Page 88 - 2025年第56卷第2期

外众多学者关于排沙漏斗的研究多聚焦于几何结构优化和不同结构对漏斗流场特性的影响规律。
排沙漏斗较传统沉沙池的最大优势在于无需人工清淤和排沙，完全依靠水力冲沙和排沙即可实现
连续运行。有学者认为排沙漏斗正常运行时泥沙沉降及排出可以达到动态平衡 ［３０］ ，运行过程中底板泥
沙淤积对流场及水沙分离性能影响小，然而，原型观测发现实际工程运行当中并非完全如此。在新疆
某三级电站排沙漏斗工程中，设计处理粒径为 ０．００５～１ｍｍ，按处理悬移质泥沙进行漏斗工程设计，
但由于电站的一级泥沙处理措施未达到设计功能，而一级、二级电站又未按预期修建，致使进入漏斗
的泥沙粒径范围远超过设计值，最大粒径约为 ２０ｃｍ，持续运行数月后在漏斗室内形成由卵石和细沙
组成的不同厚度淤积体，淤积体一旦形成后难以再次起动排出，厚度持续增加，占据了漏斗室的部分
体积，势必会影响泥沙的沉降和输移，故探明淤积体对排沙漏斗水沙分离性能的影响因素及影响机理
是该电站和排沙漏斗运行管理模式调整中的关键问题。因此，本文以该电站的排沙漏斗工程为原型，
根据原型观测资料概化淤积体类型，开展物理模型试验，研究不同淤积体下排沙漏斗的水沙分离性能
变化规律，并利用声学多普勒流速仪（ ＡｃｏｕｓｔｉｃＤｏｐｐｌｅｒＶｅｌｏｃｉｍｅｔｒｙ，ＡＤＶ）测量不同进流量时不同厚度
淤积体影响下的排沙漏斗三维流场，基于流场特性分析淤积体对水沙分离性能的影响机理。研究成果
可为原型排沙漏斗工程优化运行管理模式提供依据，为后续优化排沙漏斗的结构设计提供参考。

２ 材料与方法

２．１ 物理模型与试验工况 试验系统为自循环系统，由集水池、水泵、流量调节阀门、稳水箱、矩形
渠道、排沙漏斗模型及量水堰组成。试验模型以新疆某三级电站排沙漏斗工程为原型，其排沙漏斗半径
为 ３５ｍ；矩形进水涵洞为双孔结构，单孔宽 ５ｍ，高 ２．８ｍ；漏斗底坡 ｉ ＝ ０．２，悬板距涵洞底高 ４．２ｍ，宽
１２ｍ，排沙底孔半径 ０．５５ｍ。根据相似理论，排沙漏斗模型采用正态模型，按照重力相似准则设计，
即几何相似、水流运动相似和泥沙运动相似 ［３２ － ３６］ ，模型各项比尺见表 １。模型由厚度为 ６ｍｍ的不锈
钢板制成，其糙率约为 ０．００７～０．００８，符合糙率相似条件。模型漏斗室半径为 Ｒ ＝ １２５０ｍｍ ，双孔矩形
进水涵洞单孔宽 ｂ ＝ １８０ｍｍ ，高 ｈ ＝ １００ｍｍ ；底坡 ｉ ＝ ０．２ ，排沙底孔半径为 Ｒ ＝ ２０ｍｍ ，溢流悬板距涵
ｄ
洞底 Ｈ ＝ １５０ｍｍ，宽度 Ｂ ＝ ４３０ｍｍ，为 １８０°半圆环，如图 １所示。其中图 １（ｂ）中，ｄ、ｄ分别为空气
１ ２
涡水面处的直径和底孔处的直径，Ｚ为测线所处位置距涵洞底板水平高度，Ｈ为悬板高度。浑水试验
中选择天然粉沙与天然中砾沙依据级配曲线混合得到试验模型沙，中值粒径 ０．１ｍｍ，模型沙级配如
图 ２（ａ）所示，试验装置系统示意如图 ２（ｂ）所示。

表 １ 模型比尺
几何比尺 流量比尺 流速比尺 糙率比尺 水流挟沙比尺 沉降流速比尺 悬沙粒径比尺 卵石推移质粒径比尺
２８ ４１４８．５ ５．２９ １．７４２ １ ５．２９ ５．２９ ２８

Ａ．进口涵洞；Ｂ．溢流悬板；Ｃ．漏斗室；Ｄ．排沙底孔；Ｅ．溢流侧槽；Ｆ．溢流口
图 １ 模型尺寸示意
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