沉砂間

在多泥沙河流上取水時，雖在取水口採取了防沙措施，但水的含沙量和粒徑還不能完全滿足用水的要求。因此，可在進水口下游設定沉砂間，通過擴大過水斷面，減小流速，沉澱不符合用水要求的泥沙。灌溉用水時，應沉澱粒徑大於0.03～0.05 mm的泥沙。對發電引水，沉澱粒徑大於0.25 mm的泥沙即可。沉沙池的沉沙率一般為80%～90%。

基本介紹

• 中文名：沉砂間
• 外文名：Between the grit
• 規範：水電水利工程沉沙池設計規範
• 定義：利用重力作用將泥沙與水分離
• 類型：廂式、曲線形及條渠
• 學科：土木工程

內容簡介

我國DL/T 5107-1999《水電水利工程沉沙池設計規範》（以下簡稱《規範》）給出的沉砂間的定義為：沉砂間是用以沉澱挾沙水流中顆粒大於設計沉降粒徑的懸移質泥沙、降低水流中含沙量的建築物，按用途可分為水電站沉砂間和水利灌溉沉砂間。

《灌溉設計手冊》中對沉砂間的定義為：沉澱水中大於規定粒徑的有害泥沙，使水的含沙量符合水質要求並與下游渠道挾沙能力相適應的建築物。

工業用沉砂間定義為：是城市污水處理廠必不可少的預處理設施，通常設定在細格柵後以去除進入水中的沙粒，保證後續處理構築物及設備的正常運行。目前，國內外普遍採用的沉砂間有平流式沉砂間、曝氣沉砂間、旋流式沉砂間、多爾沉砂間等。

綜上所述，沉砂間的基本定義為：沉砂間主要是利用重力作用將泥沙與水分離的一種工程措施。水流進入沉砂間後，由於過水斷面突然擴大，流速顯著降低，水流挾沙力大大減小，從而改變了原有的水流泥沙運動狀態，形成水深大、流速小、挾沙力小、進口含沙量相對較大、挾沙水流一般處於超飽和運行狀態的特點，從而將泥沙顆粒沉降在沉砂間的底部。底部。

沉砂間位置

《規範》規定了沉砂間位置及類型選擇的基本原則，具體如下：

（1）沉砂間的位置宜鄰近首部取水樞紐進水口，當受地形條件限制或沖沙水頭不能滿足要求時，可沿引水道下移至適當的位置，亦可布置為地下式。布置沉砂間應合理利用地形、地質條件，避開不良地段，否則，應採取相應工程措施。

（2）水力沖洗式沉砂間應具有足夠的沖沙水頭及流量。若地形開闊，水電站和水利工程中的沉砂間宜選用定期沖洗式沉砂間；若地形狹窄，水電站沉砂間宜選用連續沖洗式沉砂間。

（3）山區、丘陵區且有足夠沖洗水頭的水利工程沉砂間，在對環境無不利影響條件下，宜選用多室定期沖洗式沉砂間；平原地勢低洼地區的水利工程沉砂間，宜選用條渠沉砂間。

（4）當沖沙水頭不足時，可採用機械清淤式沉砂間。採用機械清淤的沉砂間應有足夠的堆沙場地，且不致對該地區環境和工程造成不利影響。

沉砂間的類型

沉砂間按其池廂的平面形狀可分為廂式沉砂間、曲線形沉砂間及條渠沉砂間等幾種形式。

廂式沉砂間

廂式（又稱直線形）沉砂間。它是一種規則整齊的廂槽沉沙設施，按沉沙室的多少可分為單室、雙室、多室及有側渠等四種。

單室沉砂間是最簡單的一種，在池的末端設沖沙底孔，用以沖洗沉澱在池中的泥沙。單室沉砂間沖沙時，必須停止供水，以免沖沙時將大量泥沙帶入渠道。

圖1（b）是帶有側渠的沉砂間，沖沙時可由側渠供水，但這時供水的含沙量是比較大的。為了減少入渠泥沙量，儘量選在需水量小的時候進行沖洗。

當引水流量大於15～20 m/s時，單室沉砂間的尺寸較大，其沖洗時間較長，效果不好，這時可採用雙室或多室沉砂間。

雙室沉砂間的設計一般有兩種情況：一是沉砂間中每個沉澱室都能通過總乾渠的全部流量，可以輪流沖洗，連續供水；二是沉砂間的每個沉澱室只通過總乾渠流量的一半。當一個沉澱室沖洗時，另一個沉澱室則通過超額流量。多室沉砂間的每個沉澱室通過的流量可以平均分配。一室沖洗時，其餘各室共同通過全部流量。多室沉砂間不但可以連續供水，而且沖沙流量也小。

圖1

曲線形沉砂間

這種沉砂間是利用彎道環流的原理，將沉砂間做成具有90°內角的彎曲渠道。使乾渠中含泥沙的水流經過沉砂間時，將泥沙淤積在彎道的凸岸，並由沖沙廊道沖走。它不僅結構簡單，施工方便，造價低廉，且沉沙效率高，可達90%以上。

圖2

條渠沉砂間

利用天然窪地作為沉沙區，在沉沙區內用圍堤或格堤分成若干個條渠，使粗沙沉積。每一條渠淤滿後，即可用來耕種，不必清淤。這種形式的沉砂間不僅簡單、經濟，而且可以與放淤改土、改良沙荒、鹽鹼以及淤背固堤結合起來，使河流的水沙資源得到綜合利用，在黃河下游的引水工程中套用較多。

圖3

沉砂間運行類型

沉砂間按清淤方式，可分為水力沖洗式沉砂間、機械清淤沉砂間和不沖洗沉砂間等類型，其中水力沖洗由於沖洗方式不同，又可分為定期沖洗式沉砂間和連續沖洗式沉砂間兩種，下面簡要介紹這幾種型式。

定期沖洗式沉砂間

這種沉砂間特點是沉沙與沖沙不同時進行。在定期沖洗沉砂間中，由於泥沙淤積，沉砂間的過水斷面逐漸減小，流速增大，當有害泥沙不能沉澱而開始進入渠道時，則需停水沖沙。沖洗次數與所引河水的流量、含沙量、沉砂間的尺寸有關。一般每隔半個月或一個多月沖洗一次。在汛期，水流含沙量大，流量也大，沖洗次數可多一些；汛期以後，沖洗次數可減少；冬季往往不需要衝洗。如果沒有沖洗條件（沒有水頭或沖洗流量）進行水力沖洗時，則可採用機械清淤。

連續沖洗式沉砂間

當要求連續不斷供水時，也可採用連續沖洗式沉砂間。其特點是沉沙、沖沙及供水可同時進行。在沖沙時，沉砂間中水面不降低，照常供水，所以沖沙的水頭較大。連續沖洗的沉砂間結構比較複雜，一般用於水流含沙量較多，泥沙粒徑較粗且不允許停止供水的場合。

機械清淤沉砂間

機械清淤沉砂間適用於河流縱坡和兩岸地面坡度比較平緩且河道與地面的高差比較小的平原地區。主要利用渠道附近大片窪地或鹽鹼地、荒地圍堤沉沙，經過沉沙後的清水送至田間或供水處。

不沖洗沉砂間

不沖洗沉砂間在我國黃河下游和新疆地區使用較多。因黃河下遊河床高於地面，兩岸有很多窪地可用於沉沙，黃河引水有足夠水頭把含沙水流送至離岸邊較遠的沉砂間；新疆地區地勢比較平坦，在農業灌溉用水中，因沒有足夠的水頭來沖沙，所以也多使用不沖洗沉砂間。

沉砂間套用範圍

水電站沉砂間的設定主要是為了減輕水泵和水輪機的磨損，保證水電站不受泥沙影響正常運行。水利灌溉沉砂間大部分套用在引水渠首或引水渠道中，以減輕渠道等輸水系統的淤積，沉澱推移質泥沙和部分懸移質泥沙；另外在引用地表水的噴微灌工程中，一般在輸水系統和灌溉系統之問再設一沉砂間，即噴微灌沉砂間，對輸水系統所含的超過噴微灌系統指標的以懸移質為主的泥沙進行處理，從而減少進入噴微灌系統的泥沙含量，防止噴微灌系統的堵塞，減輕後續泥沙處理設備（如過濾器等）的負擔。工業用沉砂間主要套用在城市供排水和工業供排水中。隨著國家建設發展和社會進步，沉砂間已逐漸在河道整治、預培固堤、水沙資源調度、淤灘造地和水環境整治等方面得到套用和發展。