低压管道输浑水灌溉工程中临界不淤流速的计算及防淤措施.docx

1、】993年笫3明低压管道输浑水灌溉工程中临界不淤流速的计算及防淤措施王敬昌Szq牛仁（西北水利科学豆史所）提要防止泥沙在管道中淤积是依压营道稔藩水濯流工程设计成畋的关键.本文用实测资牡对几个常用的临界不淤流速的公式进行T检睑，并对瓦斯普临界不浒浣£计算公式进行了修正，得到了能够适用于低压管道濯此工程的法界不淤洸速计算公式.对含沙水流在低压分道的某些管段可能造成的回流在异吏淡於积问题，提出了冏单可行的防淤措羌./关键词攸压哲敏汲临界不淤流逑防淤抒荒r）/态下，开始下沉时的管内平均流速.临界不淤流速是低厘管道输浑水灌溉工程设计中最重要的参数之一，当辰压管道内的水流速小于临界不淤流速时，存

2、住泥沙淤积管道的危险，当管内流速大于临界不淤流速时，管内水流会消耗较多的能量，只有以临界不淤流速设计的低压管道输浑水灌溉工程才是比较经济的.临界不淤流速可认为是经济流速.现有的数十个临界不淤流速计算公式是在浆体输送研究中得出的，在计算浆体临界不淤流速时，至今还没有一个公认为普遍适用的公式.从黄河的含沙量来看，年平均含沙髭只有Slkg/cm1,年含沙珀大于100kg/cnV的夭数也只有】4d,听以输浑水管道水流的含沙量大约在lOOkg/cm，之内，而浆体管道的含沙危可湛达每立米数百公斤甚至上千公斤，这就使得在输浑水管道灌溉中用输浆体的临界流速公式来计算临界不淤流速缺乏可靠性.从现有资料看，在输浆

3、体管道临界不淤流速的计算中，用的较多的是瓦斯普公式：V=F2gD（2济）”（芸）'低压管道输浑水灌溉是近几年来低压管道输水灌溉技术在北方多沙河流灌区的一种发展，灌溉效益比较显著，有良好的发展前景.输浑水灌溉有泥沙淤积之成，防止泥沙淤积成为工程设计成败的关键.防止泥沙淤积途径有两条：（1）掌握临界不淤流速的变化规律和计算方法，正确选定管内流速；（2）采取一定的工程防淤措施，选择合理的运用方式.只有这样，才能保证低压管道输浑水灌溉工程安全运行，长期发挥效益.目询，低压管道输浑水灌溉工程的设计主要沿用输渚水灌溉工程的方法，其中临界不淤流速的计算是采用输浆体管道临界不淤流速公式，管道布置及运用

4、/式与输清水管道系统相同.因此，以下几个问题有必要搞清楚：用计算输浆体管道的临界不淤流速公式计算输浑水管道临界不淤流速是否安全；选用哪一种临界不淤流速计算公式较好；管道流速大于临界不淤流速时，管内是否会淤积.本文通过实测资料的检验与分析，初步回答了上述问题，并提出了一些防淤措施.1临界不淤流速公式的比较及修正临界不派流速一般是指固体颗粒在流动状Ii）式中与体枳比含沙房s有关的参数，P.-Pffl次管G(mm)体枳浓度H粒比重m检检径（mm）备注4123,1500.00740.02642.92,3.960.0990.167资料114130,250,255,3060.00750.03602.65,

5、2.80.10.79111000,800.307,206202,103,1020.01730.0312.65,3.2,4.453.36.3.0,2.970.050.5772000.0010.01692.650.0160.032员料26800.00420.04342.650.15资料33308,206,1030.03032.650.4资料4附衰实测资料范围注：资料1,资料3分别引自卷考文献2资料2引自陕西省水利科学研究所多泥沙河流湛区低压管道输水灌浜技术试验研究资料4引自成阳非金属矿物研究所粒状物料水力学.Fl=3.28S$*，D管道直径0固体颗粒的密度P液体的密度d泥沙粒径计算临界不淤流速的另

6、一主要公式为克诺罗兹公式；V=0.2(I+3.43&C,D。)xB,d<0.07mmV0.255(l+2.48/'C7_4/D)xB,0.07mm<d<0.15mmV =0.85(0.35+1.36?CD')xB,0.15mm<do.4mmV =0.85(0.35+1.36/CD1)x_040.4mm<d<1.5mm式中Cd矿浆重母稠度的100倍D管道直径d平均粒径B比重修正系数在低压管道输浑水灌溉工程设计中用的较多的是克诺罗兹公式和舒克公式：SY寸2gpU=2.43pH一（3式中C,为阻力系数，与沙粒雷诺数有关.为了比较以上三公式在

7、输浑水管道灌溉工程中的适用性，我们选用了45蛆试验室和田间实测临界不淤流速资料（参见附表）对其进行检验，计算值与实测值比较见图I图3.ffl1公式计算位与实测值比较由上图可见，上述三个公式的计算值偏小，部分点与实测值相差一倍或更大，这进一步说明了上述三个公式用于低压管道输浑水灌溉工程设计是不合适的.众所周知，影响临界不淤流速的因素主要有固体颗粒的比重、粒径、含沙浓度和管径尺寸.从以上三式的结构看，式（1）、（3）包括反映以上因素的所有参数，且结构相近，图1、图3中虽然计算值偏小，但点群比较集中，这表明公式（1）、（3）在一定程度上能反映临界不淤流速的变化规律.考虑到式（1）结构简单，若要将公式

8、（】）用于计算输浑水管道的临界不淤流速，需对其进行修正.123计算fflCm/.）图2公式（2）计算值与实测值比较计鼻值（m/，图3公式（3）计算值与实测值比较如果承认公式（1）的结构基本合理，则式（1）中的L就不单是固体颗粒浓度的函数，而旦也可能是固体颗粒粒径的函数，即L=f（Sy,d）,用部分实测低浓度资料来已定因而V=i3.6S；2gD（与勺'八用式（4）对表中资料进行计算，并与实测资料对比（参见图4）,可以看出，点群符合良好，大部分点的误差在15%以内.对于低压管道输浑水灌溉工程来说，在缺乏精度更好的临界不淤流速计算公式情况下，式（4）完全可以作为计算公式.11图4公式（4）计

9、算值与实测值比较2管网的防淤措施按照临界不淤流速设计的输浑水管道，并不能完全保证管网不淤，还必须再增加一些防淤的工程措施.低压管道输水管网多布置成树状网（见图5）,支管和干管以三通或四通连接，灌水时以轮灌方式由上而下或由下而上顺序进行.以图5为例，若由上而下灌水，当2支管灌水时，含沙水流会在1支管的进口部位形成回流淤积和异重流淤积，如图6（a）所示，3支管灌水时，2支管进口处便出现与1支管相同的淤积.当最后一条支管开灌时，前面各条支管均会出现持续不断的淤积.管网灌溉时间越长，淤积越严重，尤其是前面开灌较早的支管.若以由下而上的方式轮灌，干管中则会形成如图6(b)所示的网流和异重流淤积.各支管进

10、口处淤积情况与询述情况相同.虽然淤积在各支管进口处的泥沙大部分会在随局的灌水中被带走，但却增加了管网的阻力，影响出水效率.为避免上述各支管进口处的回流、异重流淤积，笔者建议应在干管上设置一竖管，支管和竖管连接(见图7),这样当某条支管停灌时，浑水只能在竖管内形成一竖向同流，泥沙不会进入支管.从而有效地解决了各支管进口淤积问题.图7竖管的布置对于干管，如图6(b)所示的|5J流淤积虽然还会出现，但管网只要以从上而下的顺序运用，一条支管的灌溉历时较短，干管中的淤积泥沙不会多，在下面各支管开灌时，前面淤积在干管内的泥沙会被不断地冲走，干管不会出现累积性泥沙淤积.另外，干、支管应顺坡布置，比降尽可能大一些，干、支管的末端均应有泄水设施，以便冲泄管内可能淤积的泥沙.参考文献1J尾矿设施设计参考瓷料.冶金工业出版社，1978年.2华我生、万兆惠，管itt输沙中滑动底床的试脸研究.水利学报，】989年第12期.(责任编辑尹美城)我国近期规划中2003