《水电工程沉沙池设计规范+NBT+10390-2020》详细解读

《水电工程沉沙池设计规范NB/T10390-2020》详细解读目录contents1总则2术语3沉沙池设置条件及设计标准4沉沙池类型选择5沉沙池布置6水力设计及主要尺寸计算7结构设计8运行设计目录contents9泥沙观测设计附录A泥沙沉降计算附录B悬移质泥沙沉速计算附录C沉沙池排沙水力计算附录D沉沙池冲洗计算本规范用词说明引用标准名录011总则统一沉沙池设计标准通过制定规范，统一水电工程沉沙池的设计标准，确保工程质量和安全。保护水轮机沉沙池的主要作用是沉淀水中的泥沙，减少对水轮机的磨损，延长其使用寿命。提高发电效率通过合理设计沉沙池，可以降低水中的泥沙含量，提高水电站的发电效率。1.1目的和意义01021.2适用范围不适用于其他类型的沉淀池或水处理设施。本规范适用于水电工程中沉沙池的设计。沉沙池的设计应确保在运行过程中安全可靠，不发生泄漏、溃坝等事故。安全可靠在满足安全要求的前提下，应尽量降低沉沙池的建设成本和运行费用。经济合理沉沙池的结构应简单明了，便于日常维护和检修。便于维护沉沙池的设计应考虑环保和节能要求，减少对环境的污染和能源的消耗。环保节能1.3设计原则022术语沉砂池是水电工程中用于去除水中沙粒的构筑物，其主要功能是通过降低水流速度，使比重较大的沙粒沉降下来，从而达到净化水质的目的。根据水流方向和池型结构，沉砂池可分为平流式沉砂池、竖流式沉砂池、曝气沉砂池和旋流式沉砂池等。定义分类2.1沉砂池定义设计流量是指沉砂池在设计时所依据的污水流量，它是确定沉砂池尺寸和运行参数的重要依据。计算方法设计流量应根据污水来源和排放方式确定，对于自流进入的污水，应按每期的最大设计流量计算；对于用提升泵送入的污水，则应按每期工作水泵的最大组合流量计算；在合流制处理系统中，还应考虑降雨时的设计流量。2.2设计流量沉砂量是指单位时间内通过沉砂池去除的沙粒体积或质量，它是衡量沉砂池去除效果的重要指标。沉砂量可根据污水流量、沙粒浓度和沉砂池去除效率等因素计算得出。一般来说，城市污水的沉砂量可按每10万立方米污水沉砂量为30立方米计算。2.3沉砂量计算方法定义贮砂斗是沉砂池的重要组成部分，用于收集和贮存沉降下来的沙粒。定义贮砂斗的容积应按2日沉砂量计算，且池壁与水平面的倾角不应小于55°。同时，排砂管直径应不小于0.3m，以确保排砂顺畅。设计要求2.4贮砂斗033沉沙池设置条件及设计标准03气象资料包括风向、风速、气温、降水等，这些数据对于沉沙池的排沙和清淤有一定影响。01水文资料包括河流的流量、含沙量、泥沙颗粒级配、水位等，这些是沉沙池设计的基础数据。02地质资料沉沙池所处位置的地质条件，如土层分布、承载能力、地震烈度等，对沉沙池的稳定性和安全性有重要影响。3.1基本资料根据河流的实测含沙量和流量资料，结合工程运行要求，确定沉沙池入口处的含沙量。入池含沙量泥沙级配设计标准通过对河流泥沙颗粒的分析，确定泥沙的级配曲线，为沉沙池的设计提供依据。根据工程需求和泥沙特性，确定沉沙池的设计标准，如排沙浓度、排沙粒径等。0302013.2入池含沙量及泥沙级配确定设置条件泥沙沉降标准池底坡度清淤方式3.3沉沙池设置条件及泥沙沉降标准根据河流的水文特性、地形地貌、工程需求等因素，确定沉沙池的设置条件，如池型、尺寸、位置等。沉沙池的池底坡度应根据泥沙的沉降速度和排沙要求来确定，以保证泥沙能够顺利排出。根据泥沙的沉降速度和沉沙池的设计要求，确定泥沙的沉降标准，如沉降时间、沉降距离等。根据沉沙池的实际情况和工程需求，选择适合的清淤方式，如机械清淤、水力冲淤等。044沉沙池类型选择优点构造简单，处理效果较好，工作稳定。缺点占地面积较大，需要较长的水平距离。适用场景适用于处理水量不大，且场地较为宽敞的工程。4.1平流式沉砂池优点占地面积小，沉砂效果较好。缺点构造较复杂，施工难度较大。适用场景适用于处理水量较大，但场地较为紧张的工程。4.2竖流式沉砂池通过曝气装置使污水产生旋流，增加污水中的溶解氧，使砂粒之间产生摩擦，去除砂粒上的有机物，提高沉砂效果。优点需要消耗一定的能源，运行费用较高。缺点适用于有机物含量较高的污水。适用场景4.3曝气沉砂池优点利用离心力使砂粒与污水分离，占地面积小，处理效率高。缺点对细砂的去除效果较差，需要定期清理池底积砂。适用场景适用于处理水量大、含砂量高的工程。4.4旋流式沉砂池055沉沙池布置沉沙池布置应满足水力要求和地形地质条件，确保运行稳定、排沙顺畅。沉沙池宜靠近水电站进水口，以缩短引水渠道长度，减少工程投资。沉沙池设计应考虑便于施工、管理和维护，同时注重环境保护和景观协调。5.1一般规定03冲洗时应控制冲洗强度和冲洗历时，避免对沉沙池和引水系统造成不利影响。01定期冲洗式沉沙池应设置冲洗设施，包括冲洗门、冲洗廊道和排水设施等。02冲洗周期应根据沉沙池积沙情况和水电站运行要求确定，确保沉沙池有效运行。5.2定期冲洗式沉沙池010203连续冲洗式沉沙池应设置连续冲洗设施，保持沉沙池底部一定厚度的冲洗水层。冲洗水层厚度应根据水力计算确定，确保沉沙池内水流流态稳定和排沙顺畅。连续冲洗设施应可靠耐用，适应沉沙池长期运行要求。5.3连续冲洗式沉沙池条渠沉沙池应设置横向排沙设施，如排沙底孔、排沙廊道等，确保排沙顺畅。条渠沉沙池应注重边坡稳定和渠道防渗处理，确保工程安全运行。条渠沉沙池宜采用分段式布置，每段条渠长度和宽度应根据地形地质条件和水力要求确定。5.4条渠沉沙池066水力设计及主要尺寸计算设计应遵循水力学原理，确保沉沙池运行稳定、安全、高效。应根据河流特性、地形地质条件、泥沙特性等因素，综合确定水力设计方案。水力设计应满足沉沙池排沙、蓄水、调节等功能要求，同时考虑施工、运行、维护的便利性。6.1一般规定引渠设计应保证水流平稳、顺畅地进入沉沙池，避免产生大的水流波动和回流。上游连接段应设置渐变段，使水流逐渐扩散，降低流速，减少水流对池底的冲刷。引渠及上游连接段的底坡应根据地形、地质条件和水力要求综合确定。6.2引渠及上游连接段

6.3工作段工作段是沉沙池的核心部分，其长度、宽度、深度等尺寸应根据水力计算确定。工作段应设置横向隔墙或纵向导流墙，以形成稳定的水流流态，有利于泥沙沉降。工作段的池底应平整，坡度适当，便于排沙和清淤。123下游连接段应设置渐变段和消能设施，使水流平稳地流出沉沙池，避免对下游河道造成冲刷。输水道设计应考虑泥沙淤积问题，保证长期稳定运行。下游连接段及输水道的底坡应根据地形、地质条件和水力要求综合确定。6.4下游连接段及输水道沉沙池的水力学计算应包括流量、流速、水位、泥沙淤积量等参数的确定。排沙道的水力学计算应考虑排沙流量、排沙历时、排沙浓度等因素，确定合适的排沙方式。水力学计算应采用可靠的计算方法和软件，确保计算结果的准确性和可靠性。6.5沉沙池及排沙道水力学计算077结构设计结构设计应满足沉沙池的功能要求，确保结构安全、稳定、耐久。结构设计应考虑施工方便、经济合理，有利于环境保护和节能减排。结构设计应遵循国家现行有关标准和规范，采用成熟的技术和可靠的材料。结构设计应根据沉沙池的使用年限、环境类别和作用等级，确定相应的结构安全等级和设计使用年限。7.1一般规定结构计算应基于可靠的地质勘察资料和现场试验数据，确保计算结果的准确性和可靠性。结构计算应考虑沉沙池内水压力、土压力、风荷载、地震作用等荷载的影响，以及温度、收缩、徐变等间接作用的影响。结构计算应对沉沙池的关键部位和薄弱环节进行重点分析和校核，确保结构的安全性和稳定性。同时，应根据计算结果对结构设计进行优化和改进，提高结构的经济性和合理性。结构计算应采用符合国家现行标准的计算方法和软件，对沉沙池在各种工况下的受力状态进行分析和计算。7.2结构计算088运行设计运行设计应确保沉沙池安全、高效、经济地运行，满足水电工程排沙和减少过机泥沙的要求。设计应考虑沉沙池的运行方式、调度原则、泥沙淤积形态、冲沙方式及冲沙效果等因素。应根据沉沙池的运行条件和泥沙特性，制定合理的排沙运行制度，包括排沙时段、排沙历时、排沙流量等。8.1一般规定运行方式应根据入库水流含沙量、颗粒级配、水库运用方式及下游用水要求等因素确定。可采用连续排沙、定期排沙或调水调沙等运行方式。连续排沙适用于入库水流含沙量较高且颗粒较细的情况；定期排沙适用于入库水流含沙量较低且颗粒较粗的情况；调水调沙则适用于需要同时考虑水库蓄水和排沙的情况。在运行过程中，应根据实际情况对运行方式进行适时调整，以保证沉沙池的正常运行和排沙效果。8.2运行方式调度原则应确保沉沙池在正常运行条件下，能够满足水电工程排沙和减少过机泥沙的要求。在调度过程中，应优先考虑排沙，尽量减少过机泥沙。同时，还应考虑下游用水要求和生态环境等因素。在遇到特殊情况（如入库水流含沙量骤增、水库水位骤降等）时，应及时调整调度方案，确保沉沙池的安全运行。8.3调度原则8.4泥沙淤积形态与冲沙方式010203泥沙淤积形态应根据入库水流含沙量、颗粒级配、水流条件等因素进行预测。常见的淤积形态包括三角洲淤积、带状淤积和均匀淤积等。冲沙方式应根据泥沙淤积形态和排沙要求确定。常见的冲沙方式包括水力冲沙、机械冲沙和联合冲沙等。水力冲沙适用于淤积较轻的情况；机械冲沙适用于淤积较严重的情况；联合冲沙则适用于需要同时采用水力冲沙和机械冲沙的情况。在冲沙过程中，应注意控制冲沙流量和历时，避免对下游河道和生态环境造成不利影响。同时，还应对冲沙效果进行实时监测和评估，以便及时调整冲沙方案。099泥沙观测设计悬移质泥沙观测悬移质泥沙的浓度、颗粒级配、沉降速度等。推移质泥沙观测推移质泥沙的输沙率、颗粒级配、运动速度等。河床质泥沙观测河床质泥沙的颗粒级配、起动流速等。观测内容采样器法使用泥沙采样器在沉沙池内不同位置和深度采集水样，进行泥沙分析。超声波法利用超声波对沉沙池内水流进行实时监测，获取泥沙浓度和流速等信息。遥感监测法利用遥感技术对沉沙池进行大范围、高精度的泥沙监测。观测方法包括瓶式采样器、泵式采样器等，用于采集水样。泥沙采样器用于实时监测沉沙池内水流的泥沙浓度和流速。超声波泥沙监测仪包括卫星遥感、无人机遥感等，用于大范围、高精度的泥沙监测。遥感监测设备观测设备数据整理对观测数据进行整理、分类和归档，建立泥沙观测数据库。数据分析利用统计学方法对观测数据进行分析，获取泥沙输移规律、沉沙池运行效果等信息。数据可视化利用图表、图像等方式将观测数据和分析结果可视化展示，便于理解和应用。观测数据分析10附录A泥沙沉降计算03群体沉降速度公式当颗粒浓度较高时，颗粒之间会相互影响，导致沉降速度发生变化，需采用群体沉降速度公式进行计算。01斯托克斯公式用于计算球形颗粒在静止流体中的沉降速度，适用于粒径较小、密度较大的颗粒。02修正斯托克斯公式考虑颗粒形状和流体阻力对沉降速度的影响，对斯托克斯公式进行修正。沉降速度公式沉降时间计算理想沉降时间假设颗粒在沉砂池中均匀分布，且沉降速度恒定，通过沉降速度和池深计算得出。实际沉降时间考虑颗粒在沉砂池中的分布不均、水流速度变化等因素，对理想沉降时间进行修正。根据沉降速度和颗粒浓度计算得出单位时间内泥沙的沉降量。单位时间泥沙沉降量通过对单位时间泥沙沉降量进行积分，得出总泥沙沉降量。总泥沙沉降量泥沙沉降量计算根据设计流量、停留时间和泥沙沉降量等因素确定沉砂池的有效容积。沉砂池有效容积为保证泥沙顺利排出，沉砂池底部应设计一定的坡度，一般不宜小于0.01。池底坡度根据泥沙沉降量和排砂周期确定排砂设施的类型和规格，如排砂管、排砂闸门等。排砂设施沉砂池设计参数确定11附录B悬移质泥沙沉速计算牛顿阻力定律当泥沙颗粒在运动中受到的水流阻力与重力平衡时，泥沙颗粒将以等速下沉，该速度称为沉降速度或沉速。沉速修正实际水流中，由于颗粒间相互干扰、水温、含沙量等因素的影响，需要对沉速进行修正。斯托克斯公式对于粒径小于0.1mm的细颗粒泥沙，在静水中沉速可采用斯托克斯公式进行计算。沉速计算基本公式颗粒形状与尺寸颗粒形状越接近球形，沉速越快；颗粒尺寸越大，沉速越快。水流状态水流紊动强度越大，对泥沙颗粒的悬浮作用越强，沉速越慢。水温与含沙量水温升高，水的黏滞性减小，沉速增大；含沙量增大，水流密度增大，沉速减小。沉速影响因素分析选择合适的沉速公式根据泥沙颗粒的粒径、形状、水流条件等因素选择合适的沉速计算公式。确定公式中的参数根据实测资料或经验公式确定公式中的参数，如水温、含沙量、泥沙密度等。进行沉速计算将参数代入公式中进行计算，得出泥沙颗粒的沉速值。沉速计算方法及步骤注意公式的适用范围不同公式适用于不同粒径、形状的泥沙颗粒及水流条件，应注意选择。考虑多种影响因素实际水流中影响沉速的因素较多，计算时应综合考虑各种因素的影响。校验计算结果计算结果应与实测资料进行对比校验，以确保计算结果的准确性。沉速计算注意事项12附录C沉沙池排沙水力计算流量公式用于计算沉沙池在不同工况下的进水和出水流量，确保排沙效果。流速公式根据流量和沉沙池尺寸计算流速，以控制沙粒在池内的沉降。水头损失公式估算水流经过沉沙池时的水头损失，为泵站设计提供依据。排沙水力计算基本公式分析进水泥沙颗粒级配，为沉沙池设计提供基础数据。泥沙颗粒级配根据泥沙颗粒级配和池内流速计算泥沙沉降速度，以确定排沙效果。泥沙沉降速度分析水流对泥沙的挟带能力，为优化沉沙池设计提供参考。水流挟沙力排沙水力计算参数选取排沙水力计算方法图表法利用预先绘制的图表进行查算，简便快捷，但精度较低。公式法采用经验公式进行计算，精度较高，但需掌握一定专业知识。数值模拟法利用计算机进行数值模拟分析，可得到较为精确的结果，但需投入较多时间和资源。03校验计算结果在完成计算后应对结果进行校验和分析，以确保其合理性和可靠性。01确保数据准确性在进行排沙水力计算时，应确保所采用的数据准确可靠，以提高计算结果的精度。02考虑实际情况在计算过程中应充分考虑沉沙池的实际运行工况和边界条件，以使计算结果更符合实际情况。排沙水力计算注意事项13附录D沉沙池冲洗计算根据沉沙池的运行情况和设计要求，合理确定冲洗周期，以保证沉沙池的正常运行。冲洗周期根据沉沙池内的淤积情况和冲洗效果，确定合适的冲洗强度，以保证冲洗效果并避免浪费水资源。冲洗强度根据冲洗水量和冲洗强度，计算冲洗历时，确保冲洗过程充分且有效。冲洗历时冲洗水量的确定根据沉沙池的结构形式和淤积情况，确定冲洗水流的流向，以保证冲洗效果。冲洗水流的流向冲洗水流的均匀性冲洗水流的动能通过合理布置冲洗水管和喷嘴，确保冲洗水流在沉沙池内分布均匀，避免局部淤积。根据冲洗效果和节能要求，确定冲洗水流的动能，以保证冲洗效果并降低能耗。030201冲洗水流的组织与布置根据冲洗水量和扬程要求，选用合适的水泵，以满足冲洗需求并保证运行稳定。冲洗水泵根据冲洗水流的流量和流速要求，选用合适的的水管材料和管径，以保证冲洗水流的畅通。冲洗水管根据冲洗水流的流向和均匀性要求，选用合适的喷嘴类型和布置方式，以保证冲洗效果。冲洗喷嘴冲洗设施的设计与选型冲洗过程的实时监测通过实时监测设备，对冲洗过程进行实时监测，确保冲洗过程的安全和稳定。冲洗效果的评估与调整根据实时监测数据和冲洗效果评估结果，对冲洗过程进行调整和优化，以提高冲洗效果和节能降耗。冲洗过程的自动化控制通过自动化控制系统，实现冲洗过程的自动化控制，提高冲洗效率和效果。冲洗过程的控制与监测14本规范用词说明指为了去除水中沙粒而专门设计的水池结构，是水电工程中重要的水处理设施之一。沉砂池指沉砂池在设计时考虑的污水流量，根据污水进入方式（自流或提升泵送）以及合