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水利常用专业计算公式一、枢纽建筑物计算1、进水闸进水流量计算：Q=B0δεm（2gH03）1/2式中：m —堰流流量系数ε—堰流侧收缩系数2、明渠恒定均匀流的基本公式如下：流速公式：u＝RiC流量公式Q＝Au＝A RiC流量模数K＝A RC式中：C—谢才系数，对于平方摩阻区宜按曼宁公式确定，即C ＝6/1n 1RR —水力半径（m ）；i —渠道纵坡；A —过水断面面积（m 2）；n —曼宁粗糙系数，其值按SL 18确定。
3、水电站引水渠道中的水流为缓流。
水面线以a1型壅水曲线和b1型落水曲线最为常见。
求解明渠恒定缓变流水面曲线，宜采用逐段试算法，对棱柱体和非棱柱渠道均可应用。
逐段试算法的基本公式为△x=f21112222i -i 2g v a h 2g v a h ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+ 式中：△x ——流段长度（m ）；g ——重力加速度（m/s ²）；h 1、h 2——分别为流段上游和下游断面的水深（m ）；v 1、v 2——分别为流段上游和下游断面的平均流速（m/s ）；a 1、a 2——分别为流段上游和下游断面的动能修正系数；f i ——流段的平均水里坡降，一般可采用⎪⎭⎫ ⎝⎛+=-2f 1f -f i i 21i 或⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=∆=3/4222224/312121f f v n R v n 21x h i R 式中：h f ——△x 段的水头损失（m ）； n 1、n 2——分别为上、下游断面的曼宁粗糙系数，当壁面条件相同时，则n 1=n 2=n ； R 1、R 2——分别为上、下游断面的水力半径（m ）；A 1、A 2——分别为上、下游断面的过水断面面积（㎡）；4、各项水头损失的计算如下：（1）沿程水头损失的计算公式为⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+∆=3/4222223/412121f v n v n 2x h R R （2）渐变段的水头损失，当断面渐缩变化时，水头损失计算公式为：L f 2122c f c i g 2v g 2v f h h h -+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=+=ω 5、前池虹吸式进水口的设计公式（1）吼道断面的宽高比：b 0/h 0=1.5—2.5；（2）吼道中心半径与吼道高之比：r 0/h 0=1.5—2.5；（3）进口断面面积与吼道断面面积之比：A 1/A 0=2—2.5；（4）吼道断面面积与压力管道面积之比：A 0/A M =1—1.65；（5）吼道断面底部高程（b 点）在前池正常水位以上的超高值：△z=0.1m —0.2m ；（6）进口断面河吼道断面间的水平距离与其高度之比：l/P=0.7—0.9；6、最大负压值出现在吼道断面定点a 处，a 点的最大负压值按下式确定：γανp *w 20a h g 2h h -+++Z +∆Z =∑、B式中：Z —前池内正常水位与最低水位之间的高差（m ）；h 0—吼道断面高度（m ）；∑w h —从进水口断面至吼道断面间的水头损失（m ）； γ/p *—因法向加速度所产生的附加压强水头（m ）。
摘要：水利工程定期冲洗沉沙池，一般为双室或多室交替运行，当其中某池室的沉沙容积淤满，出池含沙量达不到设计标准时，应停止该室沉沙运行，及时冲洗。
泄空冲洗是定期冲洗式沉沙池的一种特殊冲洗方式。
一般情况下，沉沙池停止淤积运行之初，池内尚存有一定数量的水体，如及时开启冲沙闸泄空，可利用这部分水体挟带池内尚未充分浓缩固结的泥沙出池。
大禹渡等沉沙池泄空冲洗原型观测和模型试验排沙效果表明，沉沙池泄空冲洗不仅冲洗效果好，而且可节省冲洗水量。
验证结果表明，由水沙平衡条件给出的式(5)和式(6)分别用于计算与本文类似条件的沉沙池泄空冲洗排沙量及冲洗历时是合理的。
泄空冲洗计算关键是合理选择平均排沙含量Scp及可泄空排出的淤积泥沙干密度γ′s。
关键词：沉沙池定期冲洗泄空冲洗原型观测模型试验1 问题的提出水利工程定期冲洗式沉沙池，一般为双室或多室交替运行，当其中某池室的沉沙容积淤满，出池含沙量达不到设计标准时，应停止该池室的沉沙运行，及时冲洗，并同时启用已冲洗完的另一池室运行。
沉沙池工作段的冲洗具有冲洗历时长，耗水量大的特点。
处理高含沙量水流的双室或多室沉沙池，其单室冲洗历时必须小于沉沙运行历时，才能满足正常供水要求。
所以，冲洗效率直接关系到沉沙池的布置，以及引渠设计流量。
当沉沙池为泵站供水时，由于冲洗效率受冲洗流量制约，冲洗流量又影响到泵站装机容量、机组选型和布置，以及耗水费用等。
在处理高含沙量水流的沉沙池设计中，上述问题十分突出，故研究冲洗效率是工程设计中的一个现实问题。
泄空冲洗是水利工程定期冲洗式沉沙池的一种特殊冲洗方式。
一般情况下，沉沙池停止淤积运行之初，池内尚存有一定数量的水体，如及时开启冲沙闸泄空，可利用这部分水体挟带池内尚未充分浓缩固结的泥沙出池，此过程称之为沉沙池泄空冲洗。
大禹渡、阳武河、禹门口等沉沙池泄空冲洗原型观测和模型试验排沙效果证明，沉沙池泄空冲洗不仅冲洗效果好，而且可节省一定的冲洗水量。
当前已有一些关于水库泄空排沙的研究成果，但对水利工程定期冲洗式沉沙池的泄空冲洗尚缺研究。
排泥量、反冲洗水量公式推导一单组沉淀池排泥量公式推导1原理单组排泥水量=排泥过程反应池水位下降水量+排泥过程沉淀池水位下降水量+排泥过程单组原水进水量2步骤a 反应池出水口底板距池顶距离为1.06m，运行时反应池水位液面距池顶距离0.68m。
所以可以通过查<反应池高度—容积对应表>来求出排泥过程反应池水位下降水量。
V0.68= 247.342 m3 V1.06= 220.255 m3设排泥过程反应池水位下降水量为Q1，则Q1= V0.68- V1.06= 247.342 - 220.255 = 27.087 (m3)b 沉淀池斜管顶端到集水槽孔中间的平均距离为1.14m，沉淀池长14.05m，宽7m。
设排泥过程沉淀池水位下降水量为Q2，则Q2= 14.05×7×1.14 = 112.119 (m3)c 设排泥过程单组原水进水量为Q3，单组原水流量为Q4，排泥过程沉淀池水位液面降至斜管顶端处所用排泥时间为T，则Q3= Q4* Td 设沉淀池单组排泥水量为Q,则Q = Q1+ Q2+ Q3= 27.087 + 112.119 + Q4* T即Q = 139.206 + Q4* TQ为单组沉淀池一次排泥水量，单位m3；Q4为排泥过程单组原水流量，单位m3/h；T为排泥过程沉淀池水位液面降至斜管顶端处所用排泥时间，单位h。
注明：本公式适用于排泥过程沉淀池水位液面降至斜管顶端处时的水量计算。
二单格虹吸滤池反冲洗用水量公式推导1原理单格滤池反冲洗用水量=单格滤池反冲洗过程池内减少水量+滤池反冲洗过程清水廊道减少水量+单格滤池反冲洗过程其它滤池产水量之和2步骤a 每格滤池长4.2m，宽3.95m,洗砂集水槽顶距池顶往下0.15m处的距离为2.865m，排水集水槽长4.2m，宽0.75m，反冲洗时排水集水槽水位液面距洗砂集水槽顶的距离为0.955m。
设单格滤池反冲洗过程池内减少水量为Q1，则Q1= 4.2×3.95×2.865 + 4.2×0.75×0.955= 47.53 + 3.01 = 50.54 (m3)b 虹吸滤池清水廊道分为两部分，第一部分长26.45m，宽1.1m，第二部分长5.2m，宽0.6m。
关于沉沙池结构型式的选取方法分析选取何种类型的沉沙池结构，决定着沉沙池的实际应用效果。
沉沙池结构型式的设计有多种，包含了直线型、曲线形、斜板式、续冲洗式、定期冲洗式沉沙池等多种形式。
在本文中以实际工程案例为研究对象，对沉沙池结构型式的选取方法进行深入研究。
希望相关的研究能够促进沉沙池结构研究。
标签：沉沙池；结构型式；选取方法；分析1.沉沙池结构型式与特点、设计分析沉沙池结构型式主要分为几下几种：直线形沉沙池、曲线形沉沙池、沉沙条渠、旋流式、斜板式沉沙池等。
这些沉沙池的实际分类主要是按照其实际的平面形态来划分。
沉沙池在实际应用中根据其冲沙方式的差别化，可以直接将以上类型的沉沙池分为连续冲洗性沉沙池和定期冲洗式沉沙池。
1.1 直线沉沙池直线沉沙池在实际应用中可以分为四种类型，分别为单室、单室带侧渠、双室、多室四种。
单室沉沙池的特点是在进行冲洗环节中，可以通过侧渠来进行引水，在沉沙池出现临时故障时并且不会导致其中间出现断水的情况下，可以临时引水，但其中的实际含沙量却比较大，此情况下只作为临时运用。
冬季引水可从侧渠引水。
如果水量超过了15-20m3/s时，就需要采用多室沉沙池。
多室沉沙池的每室过流量，可以按照每室平分总量来考虑，其余各室通过全部流量。
多室沉沙室不仅还可以进行连续性的供水，并且冲沙时所需要的流量比较小。
1.2 曲线形沉沙池当河流水流比较急的情况下，其实际的推移质比较多，那么在进行人工取水的环节中，会受到水流的影响。
因此，面对这样的情况可以采用曲线沉沙池对引水进口的推移质沙泥进行二级排沙处理。
对曲线形的沉沙池结构形式进行研究，在渠线平面为具有90°转弯的弯曲状的渠段。
在实际应中可以借助弯道水流的横向环流原理，借用冲沙设施将泥沙逐渐的排出来。
该种曲线的沉沙池与传统直线形的沉沙池相比，具有较为明显的优越性，虽然其实际结构比较简单，但是在施工中比较便利，避免推移质进入到引水渠中。
在该种类型的沉沙池结构中，其数值比较大，在山区、谷口河段中应用较多。
水利工程定期冲洗式沉沙池泄空冲洗计算摘要：水利工程定期冲洗沉沙池，一般为双室或多室交替运行，当其中某池室的沉沙容积淤满，出池含沙量达不到设计标准时，应停止该室沉沙运行，及时冲洗。
泄空冲洗是定期冲洗式沉沙池的一种特殊冲洗方式。
一般情况下，沉沙池停止淤积运行之初，池内尚存有一定数量的水体，如及时开启冲沙闸泄空，可利用这部分水体挟带池内尚未充分浓缩固结的泥沙出池。
大禹渡等沉沙池泄空冲洗原型观测和模型试验排沙效果表明，沉沙池泄空冲洗不仅冲洗效果好，而且可节省冲洗水量。
验证结果表明，由水沙平衡条件给出的式(5)和式(6)分别用于计算与本文类似条件的沉沙池泄空冲洗排沙量及冲洗历时是合理的。
泄空冲洗计算关键是合理选择平均排沙含量Scp及可泄空排出的淤积泥沙干密度γ′s。
关键词：沉沙池定期冲洗泄空冲洗原型观测模型试验 1 问题的提出水利工程定期冲洗式沉沙池，一般为双室或多室交替运行，当其中某池室的沉沙容积淤满，出池含沙量达不到设计标准时，应停止该池室的沉沙运行，及时冲洗，并同时启用已冲洗完的另一池室运行。
沉沙池工作段的冲洗具有冲洗历时长，耗水量大的特点。
处理高含沙量水流的双室或多室沉沙池，其单室冲洗历时必须小于沉沙运行历时，才能满足正常供水要求。
所以，冲洗效率直接关系到沉沙池的布置，以及引渠设计流量。
当沉沙池为泵站供水时，由于冲洗效率受冲洗流量制约，冲洗流量又影响到泵站装机容量、机组选型和布置，以及耗水费用等。
在处理高含沙量水流的沉沙池设计中，上述问题十分突出，故研究冲洗效率是工程设计中的一个现实问题。
泄空冲洗是水利工程定期冲洗式沉沙池的一种特殊冲洗方式。
一般情况下，沉沙池停止淤积运行之初，池内尚存有一定数量的水体，如及时开启冲沙闸泄空，可利用这部分水体挟带池内尚未充分浓缩固结的泥沙出池，此过程称之为沉沙池泄空冲洗。
大禹渡、阳武河、禹门口等沉沙池泄空冲洗原型观测和模型试验排沙效果证明，沉沙池泄空冲洗不仅冲洗效果好，而且可节省一定的冲洗水量。
当前已有一些关于水库泄空排沙的研究成果，但对水利工程定期冲洗式沉沙池的泄空冲洗尚缺研究。
为解决工程设计中的应用问题，作者以沉沙池原型观测资料为依据，并结合模型试验成果对定期冲洗式沉沙池泄空冲洗计算进行了分析研究。
2 沉沙池淤积形态和冲洗过程沉沙运行时，浑水进入沉沙池后，随着过流断面沿程扩大，流速沿程递减，粗粒泥沙逐渐沉落，首端淤积三角洲形态逐渐形成，顶坡较缓，前坡较陡，洲面逐渐向下游推进。
前坡慢慢调平，直到沉沙容积淤满。
据阳武河和大禹渡沉沙池原型观测，汛期淤积洲面平均坡降分别为0.0029和0.0015，阳武河非汛期洲面坡降为0.0016。
据多室(厢)交替运行实践，当池室的沉沙容积淤满时，应及时关闭其进口闸门，停止供水，开启冲沙闸门进行冲洗。
沉沙池原型观测，模型试验以及运行实践表明，沉沙池冲洗过程一般可分为泄空冲洗、溯源冲洗和沿程冲洗三个阶段。
冲沙闸开启后，池内部分尚未充分浓缩固结的泥沙被泄空水流挟带出池的过程为泄空冲洗阶段。
泄空冲洗结束后，及时开启进口闸门，逐厢引水冲洗。
冲洗过程中，前坡产生强烈的冲刷，并逐渐向上游发展，直到前后坡统一形成一个坡降，此过程称为溯源冲刷阶段。
当前后坡的坡度统一后出现由上至下的冲刷，此过程称沿程冲洗阶段，沿程冲洗历时较长，冲冼效率低于前两个阶段。
一般当淤积物冲洗去95%左右，冲洗过程可终止，并按运行要求调度各闸门启闭。
3 泄空冲洗3.1 泄空冲洗特点和效果当沉沙池工作段的沉沙容积淤满，刚刚停止沉沙运行、池内部分泥沙尚未充分浓缩固结时，及时打开冲沙闸门，利用池内水位快速下降而使部分淤积泥沙被冲刷下泄，就沉沙池而言，此过程称泄空冲洗。
泄空冲洗的特点是发展速度快、强度大，可在较短时间内将池内部分淤积干密度较小的泥沙排出池外。
泄空过程中，排沙含沙量一般是由小变大，即开始泄空时，出池含沙量较小，随着冲刷的发展，出池含沙量逐渐增大，当水位接近淤沙面时(此过程中，泥沙淤积面也不断发生变化，并形成新的洲面)，冲刷发展更加剧烈。
图1和图2分别为1992年由大禹渡沉沙池原型观测所得到的沉沙池泄空冲洗淤积面变化和含沙量及泄空流量变化过程线。
阳武河沉沙池和禹门口沉沙池的观测也表明类似的过程。
1图1 大禹渡沉沙池实测泄空冲洗淤积面变化(1992.9.9) Measured sedimentation profile variation with emptying flush in Dayudu settling basin图2 大禹渡沉沙池泄空冲洗排沙含沙量、流量过程线(原型观测时间1992.9.9)Hydrographs of flow and sediment concentration during the period of emptying flush in Dayudu settling basin沉沙池泄空冲洗的效果与淤积泥沙的物理特性有关。
原型观测及模型试验资料表明，在淤沙尚未充分固结、干密度较小(这部分泥沙大多集中在池末端)，及时利用池内蓄水量泄空排沙，排沙效果非常显著。
据大禹渡、禹门口、阳武河等沉沙池原型观测和模型试验资料统计，沉沙池泄空冲洗过程中，平均排沙含量达200～500kg/m3，最高排沙含沙量可达700～1000kg/m3以上，可排出的沙量约占总淤积量的25%～50%，可见排沙效果显著。
表1为大禹渡、阳武河、禹门口等沉沙池泄空冲洗原型观测和模型试验排沙效果的统计结果。
表中阳武河沉沙池的排沙效果不明显，可能是由于淤积后放置一段时间才冲洗的原因。
表1 各沉沙池泄空冲洗排沙效果统计Sediment discharge effect of emptying flush in the settling basins沉沙池名称观测条件池内总淤积量VZ(m3)泄空排沙量VC(m3)排沙量效果VC/VZ(%)观测时间大禹渡原型观测(1) 110506878 62.2 1992.9.9 大禹渡原型观测(2) 10046 665966.3 1992.9.26 阳武河原型观测2000 10051982.6.4 禹门口模型试验(1) 252073929.3 1983.10禹门口模型试验(2) 244776031.1 1985.6～9禹门口模型试验(3) 217568031.3 1986.6～9 禹门口模型试验(4) 239575531.5 1988.7～9 注：禹门口沉沙池模型试验均为单厢试验3.2 泄空冲洗计算3.2.1 水力学计算沉沙池泄空冲洗过程中，其泄空流量主要通过调节冲沙闸门开度来控制，闸门开度的选择应满足最大下泄流量不大于闸后排沙廊道设计过流能力的要求。
当闸门开度一定时，泄空流量的大小与闸前水头大小有关，泄空开始时的流量较大，随着池内水位不断下降，泄空流量逐渐减小，并由闸孔出流过渡到堰流，此时，即可认为泄空冲洗基本结束。
当闸门开度一定时，泄空流量可按闸孔出流计算，即(1)式中e为闸门开启高度(m)；b为单孔闸净宽(m)；n为闸孔孔数，一般n=1；H0为包括行近流速水头的闸前水头(m)；ε为垂直收缩系数；μ为闸孔自由出流的流量系数；σs淹没系数。
泄空过程中各时段平均流量可近似按下式计算，即Qcpj=Qi+Qi+1/2(2)式中Qcpj为j时段平均流量(m3/s)；Qi为由式(1)计算的泄空过程j时段初流量(m3/s)；Qi+1(1)计算的泄空过程j时段末流量(m3/s)。
泄空平均流量可近似按下式计算(3)式中Qcp为冲洗过程平均流量(m3/s)；Δtj为j时段长(h)；n为由泄空总历时划分的时段数。
3.2.2 泄空冲洗排沙量及历时估算(1) 泄空排沙水流含沙量确定原型观测和模型试验资料表明，沉沙池泄空冲洗过程中的排沙含沙量是随水位下降的冲刷强度变化而变化，目前尚缺理论计算方法，设计中一般是通过模型试验或利用已建沉沙池运行观测资料统计分析来确定的。
笔者根据原型观测和模型试验资料，采用泄空过程中冲洗流量与含沙量变化加权平均法，进行沉沙池泄空冲洗过程平均含沙量统计计算，即(4)式中Scp为冲洗过程平均排沙含沙量(kg/m3)；Sj为j时段平均排沙含沙量(kg/m3)。
由大禹渡、禹门口、阳武河等沉沙池3次原型观测和4次模型试验资料统计分析得到沉沙池泄空冲洗平均排沙含沙量为200～500kg/m3，统计成果见表2。
表2 各沉沙池泄空冲洗平均排沙含沙量统计Mean sediment concentration discharged by emptying flush in the settling basins沉沙池名称观测条件平均排沙含沙量(kg/m3)最大排沙含沙量(kg/m3)观测时间大禹渡原型观测(1) 500900 1992.9.9 大禹渡原型观测(2) 460800 1992.9.26 阳武河原型观测200400 1982.6.4禹门口模型试验(1) 280670 1983.10禹门口模型试验(2)280600 1985.6～9 禹门口模型试验(3) 250700 1986.6～9 禹门口模型试验(4) 284873 1988.7～9(2) 泄空排沙量和历时计算泄空冲洗的排沙量为泄空前池内静水位以下水量在泄流过程中可带出的淤沙体积。
设池内淤积洲面以上至静水位间的水量为Vw，可带出淤沙体积为Vc，根据平衡条件可得出泄空过程中的沙量平衡方程式(Vw+Vc)·Scp=Vc·γ′s·1000整理得Vc=Vw·Scp/1000γ′s-Scp(5)式中Vc为泄空冲洗排出的淤沙体积(m3)；γ′s为可排出的淤积泥沙干密度(t/m3)；Scp为泄空冲洗平均排沙含沙量(kg/m3)。
根据泄空过程中排出的水、沙总体积和平均泄空流量可得泄空冲洗历时tc的计算公式tc=Vw+Vc/3600Qcp(6)式中平均流量Qcp可按式(3)计算。
3.3 泄空冲洗排沙量及历时验证计算3.3.1 验证资料用大禹渡、阳武河、禹门口等沉沙池泄空冲洗原型观测和模型试验资料进行验证。
各沉沙池泄空冲洗的水沙条件见表3。
表3 各沉沙池泄空冲洗水沙条件Water-sand condition for emptying flush in the settling basins沉沙池名称及观测条件淤积面以上水量Vw(m3)池内总淤积量VZ(m3)排沙平均流量Qcp(m3/s)平均排沙含沙量Scp(kg/m3)。
