淤分布，因此控制格田均勻沉淤的關(guān)鍵之一就是選擇最優(yōu)格田尾水位。2.通過對格田區(qū)水流挾沙、沉積規(guī)律的理論研究，認(rèn)識到對于給定平面尺寸、坡降的沉沙池，滿足沿程均勻落淤的求，可以通過控制進(jìn)口流量、池中水深以及尾水堰的堰高、堰頂水頭來實現(xiàn)。當(dāng)然入池泥沙級配以及出池泥沙控制粒徑d0也是不可忽視的影響因素。根據(jù)黃河高含沙水流特點得到滿足格田區(qū)沿程均勻落淤的三個控制條件是    1) 流量控制        2) 格田區(qū)水深控制    h=2.25(

17、dZ)/(di-d0)             3) 格田區(qū)尾水位控制        尾門堰頂水頭        尾門堰堰高    3.在黃河放淤改土的淤灘工程實踐中多采用100×250m的格田，含沙量控制在20100kg/m3左右。通常采用動靜放淤相結(jié)合，利用多口進(jìn)水方式、按均勻沉沙條件進(jìn)行控制，取得了大面積淤改的成功。引黃放淤工程是一個復(fù)雜的系統(tǒng)工程，既涉及水沙輸送、泥沙沉積的理論計算問題；又大量涉及泥漿輸送機(jī)械，格田區(qū)施工布置及