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水 利 学 报

２０２５年 ２月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５６卷 第 ２期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２５）０２ － ０２２７ － １３

淤积体对排沙漏斗水沙分离性能的影响机理研究

李 琳 １，２ ，顾怀猛 １，２ ，谭义海 １，２
（１．新疆农业大学 水利与土木工程学院，新疆 乌鲁木齐 ８３００５２；
２．新疆水利工程安全与水灾害防治重点实验室，新疆 乌鲁木齐 ８３００５２）

摘要：为揭示淤积体对排沙漏斗水沙分离性能的影响机理，开展不同厚度淤积体下的浑水模型试验，并利用声学
多普勒流速仪量测三维流场，观测空气涡形态变化。研究结果表明：不同进流量下排沙耗水率均随淤积体厚度的
增大而增大，泥沙截除率随淤积体厚度增加而逐渐降低，不同淤积厚度下排沙耗水率是无淤积体时的 １．２７～２．１４
倍，泥沙截除率降幅 ３３％～５７％；淤积体导致漏斗流场特性发生改变，泥沙淤积厚度增加使空气涡由无淤积时的
稳定贯穿变化至频繁摆动并偏离排沙底孔，不同水沙条件下涡径减小 ５．９５％～５３．０７％，使排沙耗水率增大；漏斗
室内自由涡范围和强度随淤积体厚度增加而减小，设计流量下切向流速平均减小 ２０％～５５％，位于强迫涡和自由
涡间的环形低流速带宽度与无淤积情况相比增大 ３３％～４０％，不利于水沙的螺旋流分离，横向环流强度减弱，不
利于泥沙向底孔输移，致使淤积加剧，从而进一步削减旋流强度；径向及垂向紊动强度随泥沙淤积厚度增加分别
增大 １０％～１１０％和 １２％～１２０％，致使悬移质泥沙难以沉降，截除率大幅降低。
关键词：排沙漏斗；模型试验；淤积体；空气涡形态；流场特性
中图分类号：ＴＶ６７３
文献标识码：Ａ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２４０５０６
１ 研究背景

我国西北内陆地区气候干旱，植被覆盖率低，河流含沙量高，较高的含沙量给流域内蓄水工程、
引水发电工程以及农业灌溉工程运行造成严重危害，如水库泥沙大量淤积，缩短工程服役周期，引水
式电站大修次数增加，降低电站发电效益等。因此，在引水干渠、水库、水电站上游修建二级泥沙处
理设施如沉沙池 ［１］ 、涡流管 ［２］ 、隧道式泥沙排出器 ［３］ 、 “圆中环” 沉沙池 ［４］ 、旋流排沙渠道 ［５］ 以及排
沙漏斗等对泥沙进行处理已成为多沙河流水利工程设计所采取的主要措施。排沙漏斗是由周著等 ［６］ 对
［７］
Ｓａｌａｋｈｏｖ 提出的一种环形沉沙装置的结构型式进行改进而得，其在引水干渠、引水式电站等工程中
广泛应用，解决了部分推移质和悬移质泥沙淤积难题。
泥沙运动特性和排沙漏斗结构、水流特性均较为复杂，学者们对其开展大量研究，逐渐阐明泥沙
冲淤及输沙特性 ［８ － ９］ ，获得了排沙漏斗几何结构参数与各粒径泥沙截除效果之间的关系 ［１０ － １３］ 。亦有学
者将新的几何结构引入排沙漏斗，如溢流悬板 ［１４ － １５］ 、导流墩 ［１６］ 、淹没导片 ［１７ － １８］ 等，拓宽了排沙漏斗的
处理流量及截除泥沙粒径范围，改善了截沙效果。为了提高悬板稳定性，学者们针对悬板开孔区域、开
孔类型和开孔率 ［１９ － ２０］ 以及悬板倾斜角度 ［２１ － ２３］ 对水沙分离性能的影响规律开展研究；研究人员在悬板下方
增加立柱等支撑结构，对立柱类型及其排列方式对漏斗水沙分离性能的影响规律开展了系统研究 ［２４ － ２５］ 。
对于排沙漏斗流场方面，有学者通过数值模拟研究获得了排沙漏斗内比较清楚的自由涡结构 ［２６］ 、逆时针
流动条件下的三维流速 ［２７］ 、水沙运动规律 ［２８ － ３０］ 、三维流场中的二次流结构及排沙机理 ［３１］ 。综上，国内

收稿日期：２０２４ － ０８ － ０６；网络首发日期：２０２４ － １２ － ２７
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｌｉｎｋ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｕｒｌｉｄ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２４１２２６．１０１７．００１
基金项目：国家自然科学基金项目（５２０６９０２８）
作者简介：李琳（１９７９ － ），博士，教授，主要从事水力学及河流动力学研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｌｉｌｉｎ＿ｘｊａｕ＠１６３．ｃｏｍ
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