一种含沙水源滴灌用沉沙池及其优化方法技术

本发明专利技术设计一种含沙水源滴灌用沉沙池及其优化方法，其特征在于：它包括沿水流方向依次设置的稳流消能段、过滤段、静水沉沙段和集水段；稳流消能段的两侧相对间隔交替设置有若干调流齿；过滤段连接稳流消能段和静水沉沙段；静水沉沙段的底面设置成逆坡的形式，沿水流方向逐渐变高，逆坡上沿水流方向并排设置有若干斜板，斜板的表面沿水流方向设置呈拱形结构；静水沉沙段的底面泥沙沉积处设置有若干涡管，各涡管沿截断水流的方向横向设置，涡管底部的高度低于斜板和逆坡的表面，涡管的顶部沿涡管轴向开设有一条形口，涡管的两端均设置有一副池；集水段内与静水沉沙段的连接处设置有一直角三角堰，直角三角堰上水平间隔设置有若干条形的取水槽，各取水槽位于静水沉沙段的上方，各取水槽上均设置有若干进水孔和取水口。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于农业节水灌溉
的沉沙池及其优化方法，特别是关于一种高含沙水源滴灌用沉沙池及其优化方法。
技术介绍
沉沙池是引黄滴灌过程中，沉淀-过滤设施中初级过滤的重要一环，具体为利用重力沉降作用，使水中的悬浮固体颗粒自然沉降至池底，降低水中杂质含量的除沙装置。沉 沙池可将高含沙水源中大颗粒初步滤净，其过滤效率直接影响到整个沉淀-过滤系统的稳定运行。但是，现有沉沙池沉沙效率低，沉淀泥沙不能及时排出池外回用，这些均成为制约沉沙池推广应用的瓶颈问题；且黄河水水质尤为复杂，泥沙问题十分突出。黄河三门峡以上多年平均来沙量达16亿吨，多年平均含沙量37. 6kg，居世界名河之首。这些都表明，更加有效提高泥沙沉降率成为引黄滴灌的重中之重。国内外也有部分提出沉沙池形式，如新疆石河子大学刘焕芳等(专利号ZL200520135844. 3)公开了一种微灌用冲洗式沉沙池，其通过槽状通道首部的横向调流板、其上分布的缓流孔和尾部的横向挡流板，提高对地表水中的泥沙进行处理效率，但其并未提出各部位的合理设计参数，有碍于其更大范围的推广应用。何晓宁等(专利号ZL200920277217. I)公开了一种条形沉沙过滤池，其通过在悬空过滤室底面上设置滤网提高滤水效率，并且使系统故障率降低，但并未提出合理的泥沙清除措施及防止滤网堵塞的适用措施。现有的沉沙池设计存在的问题是泥沙沉降效率及回用率较低，结构设计缺少合理的理论基础，关键是缺乏有效的结构优化及设计参数选择方法。计算流体力学(CFD)通过计算机数值计算及图像显示方法，在时间和空间上定量的描述流场数值解，以其本身的适用性、灵活性及在降低设计成本、缩短开发周期方面的优势，在结构优化设计方面得到了较为广泛的应用。但未见应用此方法对引黄滴灌过程中沉沙池进行结构优化及选择最佳设计参数。
技术实现思路
针对上述问题，本专利技术的目的是提供一种泥沙沉降率高，能够及时排沙，适用范围广，且占地少、造价低、建设方便的含沙水源滴灌用沉沙池及其优化方法。为实现上述目的，本专利技术采取以下技术方案一种含沙水源滴灌用沉沙池，其特征在于它包括沿水流方向依次设置的稳流消能段、过滤段、静水沉沙段和集水段；所述稳流消能段为一长条形渠道，其两侧相对设置有若干调流齿，两侧的各所述调流齿间隔交替设置，且沿水流方向具有一定的倾斜角度；所述过滤段为弧形过滤渠道，连接所述稳流消能段和宽于所述稳流消能段的静水沉沙段；所述静水沉沙段为长条形渠道，所述静水沉沙段的底面设置成逆坡的形式，沿水流方向逐渐变高，所述逆坡上沿水流方向并排设置有若干斜板，各所述斜板拼接成一层覆盖在所述逆坡的上表面，所述斜板的表面沿水流方向设置呈拱形结构，相邻两所述斜板之间形成倒三角形的沉沙池；在所述静水沉沙段的底面泥沙沉积处设置有若干涡管，各所述涡管沿截断水流的方向横向设置，从所述静水沉沙段内的一侧倾斜通向另一侧，所述涡管底部的高度低于所述斜板和逆坡的表面，所述涡管的顶部沿涡管轴向开设有一条形口，所述涡管的两端均设置有一副池；所述集水段为长条形渠道，该段的宽度与所述静水沉沙段的宽度相同，所述集水段内与所述静水沉沙段的连接处设置有一直角三角堰，所述直角三角堰上水平间隔设置有若干条形的取水槽，各所述取水槽位于所述静水沉沙段的上方，各所述取水槽的侧壁上均设置有若干进水孔，各所述取水槽的顶部设置有取水口。采用卵石在所述稳流消能段的入口处增设渗滤坝。所述稳流消能段的末端与所述过滤段的连接处设置有拦污栅。所述静水沉沙段的底面泥沙沉积处，水流沙相体积分数超过 平均含沙量的30%处设置有若干所述涡管。各所述取水槽的顶部设置的所述取水口为梯形，下窄上宽。上述一种含沙水源滴灌用沉沙池的优化方法，其包括以下步骤1)根据现场情况和操作人员的经验，选取稳流消能段的长度、宽度、内部调流齿的长度Lia、调流齿的数目η范围、同侧相邻两个调流齿之间的间距Sia范围、调流齿与水流前进方向的夹角Θ 范围；选取静水沉沙段的长度，宽度；逆坡的坡度θ 范围；斜板的拱形高度11#4范围，斜板的拱形坡度范围；润管的直径Dffi范围，Dffi= (1/5 l/3)h#，式中山#为静水沉沙段的所需水深，选取h静的范围；涡管顶部的条形口的开口宽度b祸范围，b祸=D祸sin(i3祸/2)，β祸为涡管与水流前进方向之间的夹角，选取β 的范围；2)根据步骤I)选取的经验值，建立微灌沉沙池分步计算结构模型，具体分别为建立消能稳流段、静水沉沙段和所提出的沉沙池整体的模型，对模型进行网格划分和设置计算域的边界条件；3)采用两相流模型对步骤2)中所建立的各三维模型进行分步求解，逐级计算选择最优结构参数，具体如下第一步对稳流消能段的模型进行逐级计算求解以调流齿的根部无泥沙淤积且静水沉沙段的出口流量满足灌区所需灌溉用水量，为调流齿最优布置形式评判标准，对调流齿的各项参数进行逐级模拟选择；内部调流齿的长度Lia设置为稳流消能段宽度的1/2，其他参数设定①在调流齿数目nia范围内，选取若干值分别进行模拟；基于模拟结果，依据上述调流齿最优布置形式评判标准确定nia的最优取值区间在同侧相邻两个调流齿之间的间距Sia范围内，选取若干值分别进行模拟；基于模拟结果，依据上述调流齿的最优布置形式评判标准，确定Sia的最优取值区间；③在调流齿与水流前进方向的夹角Θ 范围内，选取若干值分别进行模拟；基于模拟结果，依据上述调流齿最优布置形式评判标准，确定Θ 的最优取值区间；通过对以上各项参数的逐级选择，确定调流齿的最优数目Θ 、间距Sia及其与水流前进方向夹角Θ 的最优取值区间；第二步对静水沉沙段进行逐级计算模拟首先，设定静水沉沙段的长度L11为步骤I)中所提出的长度的2倍；当静水沉沙段内某断面的沙相含量小于200mg/L时，认为此时泥沙沉积较完全，此断面即为静水沉沙段的终断面，得到静水沉沙段的最优长度；设置静水沉沙段的设计深度H11范围，H11高于静水沉沙段的所需深度h#范围O.2m O. 5m,根据H11得到宽深比α !!范围,在宽深比α !!范围内选取若干值分别进行计算模拟，根据泥沙沉降率确定α #的最优取值区间；然后，静水沉沙段布设为最优长度，选取最优取值区间内的宽深比，取水槽均匀布设在段尾，采用梯形取水口进行模拟；增设优化结构，具体为①底面泥沙沉降处水流沙相体积分数大于初始值的30%处增设涡管，并在涡管的两端出口处设置副池；涡管的直径Dffi= (1/5 1/3)1!# ;涡管顶部条形口的开口宽度bffi=Dffisin(i3 Jt);在涡管的直径Dffi范围内选取若干值进行计算模拟，根据泥沙排除效果确定涡管直径1^8的最优取值区间；在β 的取值范围内选取若干值进行计算模拟，根据泥沙排除效果确定β ^的最优取值区间；②在斜板的拱形高度h#4范围内，选取若干值进行计算模拟，根据斜板间泥沙沉降率确定斜板高度^4的最优取值区间；设定斜板的拱形坡度范围1:1 1:2 ;在逆坡的坡度Θ $范围内，选取若干值进行计算模拟，根据底面泥沙沉降率确定逆坡坡度Θ $的最优取值区间；第三步对稳流消能段和静水沉沙段整体进行逐级计算模拟分别在稳流消能段调流齿的最优数目nia、间距Sia、其与水流前进方向夹角Θ 的最优取值区间和静水沉沙段的宽深比α,涡管的直本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种含沙水源滴灌用沉沙池，其特征在于：它包括沿水流方向依次设置的稳流消能段、过滤段、静水沉沙段和集水段；所述稳流消能段为一长条形渠道，其两侧相对设置有若干调流齿，两侧的各所述调流齿间隔交替设置，且沿水流方向具有一定的倾斜角度；所述过滤段为弧形过滤渠道，连接所述稳流消能段和宽于所述稳流消能段的静水沉沙段；所述静水沉沙段为长条形渠道，所述静水沉沙段的底面设置成逆坡的形式，沿水流方向逐渐变高，所述逆坡上沿水流方向并排设置有若干斜板，各所述斜板拼接成一层覆盖在所述逆坡的上表面，所述斜板的表面沿水流方向设置呈拱形结构，相邻两所述斜板之间形成倒三角形的沉沙池；在所述静水沉沙段的底面泥沙沉积处设置有若干涡管，各所述涡管沿截断水流的方向横向设置，从所述静水沉沙段内的一侧倾斜通向另一侧，所述涡管底部的高度低于所述斜板和逆坡的表面，所述涡管的顶部沿涡管轴向开设有一条形口，所述涡管的两端均设置有一副池；所述集水段为长条形渠道，该段的宽度与所述静水沉沙段的宽度相同，所述集水段内与所述静水沉沙段的连接处设置有一直角三角堰，所述直角三角堰上水平间隔设置有若干条形的取水槽，各所述取水槽位于所述静水沉沙段的上方，各所述取水槽的侧壁上均设置有若干进水孔，各所述取水槽的顶部设置有取水口。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李云开，冯吉，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：