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摘要：針對臺州電廠循環水泵前池各種可能的改造方案進行了模型試驗，根據模型試驗的結果確定了工程量小、可明顯改善循環水泵工作條件的改造方案．試驗結果表明，根據椒江泥沙特點所確定的泥沙運動相似條件及所選擇的模型沙是合理的，所取得的試驗成果對工程設計有一定的指導意義．

關鍵詞：電廠，循環水泵前池；泥沙淤積，模型試驗

臺州電廠位于浙江省椒江市前所鎮東側，南鄰椒江，自1980年籌建以來，已分別完成了四期工程，是浙江東部沿海的一個重要電力中心．但臺州電廠取水口受到自然條件限制采用明渠引水，由于進水量不足、水質差致使一、二期工程循環水泵前池淤積嚴重，低潮位時，水泵運行不正常，效率低．鑒于此，有必要對一、二期工程循環水泵前池進行改造，以改善水流條件，減少淤積，增加進水量，保證循環水泵在各種條件下都能正常工作．

為了尋求合理的前池改造方案，使其泥沙淤積不影響循環水泵的正常工作，同時又盡可能地減少改造工程量，試驗中選擇了四種可能的改造方案：①將一、二期工程前池與三期工程前池隔墻部分拆除；②將一、二期工程前池與三期工程前池隔墻全部拆除；③在一、二期工程前池增開新的進水口；④既拆除一、二期工程前池與三期工程前池隔墻，同時又在一、二期工程前池增開新的進水口．

試驗分清水和渾水（泥沙淤積）試驗兩個階段．通過清水試驗觀測以上各種可能的改造方案的水流流態，量測前池內各主要部位的流速分布，籍此分析進水流道及前池中可能的泥沙淤積情況，選擇出較為合理的前池改造方案；對清水試驗初步選定的改造方案進行渾水（泥沙淤積）試驗，以確定各進水流道及前池中各部位的淤積情況，確定達到淤積平衡的時間和淤積量，以檢驗改造方案的合理性．

1模型設計

1．1模型律及模型比尺

根據循環水泵前池的布置及尺寸，試驗采用長度比尺為15的幾何正態模型，即：，模型按重力相似準則設計．由長度比尺可推求其他參數比尺：流量比尺；流速比尺λv＝；壓力比尺λp＝λl＝15；水流時間比尺λt1＝

1．2泥沙運動相似條件及模型沙選擇

椒江河段泥沙以海域來沙為主，流域來沙較少，懸沙濃度高，平均含沙量在4～8kg／m3，在取水口處的淤積主要由懸沙沉積所致．

在用模型研究懸沙運動問題時，為了使流道中泥沙的淤積相似，模型沙的選擇應使其符合沉降相似條件，其沉降速度比尺：

式中為模型沙浮容重比尺．

為了使模型與原型懸沙運動相似，還必須滿足揚動相似，根據沙玉清［1］的研究，當泥沙粒徑d≤0．08mm時，其揚動流速小于起動流速，即床面泥沙一旦被起動，就浮于水中，成為懸移質泥沙．為了滿足淤積量和淤積部位相似，模型主要應滿足沉降相似和水流挾沙能力相似．

挾沙能力比尺要求與含沙量比尺相等，即

式中：為挾沙量比尺；λs為含沙量比尺；λγs為泥沙容重比尺．

根據上述懸沙運動相似條件，選擇電木粉為模型沙，電木粉的沙粒容重為15kN／m3，淤積干容重為5kN／m3，天然沙淤積干容重約為12kN／m3，天然沙容重約為26．5kN／m3，故干容重比尺λγ0＝2．4．

由1993年12月實測水文資料，懸沙中值粒徑多在0．01～0．02mm內，取水口附近淤積物中值粒徑約為0．02mm，泥沙顆粒中較細部分，沉降速度小，在取水明渠內不易沉積下來，在達到淤積平衡狀態時，取水口內的淤積主要由較粗顆粒泥沙組成．

由原型沙的級配曲線確定選用原型沙的中值粒徑d50為0．02mm，由式（2）所給的懸沙粒徑比尺λd＝1．08．于是可得模型沙的中值粒徑為0．0185mm，其他相應的挾沙能力比尺和沖淤時間比尺分別為

考慮到在高潮位時淤積的泥沙在低潮位時有可能被沖起，故所選的模型沙應滿足起動相似，即起動流速比尺應等于流速比尺：λvk＝λv＝3．87．

原型沙和模型沙（電木粉）的起動流速均采用竇國仁公式［2］計算：

式中：vk為起動流速，cm／s；h為水深，cm；Δ為床面泥沙顆粒的粗糙高度，cm；εk為粘結力參數，cm3／s2，原型沙εk＝2．56cm3／s2，電木粉εk＝0．2cm3／s2；δ為薄膜水厚度，cm，δ＝0．21×10－4cm；d為泥沙的粒徑，mm．

式（4）計算的天然沙和模型沙的起動流速見表1，起動流速比尺與模型律所要求的流速比尺基本一致．

2試驗成果及分析

2．1改造方案的確定

在試驗中分別在平均高潮位（▽4．27m）和保證率97％低潮位（▽－0．88m）情況下選擇了兩種較為典型的水泵運行組合，對各種改造方案及改造前的前池流速場進行了量測．實測結果表明，平均高潮位與保證率97％低潮位情況下，改造前的前池中的水流流速差別較大，對于下層水流而言，最大流速值分別為0．52m／s和1．49m／s．而不同的水泵運行組合對前池中的流速分布只會造成局部影響，對整體影響不是很大．這也說明，不同的水泵運行組合對前池中泥沙的淤積分布會造成一定的影響，但對總的淤積量的影響不會太大．

比較各改造方案的流場，雖然不同程度上對現有的淤積情況都有所改善，但有些方案還會造成新的淤積或因工程量大影響發電等．綜合比較將一、二期前池與三期前池隔墻部分拆除，即將與前池底寬相同的隔墻從上到下拆除，保留前池邊坡上的部分隔墻．從工程施工角度看此方案的改造工程量最小．

圖1分別為平均高潮位時，前池上層水流的流速分布矢量圖．隔墻部分拆除后的流場與原流場相比，并無明顯的變化．對于底層的水流而言，在1號和9號循環水泵流道前隔墻附近區域，原方案中的流速較低，淤積嚴重，但在部分拆除隔墻以后，該區域的流速明顯加大，在保證率97％低潮位情況下，由原來的0．076m／s提高到0．29m／s．對于改善三期前池在1號和2號泵前的淤積以及1號和2號泵在低潮位時的搶水現象有明顯的作用．

由于一、二期前池與三期前池相連通，這樣造成兩條進水明渠的流量重新分配，一、二期明渠的流量相對減小，而三期明渠的進水量則增加，它一部分仍用于供應8號和9號泵，另一部分則用于補充1號和2號泵的取水量，可解決1號和2號泵同時運行·53·

時的水量不足問題．

2．2泥沙淤積

為了驗證模型設計及模型沙的相似比尺是否選擇得當，通過對改造方案前的模型進行了實際放水驗證，其淤積平衡時間和淤積部位與臺州電廠1999年10月前池淤積的實測結果相比，基本上是一致的．說明模型設計及模型沙的選擇是合理的．

圖2為1號、4號和9號泵停機，2號、3號、5號、6號、7號和8號泵運行43h（相當原型30d左右），改造方案前池內淤積達到基本平衡后的泥沙淤積三維分布圖．

從實測結果看，前池中泥沙主要淤積的區域在一、二期與三期前池之間的隔墻附近，最大淤積厚度達到1．75m，位于三期前池明渠進口擴散段右側（順明渠水流方向，下同），另一個淤積相對集中的區域為一、二期前池進水明渠擴散段的左側．顯然淤積較多的區域都位于停止運行的水泵流道進口前的部位．比較圖1（b）與圖2，不難發現，兩者之間的對應關系是明顯的，流速值相對較小的區域，泥沙的淤積量就較多，流速值小于0．25m／s的區域，泥沙的淤積厚度多在1．5m以上．

雖然該改造方案不能消除淤積現象，但對重點部位的淤積程度可起到明顯的減輕作用，隔墻附近的淤積厚度改造后減小約0．7m．尤其是1號和2號泵前的淤積狀況有明顯的改善．

3結語

a．對于臺州電廠的各種改造方案，要完全避免淤積都是不可能的，只能從中選擇不會影響循環水泵正常運行的淤積且改造工程量小而又便于施工的方案．

b．驗證試驗表明，在滿足水流和泥沙相似率的前提下，根據臺州電廠循環水泵和前池淤積是由懸移質引起的特點，所確定的模型律和模型沙的選擇是合理的．

c．試驗所確定的將一、二期工程前池與三期工程前池部分連通的改造方案對改善原前池中主要淤積部位的淤積有明顯的作用．

參考文獻：

［1］沙玉清．泥沙運動學引論［M］．北京：中國工業出版社，1965．

［2］竇國仁．全沙模型相似律及設計實例［J］．水利水運科技情報，1977