摘要：针对台州电厂循环水泵前池各种可能的改造方案进行了模型试验，根据模型试验的结果确定了工程量小、可明显改善循环水泵工作条件的改造方案．试验结果表明，根据椒江泥沙特点所确定的泥沙运动相似条件及所选择的模型沙是合理的，所取得的试验成果对工程设计有一定的指导意义．

关键词：电厂，循环水泵前池；泥沙淤积，模型试验

台州电厂位于浙江省椒江市前所镇东侧，南邻椒江，自1980年筹建以来，已分别完成了四期工程，是浙江东部沿海的一个重要电力中心．但台州电厂取水口受到自然条件限制采用明渠引水，由于进水量不足、水质差致使一、二期工程循环水泵前池淤积严重，低潮位时，水泵运行不正常，效率低．鉴于此，有必要对一、二期工程循环水泵前池进行改造，以改善水流条件，减少淤积，增加进水量，保证循环水泵在各种条件下都能正常工作．

为了寻求合理的前池改造方案，使其泥沙淤积不影响循环水泵的正常工作，同时又尽可能地减少改造工程量，试验中选择了四种可能的改造方案：①将一、二期工程前池与三期工程前池隔墙部分拆除；②将一、二期工程前池与三期工程前池隔墙全部拆除；③在一、二期工程前池增开新的进水口；④既拆除一、二期工程前池与三期工程前池隔墙，同时又在一、二期工程前池增开新的进水口．

试验分清水和浑水（泥沙淤积）试验两个阶段．通过清水试验观测以上各种可能的改造方案的水流流态，量测前池内各主要部位的流速分布，籍此分析进水流道及前池中可能的泥沙淤积情况，选择出较为合理的前池改造方案；对清水试验初步选定的改造方案进行浑水（泥沙淤积）试验，以确定各进水流道及前池中各部位的淤积情况，确定达到淤积平衡的时间和淤积量，以检验改造方案的合理性．

1模型设计

1．1模型律及模型比尺

根据循环水泵前池的布置及尺寸，试验采用长度比尺为15的几何正态模型，即：，模型按重力相似准则设计．由长度比尺可推求其他参数比尺：流量比尺；流速比尺λv＝；压力比尺λp＝λl＝15；水流时间比尺λt1＝

1．2泥沙运动相似条件及模型沙选择

椒江河段泥沙以海域来沙为主，流域来沙较少，悬沙浓度高，平均含沙量在4～8kg／m3，在取水口处的淤积主要由悬沙沉积所致．

在用模型研究悬沙运动问题时，为了使流道中泥沙的淤积相似，模型沙的选择应使其符合沉降相似条件，其沉降速度比尺：

式中为模型沙浮容重比尺．

为了使模型与原型悬沙运动相似，还必须满足扬动相似，根据沙玉清［1］的研究，当泥沙粒径d≤0．08mm时，其扬动流速小于起动流速，即床面泥沙一旦被起动，就浮于水中，成为悬移质泥沙．为了满足淤积量和淤积部位相似，模型主要应满足沉降相似和水流挟沙能力相似．

挟沙能力比尺要求与含沙量比尺相等，即

式中：为挟沙量比尺；λs为含沙量比尺；λγs为泥沙容重比尺．

根据上述悬沙运动相似条件，选择电木粉为模型沙，电木粉的沙粒容重为15kN／m3，淤积干容重为5kN／m3，天然沙淤积干容重约为12kN／m3，天然沙容重约为26．5kN／m3，故干容重比尺λγ0＝2．4．

由1993年12月实测水文资料，悬沙中值粒径多在0．01～0．02mm内，取水口附近淤积物中值粒径约为0．02mm，泥沙颗粒中较细部分，沉降速度小，在取水明渠内不易沉积下来，在达到淤积平衡状态时，取水口内的淤积主要由较粗颗粒泥沙组成．

由原型沙的级配曲线确定选用原型沙的中值粒径d50为0．02mm，由式（2）所给的悬沙粒径比尺λd＝1．08．于是可得模型沙的中值粒径为0．0185mm，其他相应的挟沙能力比尺和冲淤时间比尺分别为

考虑到在高潮位时淤积的泥沙在低潮位时有可能被冲起，故所选的模型沙应满足起动相似，即起动流速比尺应等于流速比尺：λvk＝λv＝3．87．

原型沙和模型沙（电木粉）的起动流速均采用窦国仁公式［2］计算：

式中：vk为起动流速，cm／s；h为水深，cm；Δ为床面泥沙颗粒的粗糙高度，cm；εk为粘结力参数，cm3／s2，原型沙εk＝2．56cm3／s2，电木粉εk＝0．2cm3／s2；δ为薄膜水厚度，cm，δ＝0．21×10－4cm；d为泥沙的粒径，mm．

式（4）计算的天然沙和模型沙的起动流速见表1，起动流速比尺与模型律所要求的流速比尺基本一致．

2试验成果及分析

2．1改造方案的确定

在试验中分别在平均高潮位（▽4．27m）和保证率97％低潮位（▽－0．88m）情况下选择了两种较为典型的水泵运行组合，对各种改造方案及改造前的前池流速场进行了量测．实测结果表明，平均高潮位与保证率97％低潮位情况下，改造前的前池中的水流流速差别较大，对于下层水流而言，最大流速值分别为0．52m／s和1．49m／s．而不同的水泵运行组合对前池中的流速分布只会造成局部影响，对整体影响不是很大．这也说明，不同的水泵运行组合对前池中泥沙的淤积分布会造成一定的影响，但对总的淤积量的影响不会太大．

比较各改造方案的流场，虽然不同程度上对现有的淤积情况都有所改善，但有些方案还会造成新的淤积或因工程量大影响发电等．综合比较将一、二期前池与三期前池隔墙部分拆除，即将与前池底宽相同的隔墙从上到下拆除，保留前池边坡上的部分隔墙．从工程施工角度看此方案的改造工程量最小．

图1分别为平均高潮位时，前池上层水流的流速分布矢量图．隔墙部分拆除后的流场与原流场相比，并无明显的变化．对于底层的水流而言，在1号和9号循环水泵流道前隔墙附近区域，原方案中的流速较低，淤积严重，但在部分拆除隔墙以后，该区域的流速明显加大，在保证率97％低潮位情况下，由原来的0．076m／s提高到0．29m／s．对于改善三期前池在1号和2号泵前的淤积以及1号和2号泵在低潮位时的抢水现象有明显的作用．

由于一、二期前池与三期前池相连通，这样造成两条进水明渠的流量重新分配，一、二期明渠的流量相对减小，而三期明渠的进水量则增加，它一部分仍用于供应8号和9号泵，另一部分则用于补充1号和2号泵的取水量，可解决1号和2号泵同时运行·53·

时的水量不足问题．

2．2泥沙淤积

为了验证模型设计及模型沙的相似比尺是否选择得当，通过对改造方案前的模型进行了实际放水验证，其淤积平衡时间和淤积部位与台州电厂1999年10月前池淤积的实测结果相比，基本上是一致的．说明模型设计及模型沙的选择是合理的．

图2为1号、4号和9号泵停机，2号、3号、5号、6号、7号和8号泵运行43h（相当原型30d左右），改造方案前池内淤积达到基本平衡后的泥沙淤积三维分布图．

从实测结果看，前池中泥沙主要淤积的区域在一、二期与三期前池之间的隔墙附近，最大淤积厚度达到1．75m，位于三期前池明渠进口扩散段右侧（顺明渠水流方向，下同），另一个淤积相对集中的区域为一、二期前池进水明渠扩散段的左侧．显然淤积较多的区域都位于停止运行的水泵流道进口前的部位．比较图1（b）与图2，不难发现，两者之间的对应关系是明显的，流速值相对较小的区域，泥沙的淤积量就较多，流速值小于0．25m／s的区域，泥沙的淤积厚度多在1．5m以上．

虽然该改造方案不能消除淤积现象，但对重点部位的淤积程度可起到明显的减轻作用，隔墙附近的淤积厚度改造后减小约0．7m．尤其是1号和2号泵前的淤积状况有明显的改善．

3结语

a．对于台州电厂的各种改造方案，要完全避免淤积都是不可能的，只能从中选择不会影响循环水泵正常运行的淤积且改造工程量小而又便于施工的方案．

b．验证试验表明，在满足水流和泥沙相似率的前提下，根据台州电厂循环水泵和前池淤积是由悬移质引起的特点，所确定的模型律和模型沙的选择是合理的．

c．试验所确定的将一、二期工程前池与三期工程前池部分连通的改造方案对改善原前池中主要淤积部位的淤积有明显的作用．

参考文献：

［1］沙玉清．泥沙运动学引论［M］．北京：中国工业出版社，1965．

［2］窦国仁．全沙模型相似律及设计实例［J］．水利水运科技情报，1977