多沙水流泵站技術內(nèi)容介紹

內(nèi) 容 提 要

本書根據(jù)黃河上數(shù)十座泵站工程的規(guī)劃設計和運行管理等方面的調(diào)查

資料，針對多沙且流勢不穩(wěn)定河流上所建泵站存在的取水、淤積、污染、磨

蝕，以及與之有關的設備選擇問題進行了專門研究，這些成果可對類似新

建與待改建工程建設與管理提供參考。本書主要適用于多沙水流泵站的設

計、施工與管理人員，及其他研究人員。

目 錄

出版說明

前 言

第一章 概論

第一節(jié) 多沙河流上的泵站工程建設簡況

第二節(jié) 運行情況與問題

第三節(jié) 技術進展

第二章 泵站工程規(guī)劃

第一節(jié) 泵站有關設計參數(shù)的確定

第二節(jié) 中、高揚程泵站工程總體布置

第三節(jié) 緩坡地形的灌區(qū)泵站工程布置

第四節(jié) 梯級泵站工程布置

第三章 取水工程

第一節(jié) 多沙河流特性與取水問題

第二節(jié) 取水口位置選擇

第三節(jié) 取水工程布置形式

第四節(jié) 取水防淤防沙措施

第四章 進、出水建筑物

第一節(jié) 前池與進水池

第二節(jié) 出水管道

第三節(jié) 出水池

第五章 沉沙池及其應用

第一節(jié) 概述

第二節(jié) 大禹渡泵站平流式沉沙池的應用

第三節(jié) 湖泊式沉沙池的應用

第四節(jié) 條渠式沉沙池的應用

第五節(jié) 平流一斜板式沉沙池在禹門口提水工程的應用

第六章 清污設施

第一節(jié) 泵站取水口的草污問題

第二節(jié) 清污設備

第七章 水泵防磨抗磨措施及設備選擇

第一節(jié) 泥沙對水泵磨損

第二節(jié) 水泵磨損因素

第三節(jié) 防止水泵磨損的措施

第四節(jié) 水泵選擇問題

第五節(jié) 配套設備與備用裝機問題

第六節(jié) 抽水裝置設計工況的選用

參考文獻

2100433B

強水流常見于堤壩潰決過程中，具有強沖擊性、強沖刷性等特點。本項目擬通過水槽試驗，研究不同強水流條件對水流結構、推移質(zhì)輸沙率的影響；通過理論分析，定量表征泥沙顆粒碰撞的能量轉化，同時考慮水流的非恒定、非均勻性的影響，建立強水流作用下的推移質(zhì)輸沙率公式，該研究將揭示強水流輸沙的能量轉化過程、克服傳統(tǒng)推移質(zhì)輸沙率公式不適用于強水流條件的不足；在此基礎上，采用力學原理和兩相流的連續(xù)介質(zhì)理論相結合的方法，建立強水流作用下推移質(zhì)不平衡輸沙方程，該方程能充分反映強水流輸沙過程中固液混合體的特性，在機理上更加完善。此外，將研究成果引入到水沙數(shù)學模型中，對典型強水流作用下的推移質(zhì)輸移過程進行模擬研究。本項目的預期成果有助于完善和豐富推移質(zhì)輸移理論，也可為堤壩潰決中的防災減災提供技術支撐。

內(nèi)容簡介

根據(jù)水利部水利水電技術標準制定、修訂計劃，由水利部農(nóng)村水利司組織，對SD141-85《泵站技術改造通則》進行了修訂，修訂后更名為《泵站技術改造規(guī)程》?！侗谜炯夹g改造規(guī)程》主要包括以下內(nèi)容：——總則；——泵站主要參數(shù)指標的確定；——泵站技術改造可行性研究；——泵站改造技術；——改造泵站的驗收。

1）床沙底形系列

沉積物被搬運和沉積時沿底面非粘性沉積物與流體之間造成的幾何形態(tài)稱之為床沙形體（Bedformor Bed Configuration，簡稱底形）。它的大小和形狀、類型，取決于流動深度、動力強度、平均流速、流動粘度、液體密度、沉積顆粒大小、沉積物密度和重力加速度。其中最重要的是流動深度、流動強度、平均流速和顆粒大小。

侵蝕－改造水流流過非粘性顆粒組成的底床時，隨著流速的增加，產(chǎn)生從較粗沉積物中平行于水流的線性條紋直到各種底形的有規(guī)律系列。

①小型沙紋（Ripples）：這是一種小型底形，當清水以20cm/s左右的速度流動，并施剪切力于細

砂上方時，這種沙紋的波長為10～30cm，波高0.6～30cm；所有的沙紋都緩慢地向下游方向遷移。在粒度中值大于0.6mm（d50=1.25Φ）的沉積物中未發(fā)現(xiàn)過，主要形成于中細砂以下的粒徑。

②沙浪或沙波（Sand Waves）：有兩種形成方式：當流速為50cm/s時，由沙紋沉積物變來；當沉積物粒度粗于0.6mm時，由平坦床沙（Plane bed）沉積物變成。

通常沙浪有四種類型（右表）；其中A，B，C型沙浪的特點是產(chǎn)順剪切波接近休止角（30°）。A型和B型沙波能在淺水流（深度<0.5m）中形成，而C型沙波較大（長15m以上，高12m），且不在淺于4.7m的水流中形成。水流在越過A，B，C型沙波的頂點之后會發(fā)生分離。

在沙波脊界點和下游方向下一個沙波脊的界點之間有一個分離渦流帶。在分離渦流的底部，水流方向和主流相反，速度約為主流的三分之一到二分之一。若沉積是細砂且渦動回流的速度相當大，則回流也能形成交錯紋層傾向和主流相反的小型波紋（圖2）。

圖2中（a）沙浪從流面上的波紋向脊頂遷移，當砂順著陡的背流波塌落時，這些波紋就被破壞了。塌落面下游波谷中的波紋，逆水流方向遷移。這種回流波紋，被向下游遷移的沙浪坍塌面上落下來的砂粒所掩埋而得以保存?；亓鞑y的小型交錯層與沙浪的大型交錯層之結合是流水搬運細砂所特有的形態(tài)：它是由沙浪造成的水流分離作用形成的（據(jù)Boersma，1967）。

圖2中（b）水流在粗砂上形成沙浪時，在平行于水流方向的垂直平面中水和沉積物的示意剖面。在沙浪脊上面的水面下降；在沙浪脊之間的波谷上面，水面好像開了鍋似地上漲。像圖2中（a）中的那種小波紋不會在粗砂中形成（據(jù)Simons，Richardson和Nordin，Jr，1965）。

同時，大型沙波還使水面“波”第一組沙波的相位不同。當剪切速度較大時，出現(xiàn)D型沙波。它不與小型沙紋共生，向下游流動和水與D型沙浪的剖面上所有部分都保持連續(xù)的接觸；水流不發(fā)生分離現(xiàn)象（圖3）。

③平坦床沙（Plane bed or flat bed）：流速若再增大，“沖蝕”（Washed-out）的D型沙浪也消失了，沉積物—水的界面變?yōu)槠教沟?，沉積物不斷向下游快速流動，此時呈一系列平坦的席狀流動。

④同相位沉積物波（In—Phase sediment waves）：其特征主要受限于福勞德數(shù)，當Fr>0.84（接近于1）時，出現(xiàn)和水面波同相位的圓滑沉積物波（圖4）。在這些同相位波中，沉積物順流運移，但波形可以保持不動，也可向下游或向上游方向遷移。G．K．Gilbert稱向上游方向遷移的沉積波為“逆行沙丘”（Antidunes）。

圖4中（a）若水流越過波谷時的深度總是大于逆行沙丘脊的高度，則形成駐波型逆行沙丘。在逆行沙丘向流面上，水面上涌，但不發(fā)生破浪。

圖4中（b）若波谷中的水深小于逆行沙丘的高度，水波破碎，向上游方向反撞；水波越過逆行沙丘破碎帶時產(chǎn)生猛烈的湍動（據(jù)Simons，Rechardson和Nordin，Jr.，1965；Harms和Fahnestock，1965）。

2）流態(tài)或稱流動體制（Flow regime）

由于在水槽實驗中觀察到流水與非粘性顆粒的牽引搬運負載之間存在著一定的規(guī)律，因而人們提出了流態(tài)的概念。所謂流態(tài)是指：“水流、水與沉積物的界面形狀、沉積物的搬運方式、水流中能量消散過程以及水面形態(tài)和水一沉積物界面之間的相位關系總和”。通常有低流態(tài)與高流態(tài)之分，其間有一個過渡流態(tài)。

①低流態(tài)（Lower flow regime）：水和沉積物的界面處可以發(fā)育有：只有小型沙紋，沙紋與沙浪，沙浪和沙垅，或僅有沙浪。沉積物的搬運作用或能力較小，而且斷續(xù)進行（圖5）。搬運作用先是靠牽引毯狀層在沙紋或沙浪的向流面上向上運動，然后，靠顆粒在這些底形坡陡的背流面上發(fā)生重力塌落而形成。在沙浪的波谷中，在遷移方向與主流方向相反的回流沙紋上能夠發(fā)生某些反向搬運。某種程度上講，水流能量可以被沉積物顆粒的糙度和慣性阻力所消耗，但主要還是被沙紋和沙浪的形態(tài)阻力以及水流分離部位的回流旋渦所消耗。因而，沉積物沿流動方向具有一定的分選性，留在底形上的沉積物比沖到下游去的要粗。

②過渡階段：其特征底形是D形沙浪或沙波。沉積物趨于連續(xù)運動，但在D型沙浪的低傾角交錯層內(nèi)確實還有堆積；而沉積物不會沿D型沙波的背流坡坍落下來。水流中的能量被慣性阻力和運動顆粒的糙度所耗散。水流不再分離，水面：往往變平，并且與低而長的床沙形體無關。

③高流態(tài)（Upper flow regime）：水和沉積物的界面是平面或各種瞬息變化的起伏面，沉積物大量而不斷地被搬運著，卵石大約以平均水流速度一半的速度向下游運移。水流中的能量被顆粒的糙度和慣性阻力，逆行沙丘波的破碎以及沉積物波形的產(chǎn)生與消失所耗散；水面的起伏與被隆起的沉積物底形同相位。沒有順流分選，流到下游去的沉積物和組成底床的沉積物具有同樣的粒度分布（圖6）。

侵蝕一改造水流有選擇地搬運其底床物質(zhì)。分選機理和分選程度隨流速變化而變化。因此，沉積物在順水流方向上有規(guī)律地分選開來，其最終產(chǎn)物按主要作用、顆粒粒度以及它們在底床物質(zhì)中的豐