NB∕T 10390-2020 水电工程沉沙池设计规范(能源).pdf
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1、 ICS 27.140 P 59 NB 中华人民共和国能源行业标准 P NB/T 10390-2020 代替代替 DL/T 5107-1999 水电工程沉沙池设计规范 Code for Design of Desilting Basin for Hydropower Projects 2020-10-23 发布 2021-02-01 实施 国家能源局 发布 中华人民共和国能源行业标准 水电工程沉沙池设计规范 Code for Design of Desilting Basin for Hydropower Projects NB/T 10390-2020 代替 DL/T 5107-1999 主
2、编部门:水电水利规划设计总院 批准部门国 家 能 源 局 施行日期2 0 2 1年2月1日 中国水利水电出版社 2021 北京北京 国 家 能 源 局 公 告 2020 年 第 5 号 国家能源局批准水电工程生态流量实时监测系统技术规范等 502项能源行业标准 (附件 1) 、Series Parameters for Horizontal Hydraulic Hoist(Cylinder) 等 35 项能源行业标准英文版(附件 2) ,现予以发布。 附件:1.行业标准目录 2.行业标准英文版目录 国家能源局 2020 年 10 月 23 日 附件 1: 行业标准目录 序号 标准编号 标准名称
3、 代替标准 采标号 批准日期 实施日期 6 NB/T 10390-2020 水电工程沉沙池设计规范 DL/T 5107-1999 2020-10-23 2021-02-01 前 言 根据国家能源局关于下达2015年能源领域行业标准制(修)订计划的通知(国能科技2015283号)的要求,规范编制组经广泛调查研究,认真总结实践经验,参考有关国内先进标准,并在广泛征求意见的基础上,修订本规范。 本规范的主要技术内容是:沉沙池设置条件及设计标准、沉沙池类型选择、沉沙池布置、水力设计及主要尺寸计算、结构设计、运行设计、泥沙观测设计。 本规范修订的主要技术内容是: 增加了沉沙池结构设计相关计算要求。 修改
4、了规范的适用范围。由大中型水电水利工程中3级及3级以上,修改为水电工程中沉沙池。 修改了沉沙池设置标准。 删除了水利沉沙池设置标准。 本规范由国家能源局负责管理,由水电水利规划设计总院提出并负责日常管理,由能源行业水电勘测设计标准化技术委员会负责具体技术内容的解释。 执行过程中如有意见或建议,请寄送水电水利规划设计总院(地址:北京市西城区六铺炕北小街2号,邮编:100120)。 本规范主编单位:中国电建集团成都勘测设计研究院有限公司 本规范主要起草人员:朱万强 黄彦昆 郝元麟 姜德全 何贤佩 刘 丁 田 迅 吕金波 卢培灿 原立毅 陈 强 鞠 琳 本规范主要审查人员:党林才 方光达 张红武 刘
5、兴年 李国斌 龙起煌 曹渝波 王 毅 关李海 胡旺兴 姜宏军 武彩萍 杨晋营 赵 轶 刘荣丽 李仕胜 目 次 1 总 则 . 1 2 术 语 . 2 3 沉沙池设置条件及设计标准 . 4 3.1 基本资料 . 4 3.2 入池含沙量及泥沙级配确定 . 4 3.3 沉沙池设置条件及泥沙沉降标准 . 5 4 沉沙池类型选择 . 7 5 沉沙池布置 . 10 5.1 一般规定 . 10 5.2 定期冲洗式沉沙池. 10 5.3 连续冲洗式沉沙池. 11 5.4 条渠沉沙池 . 11 6 水力设计及主要尺寸计算. 13 6.1 一般规定 . 13 6.2 引渠及上游连接段. 13 6.3 工作段 .
6、13 6.4 下游连接段及输水道 . 16 6.5 沉沙池及排沙道水力学计算 . 16 7 结构设计 . 17 7.1 一般规定 . 17 7.2 结构计算 . 17 8 运行设计 . 19 9 泥沙观测设计 . 20 附录 A 泥沙沉降计算 . 21 附录 B 悬移质泥沙沉速计算 . 27 附录 C 沉沙池排沙水力计算 . 29 附录 D 沉沙池冲洗计算 . 32 本规范用词说明 . 36 引用标准名录 . 37 附:条文说明 . 38 Contents 1 General Provisions . 1 2 Terms . 2 3 Setting Conditions and Design
7、Criteria for Desilting Basin . 4 3.1 Basic Data . 4 3.2 Determining Inflow Sediment Concentration and Particle Size Distribution . 4 3.3 Setting Conditions and Settling Criteria for Desilting Basin . 5 4 Selection of Desilting Basin Types . 7 5 Layout of Desilting Basin . 8 5.1 General Requirements
8、. 8 5.2 Periodic Flushing Desilting Basin . 9 5.3 Continuous Flushing Desilting Basin . 9 5.4 Desilting Channel . 9 6 Hydraulic Design and Main Dimension Calculation . 11 6.1 General Requirements . 11 6.2 Headrace Channel and Upstream Transition Section. 11 6.3 Working Section . 11 6.4 Downstream Tr
9、ansition Sections and Water Conveyance Channel . 14 6.5 Hydraulic Calculation for Desilting Basin and Sediment Releasing Channel . 14 7 Structural Design . 15 7.1 General Requirements . 15 7.2 Structural Calculation . 16 8 Operation Design . 17 9 Sediment Monitoring Design . 18 Appendix A Sediment S
10、ettling Calculation . 19 Appendix B Calculation on Suspended Sediment Settling Velocity . 24 Appendix C Hydraulic Calculation on Releasing Sediment for Desilting Basin .29 Appendix D Hydraulic Calculation on Flushing Sediment for Desilting Basin 36 Explanation of Wording in This Code . 43 List of Qu
11、oted Standards . 44 Addition: Explanation of Provisions . 45 1 1 总总 则则 1.0.1 为规范水电工程引水建筑物中沉沙池设计,制定本规范。 1.0.2 本规范适用于水电工程处理悬移质泥沙的沉沙池设计。 1.0.3 水电工程沉沙池设计,除应符合本规范外,尚应符合国家现行有关标准的规定。 2 2 术术 语语 2.0.1 沉沙池 desilting basin 用以沉淀挟沙水流中颗粒大于设计沉降粒径的悬移质泥沙,降低水流中含沙量的建筑物。 2.0.2 定期冲洗式沉沙池 periodic flushing desilting basin
12、 沉沙池淤积到一定程度后,开启冲沙闸进行冲洗,沉沙与冲洗交替运行的沉沙池。 2.0.3 连续冲洗式沉沙池 continuous flushing desilting basin 在连续供水的同时,将沉落的泥沙连续不断地冲排入下游河道的沉沙池。 2.0.4 条渠沉沙池 desilting channel 利用天然洼地,形成长度较长的宽浅土渠沉沙池。 2.0.5 工作段 working section 沉沙池中用于沉降泥沙的主要池段。 2.0.6 工作长度 working length 沉沙池中用来沉积泥沙的工作段长度。 2.0.7 工作宽度 working width 沉沙池中用来沉积泥沙的工作
13、段宽度。 2.0.8 工作深度 working depth 沉沙池正常水位以下至设计泥沙淤积高程之间的水深。 2.0.9 工作流量 working flow 对定期冲洗式水电站沉沙池为引用流量, 设置排沙孔的定期冲洗式沉沙池为引用流量与池末底孔排沙流量之和;对连续冲洗式沉沙池为引用流量与冲沙流量之和。 2.0.10 冲洗流量 flushing flow 定期冲洗式沉沙池,沉沙与冲洗交替运行,池室(厢)冲沙时,经进口闸引入冲沙的流量。 2.0.11 池室 basin chamber 按工作流量、工作宽度和工作深度,由高于正常水位的隔墙,将工作段平行水流方向分成的若干室槽。 2.0.12 池厢 b
14、asin tank 3 定期冲洗式沉沙池中,根据冲沙流量,由高于设计淤积面以上的冲沙水位的隔墙,将池室平行水流方向分隔成的若干厢槽。 2.0.13 溢流堰区 overflow area 定期冲洗沉沙池工作段尾部设有溢流堰,用以引取表层水的区段。 2.0.14 过机多年平均含沙量 mean annual sediment concentration through turbine 过机多年输沙量与过机多年引水量之比。 2.0.15 粗粒径含沙量 coarse sediment concentration 大于沉沙池设计最小沉降粒径的悬移质含沙量。 4 3 沉沙池设置条件及设计标准沉沙池设置条件及
15、设计标准 3.1 基本资料基本资料 3.1.1 沉沙池设计应收集下列基本资料: 1 地形、地质资料。 2 工程所在河段实测流量、悬移质含沙量、颗粒级配与分析方法及水温资料。 3 悬移质泥沙矿物成分和硬度资料。 4 沉沙池冲排沙道出口为天然河道时,出口处天然河道的水位流量关系。 5 沉沙池边墙临近天然河道时,该河段的各级流量水面线。 6 河流冰情和气温资料。 7 河流污物来源及其特性。 3.1.2 沉沙池设计应收集下列相关专业设计资料: 1 沉沙池引渠、输水道水位。 2 工程所在河段径流设计成果。 3 设计引用流量。 4 引渠及输水道水流挟沙力。 5 水轮机过流部件耐磨性能、抗磨措施及水轮机大修
16、间隔,水轮机工作水头。 6 水库和电站的调度运行方式。 3.2 入池含沙量及入池含沙量及泥沙泥沙级配级配确定确定 3.2.1 时段平均入池含沙量应根据取水枢纽引水期入池逐日平均含沙量和逐日平均引水流量按下式计算: S=TiiTiiiQSQ11 (3.2.1) 式中:S时段平均入池含沙量(kg/m3); T时段天数; Qi第i日平均引水流量(m3/s); Si第i日入池日平均含沙量(kg/m3)。 5 3.2.2 作为沉沙池设计依据的代表性入池悬移质含沙量和颗粒级配,应根据沉沙池类型、河流输沙特性和水库沉沙作用,经分析论证后选用。 3.3 沉沙池设置条件及泥沙沉降标准沉沙池设置条件及泥沙沉降标准
17、 3.3.1 沉沙池的设置初步判别(图3.3.1)应根据过机多年平均含沙量Sp、过机多年平均粗粒径含沙量Sp与水轮机额定水头Hr的交点确定。交点均位于图A区的,可不设置沉沙池;交点均位于图C区的,宜设置沉沙池;交点均位于图B区的,当水轮机过流部件的水力设计、结构设计及材料采用了可靠的抗磨措施,可不设置沉沙池。 (a)HrSp 6 (b)HrSp 图 3.3.1 沉沙池设置初步判别 3.3.2 沉沙池设置应在初步判别的基础上,根据水轮机泥沙磨损程度及磨损危害分析计算成果,考虑电站在系统中的作用、枢纽布置条件、沉沙池的投资、泥沙特性、水轮机的耐磨水平、电站效益及运行检修要求等因素,进行技术经济综合
18、比较后确定。 3.3.3 当设置沉沙池时, 池内大于等于设计最小沉降粒径的泥沙沉降率宜取为80%85%,沉沙池设计最小沉降粒径可根据水轮机的额定水头按表3.3.3确定。 表表 3.3.3 沉沙池设计最小沉降粒径沉沙池设计最小沉降粒径 额定水头 Hr(m) Hr100 100Hr300 300Hr500 Hr500 设计最小沉降粒径(mm) 0.35 0.25 0.15 0.1 7 4 沉沙池沉沙池类型类型选择选择 4.0.1 水电工程可根据地形和水头条件选用水力冲洗式或非冲洗式沉沙池。 水力冲洗式沉沙池可选用定期冲洗式沉沙池(图 4.0.1-1)或连续冲洗式沉沙池(图 4.0.1-2),连续冲
19、洗式沉沙池可分为单室式和多室式。 非冲洗式沉沙池可选用淤积式沉沙池或机械清淤式沉沙池,根据工程需要也可选用其他型式的沉沙池。 (a)平面图 3121110813 (b)II 剖面图 图 4.0.1-1 定期冲洗式沉沙池 1池室进口闸;2池厢进口闸;3池厢隔墙;4配水墩;5输水道;6冲沙闸;7排沙道;8排沙孔;9横向集水槽;10侧向集水槽;11沉沙池中心线;12池室隔墙;13冲沙闸孔 8 (a)单室连续冲洗式沉沙池平面图 1进口闸;2扩散段;3冲沙支廊道;4配水墩;5整流栅段;6冲沙主廊道;7梯形槽壁;8事故冲沙闸;9出口闸;10沉沙池中心线 3(a)多室式(a)多室式; (b)单室式 (b)单
20、室式图2.1.22 连续冲洗式沉沙池室横断面2113541沉沙室; 2隔墙; 3冲沙支廊道; 4梯形槽壁; 5沉沙池中心线 (b)单室式横断面 1沉沙室;2隔墙;3冲沙支廊道;4梯形槽壁;5沉沙池中心线 3(a)多室式(a)多室式; (b)单室式 (b)单室式图2.1.22 连续冲洗式沉沙池室横断面2113541沉沙室; 2隔墙; 3冲沙支廊道; 4梯形槽壁; 5沉沙池中心线 (c)多室式横断面 1沉沙室;2隔墙;3冲沙支廊道 图 4.0.1-2 连续冲洗式沉沙池 4.0.2 水力冲洗式沉沙池应具有足够的冲沙水头及流量,地形开阔时宜选用定期冲洗式沉沙池,地形狭窄时宜选用连续冲洗式沉沙池。 4.
21、0.3 冲沙水头不足的水电工程宜选用机械清淤式沉沙池。采用机械清淤的沉沙池应有足够的堆沙场地,且不应对该地区环境和工程造成不利影响。 4.0.4 平原地势低洼地区宜选用条渠沉沙池(图4.0.4),可根据地形和运用条件选用以9 挖待沉自流沉沙、扬水沉沙或分期实施的自流与扬水结合等型式。 (a)湖泊型 (b)条带型 (c)梭型 I (d)梭型 II 图 4.0.4 条渠沉沙池 1进水闸;2渠道;3沉沙条渠;4节制闸 10 5 沉沙池布置沉沙池布置 5.1 一般规定一般规定 5.1.1 沉沙池布置应与枢纽布置相协调,合理利用地形、避开不良地段,结合地质条件、工程特点、运行条件、经济指标等因素综合确定
22、。 5.1.2 沉沙池进口宜布置在河道稳定、流态平缓地段,必要时可对河道进行适当改造。 5.1.3 沉沙池宜邻近首部取水枢纽进水口布置,当受地形条件限制或冲沙水头不能满足要求时,可沿引水道下移至适当位置,亦可布置为地下式。 5.1.4 沉沙池轴线宜与沉沙池进口前引渠的轴线重合,有夹角时应采取措施保证进入沉沙池工作段水流的横向及竖向流速分布均匀。 5.1.5 沉沙池主要建筑物的设置应使水流均匀扩散至沉沙池工作段,并应符合下列规定: 1 沉沙池的引渠应满足设计引用流量下的输水和防淤要求,宜在引渠适当位置设置截排底沙设施。 2 扩散段平面布置宜采用对称扩散型式,单侧扩散角不宜大于12 。采用非对称扩
23、散型式时,两侧扩散角之和不宜大于24 。该段底板与工作段底板连接处不宜出现跌坎。 3 配水墩应设置于扩散段内,其位置、尺寸、方向和整流栅的排距、栅距等宜通过水力学模型试验确定。 4 池室、池厢进口闸闸槛顶应与其上游底板齐平或略高,并宜高于池室、池厢设计泥沙淤积面。有污物来源的应在进口闸设拦污栅及清污设施。闸门应满足局部开启工况要求。 5 池室的边墙和隔墙应与相应的池室进口闸的闸墩平顺连接,边墙、隔墙的迎水面坡度不宜缓于1:0.1。 6 根据需要可在沉沙池的引渠、工作段或输水道适当部位设置旁侧溢流堰,堰顶高程宜略高于沉沙池运行水位。溢流能力应根据运行要求等因素确定。 5.1.6 排沙道宜采用无压
24、排沙形式,其纵坡不应缓于沉沙池工作段纵坡。排沙道出口应有抗冲、防淤措施,并应在河道2年洪水重现期水位时保持排沙通畅。 5.2 定期冲洗定期冲洗式式沉沙池沉沙池 11 5.2.1 定期冲洗式沉沙池应设池室进口闸,池室内设有池厢时应设池厢进口闸,进口闸的孔数应与池室厢数一致。各池厢间的隔墙应与相应的池厢进口闸的闸墩相连接,墙顶应高于设计泥沙淤积面以上的冲沙水面高程0.5m。 5.2.2 沉沙池工作段尾部可设置侧向、横向溢流堰和集水槽,溢流堰顶水深宜小于0.2m,溢流堰和集水槽均应满足自由出流条件。侧向和横向集水槽断面应通过水力学计算确定。 5.2.3 沉沙池末横墙底部宜设置排沙孔,排沙孔的流量宜取
25、工作流量的5%8%。每池厢的排沙孔不宜少于2孔。 5.2.4 沉沙池工作段末端应设置冲沙闸,冲沙闸的闸门及启闭机械应满足闸门局部开启工况的要求。 5.2.5 沉沙池下游输水道应设置出口闸。 5.3 连续冲洗式沉沙池连续冲洗式沉沙池 5.3.1 沉沙池冲洗系统应设置若干条支廊道和主廊道。 5.3.2 沉沙池工作段池底可沿池宽方向做成若干倒梯形槽,槽壁与水平向夹角宜大于泥沙水下休止角。 5.3.3 支廊道应顺水流方向布置于沉沙池梯形槽底部,梯形槽底板应布置与冲沙支廊道相通的进沙孔。各条支廊道宜分别汇入一条主廊道。沉沙池工作段内宜设置多个冲洗系统,前段冲洗系统的支廊道长度宜短于后段冲洗系统的支廊道长
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