基本介紹
- 中文名：防沙設施
- 外文名：sand protection facilities
- 目的：防止路段風蝕
- 套用場所：易受沙害的路段
開敞式進水口防沙設施,防沙措施概述,攔河閘 沖沙閘底板高程的確定,束水牆,沖沙槽的布置原則,天生橋二級水電站的防沙設施,防排沙措施的設計及模型驗證,進水口位置及導沙坎的作用,沉沙池及排沙廊道的作用,幾點認識,攔河閘式引水的樞紐防沙設施,正確選擇樞紐位置 以利防沙排沙,沖沙槽的泄流規模,導沙坎布置,攔沙坎高度選擇,
開敞式進水口防沙設施
在討論開敞式進水口的防沙設施時，需要指出，它與河流的水文、泥沙、河型、地貌等條件密切相關。每一條 河流和每 一項工程都有自己的特點和具體情況，也有與之相適應的防沙布置方案，因此要得到一 種普遍適用的防沙布置形式是很困難甚至不可能的。在設計多沙河流大中型引水工程時，一般是光調查研究河流的水文、泥沙、地形和地質等自然條件，並參考已有工程的經驗，通過分析計算初步擬定若干防沙布置方案，然後根據大量水工和泥沙模型試驗，進行方案比較和論證，最終確定防沙設施的布置和尺寸。
防沙措施概述
1）根據不同的來水來沙情況，合理運用攔河閘排沙防沙。在工程實踐中多採用以下的運行方試：
洪水期推移質來量大，宜多開啟攔河閘孔，降低水位大排大泄，水流攜帶的推移質外，還要把中小水期間淤存在庫區的泥沙也排往下游，同時刷出庫容供重新淤積之用。由於此時引水 “分流比” 小，推移質對進水口的威脅並不 大；特別當樞紐位於彎段時，因閘前縱向流速很大，橫向環流作用強烈，推移質將遠離凹岸進水口而由凸岸閘孔排走。
中流量時，攔河閘孔一部分開啟，水位有所塑高，推移質有排有淤，但因此時引水分流比大，底沙易進入進水口，需設定防沙設施保護。
小流量時，攔河閘全關，抬高閘前水位運行，推移質淤於庫區。為使淤沙洲 失不接近進水口，需使洪水期刷出的庫容足以容納“淤沙期”的來沙量。
2） 採取多種防沙設施，防止推移質進入進水口 ：
進水口既然引水，就有可能引入泥沙。在同一條件下分流比愈大 分沙比也愈大。
關鍵問題是要促使水沙分離，引入“清水” 而排除底沙。
攔河閘 沖沙閘底板高程的確定
從理論上說，由於沖沙閘一般布置在原床河深槽位置，因此其底板高程應比攔河閘略低，特別對彎曲河段更是 如此(凹岸河床高程低)。但在實際工程中，為簡化計多使二者為同 一高程。
實踐證明，正確地選擇閘底板高程是引水樞紐設計的一個重要問題。如果底板偏高。會使下游沖刷加劇，而且 對閘前排沙不利；但如偏低，又會引起下游淤積，最終仍會影響到閘前排沙防沙的效果。根據各地引水樞紐的運行經 驗，在確定閘底板高程時需考慮多種因素。
束水牆
束水牆的牆頂應高出閘前沖沙水位 ，以利“束水攻沙”，長度則一 般應達到並超過進水口的上游端。
束水牆除起“束水”作用外，在洪水期由於其前端的“頂流”作用，可促使推移質更快地向凸岸各閘孔輸移，提高彎道環流排沙的效果。此外，也可採用大洪水期關閉沖沙閘，使沖沙槽內形成流速較小的“相對靜水區”，此時更有利於彎道環流排沙和防止推移質進入進水口。
沖沙槽的布置原則
( 1 ) 為了順暢排沙，槽內沖沙流速至少應大於最大推移質的起動流速，以免落淤。
( 2 ) 槽內流速應沿程比較均勻，為此宜前寬後窄呈“ 喇叭口”形，以適應進水口沿程取水後槽內流量漸減的情況。
(3)在平面上可以布置成直線形或曲線型，後者對防沙更有利。
( 4 ) 有的工程對沖沙槽輸沙能力進行校核，使其大於進入槽內的來沙量 。
( 5 ) 為了增大排沙防沙效果，可以在槽內布置潛沒分水牆、導沙坎，特別對多衝孔沙閘的情況採用更為普遍。
( 6 ) 在一 般情況下，為了增加開啟沖沙閘的機會和沖沙的次數，沖沙閘的寬度以小一 點為好，因此當計算沖 沙流量較大時，可以分成兩孔或更多。
天生橋二級水電站的防沙設施
防沙工程充分利用天然河彎環流、人工環流及沉沙排沙等措施，採用多級水位調度方式，控制溯源沖刷，減少進閘沙量 。
充分利用天然河灣將泄流沖沙工程設於河中部及凸岸一側，引水工程設於彎頂凹岸一側，並於進水閘前設定了一套防排沙設施。
防排沙措施的設計及模型驗證
樞紐建成後，上遊河道來沙必然要到閘壩前，在進水閘前需同時處理好防止粗細沙和卵石入洞問題。緊接進水閘後即為引水洞，閘後無處理泥沙的場地，全部沙卵石均需在進水閘前處理完畢。為此，在發電洞進水閘前設定了沉沙池、導沙坎及排沙廊道 ，該區位於彎道末端主流區，它與排沙閘一起構成一個整體，是防止和減少泥沙進閘的主要設施。具體做法是沿右孔沖沙閘的左墩向上游延伸，做一道低隔水牆，將壩前庫區隔為兩部分。右側部分在進水閘前形成沉沙池，池內只通過電站引用流量和排沙流量，因此水流平緩，用以沉積中粗沙及少量礫石 ，沉沙池進口設導沙坎，沉沙池尾部設排沙廊道，道出口與排沙閘連線。
進水口位置及導沙坎的作用
根據實際運行情況可以看出，進水口位置較好。河段為一天然河灣，首部樞紐位於開闊河灣凹 岸末端，主流均靠凹岸，沉沙池及池前導沙坎均設於此區，導沙坎前流速較高，主流頂沖。只要打開沖沙閘，行近坎前的推移質泥沙絕大部分仍沿導沙坎隔水牆從沖沙閘排走 。
沉沙池及排沙廊道的作用
沉沙池是由河岸邊、進水閘、隔水牆及導沙坎合圍形成的，池內水流與池外水流用隔水牆隔開，水流只從前面進口進入要求的流量，池內水流平衡，流速較低，平均流速一般小於 0.6m/s，可以沉下粒徑大於 0.5mm 的推移質泥沙，懸移質泥沙中極粗部分亦可沉下。
幾點認識
(1)充分利用天然河灣，將泄流排沙布設於河道中部和凸岸，將引水工程布設於凹岸主流區是合理的。
(2)在引水區前沿彎道主流區設定了一道與主流交角為35°的導沙坎，利用導沙坎前產生的環流，進一步攔截導走推移至坎前的卵石粗沙，使攔排沙效果處於有利的狀態。
(3)在進水閘前利用一部分庫區作為沉沙池，來控制越過導沙坎的中沙和粗沙，是十分必要的。電站進水閘後無泥沙處理場地，利用閘前部分庫容作為沉沙池是一種充分利用空間的好辦法。同時沉沙池的隔水牆與導沙坎連為一體在施工期間可以作為施工導流牆，將庫區內的沙卵石沿牆外導向壩下游。
(4)在沉沙池尾部設定排沙廊道，可以進一步排除池內淤沙。排沙廊道連續或定期排沙，清洗沉沙池，從而保持沉沙池處於較好的工作狀態。排沙廊道與排沙閘之間採用曲線型過渡連線，可避免急彎產生負壓。
(5)隨著流量過程變化採取靈活的調度方式。根據實際運行經驗，汛期壩前控制水位可適當提高到中等水位而不限定在最低水位。這種運行方式可能會使庫區床面淤積高程有所抬高，沉沙池進沙增加，但只要淤積泥沙能順利地從廊道排走，這種運行方式也是可取的。
攔河閘式引水的樞紐防沙設施
“ 取水防沙” 是低閘（壩）引水樞紐設計中需要解決的重要問題之一。電站的引水松紐布置具有一定的共同性 ，即在河床布置攔河閘作為雍水建築物；電站取水口布置在岸邊，在靠近取水口處設定沖沙閘、沖沙槽、束水牆、攔沙坎和導沙坎等防沙設施。在實際運行中，根據天然來水來沙情況，合理啟閉攔河閘閘孔進行“固體徑流調節”，同時利用各類防沙設施防止推移質進入取水口。
正確選擇樞紐位置 以利防沙排沙
引水樞紐必須選在“ 穩定河段” 上，即該處河床斷面基本不變，主位置比較固定 ，此時可將取水口布置在靠近主槽的位置，以利引水。
將引水樞紐布置在河流彎段上，充分利用彎道環流排沙，是一項常用的、行之有效的防沙措施。
但另 一方面，如果彎道環流強度過大，將引起泄洪閘過水能力不均勻和凹岸嚴重沖刷，故在一般情況下彎道半徑不宜小於4倍河寬。
沖沙槽的泄流規模
沖沙槽流量包括取水口引用流量和沖沙閘沖沙流量兩部分。對於“低壩沖沙槽式” 引水樞紐來說，沖沙槽的泄 流規模需滿足取水口前形成主槽的要求，故泄 能力較大。而攔河閘式樞紐因閘孔均可泄水排沙，故沖沙槽的寬度和泄流能力不宜太大，這樣更有利於“束水攻沙”。
沖沙閘沖沙流量，一般取為引用流量的l 一 2倍。此時取水口在槽內引水的“ 分流比” 約30 ~ 50%，如果防沙設施得當，是可以收到良好防沙效果的。
但對於比降陡、推移質粒徑大的山區河流，當閘前雍水較深、沖沙槽內流速很大(3 ~ 5米 / 秒) 時，沖沙流量的確定還要考慮沖沙閘孔順暢排石的要求，即孔寬不應小於通過卵石最大粒徑的 2.5 ~ 3.0倍。
導沙坎布置
導沙順坎用於兩孔或多孔沖沙閘 ，與沖沙槽內縱向水流方向平行，把沖沙槽分隔成和沖沙閘孔等寬的間隔。 而導沙丁坎則指順坎前端的斜嚮導坎，它與水流夾角30度一 40度。但也有一些導沙坎布置成不規則的坎群。
導沙坎的高度，一 般取沖沙槽內水深的1/3 一 2/3 (丁坎取低一 些)，斷面可為矩形或梯形，其前端 一般要到達 取水口上游端並適當上延。導沙坎的作用是：提高各沖沙閘孔的排沙效果；對引入取水口的水流，將底沙攔阻於坎 外並促使排入下游；對越過坎的底沙，藉助於縱、橫向水流所形成的“ 螺旋流”，使其集中沿坎的內側排向沖沙閘。
攔沙坎高度選擇
為防止底沙進入取水口，攔沙坎應有一定的高度。但過高亦不利，因為在閘前水深一定的情況下，坎愈高則進水水深愈小，而為了保持取水口較小的流速( 否則易吸進底沙)，就必然使進水前緣和沖沙槽拉得很長，這對取水口前 的排沙防沙都是不利的。大中型工程的坎高應大於2~ 3米，或相當於沖沙槽內水深的50% 左右。
