斜管布置形式對(duì)沉沙池沉積黃河泥沙的影響

查映東，侯 鵬，劉澤元，王克遠(yuǎn)，李云開(kāi)，王春霞

（1.石河子大學(xué) 水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 水利與土木工程學(xué)院，北京 100083）

0 引 言1

【研究意義】黃河流域水資源缺乏，農(nóng)業(yè)用水約占流域用水量的70%[1]，耗水量大但利用率偏低，發(fā)展精量可控的黃河水滴灌已成為緩解黃河沿線灌區(qū)水資源緊缺的有效途徑之一[2-3]，但由于黃河水泥沙質(zhì)量濃度高達(dá)3.7～26.5 kg/m3[4]，且以細(xì)顆粒（d<63μm）泥沙為主[5]，極易造成灌水器堵塞[6-7]。因此，有效去除黃河水細(xì)顆粒泥沙成了滴灌技術(shù)推廣應(yīng)用的首要問(wèn)題。

【研究進(jìn)展】沉淀是處理泥沙最有效的技術(shù)手段，而重力沉沙池是最常規(guī)的泥沙處理設(shè)施，但由于黃河泥沙粒徑細(xì)，進(jìn)而導(dǎo)致泥沙沉降速度慢、池內(nèi)停留時(shí)間長(zhǎng)，通常黃河泥沙沉淀池占地面積大、建設(shè)成本高，限制了其快速應(yīng)用推廣[8-10]。復(fù)合型重力式沉沙池、圓中環(huán)沉沙池、斜板沉沙池、翼片式沉沙池、重力式斜管沉沙池等先后用于解決泥沙問(wèn)題。其中重力式斜管沉沙池因其斜管設(shè)置，對(duì)細(xì)顆粒泥沙去除效果顯著[11-14]，且占地面積小[15]，被認(rèn)為是其中最有發(fā)展前景的黃河泥沙沉沙池之一[16-17]。斜管作為其主要部件，合理的斜管布置被認(rèn)為是高效去除細(xì)顆粒泥沙的關(guān)鍵[18-19]。Salem 等[20]提出斜管沉沙池內(nèi)水力性能和斜管過(guò)水間距平等分配時(shí)，水沙分離效率最高。黃廷林等[21]研究發(fā)現(xiàn)，斜管布水均勻性受沉沙池長(zhǎng)寬比影響最大，增加斜管布置高度、減小管徑可以提高布水均勻性。涂有笑[22]通過(guò)數(shù)值模擬研究發(fā)現(xiàn)，增大配水區(qū)高度有利于提高布水均勻性。Demir[23]提出了斜板布置角度與泥沙沉積效率的經(jīng)驗(yàn)方程，得出了不同泥沙質(zhì)量濃度下斜管的最佳安裝角度。Doroodchi 等[24-25]研究發(fā)現(xiàn)，斜管垂直高度60 cm、傾角60°時(shí)，去除效果最好；Balwan 等[26]通過(guò)試驗(yàn)得出，斜管垂直高度60 cm、布置角度45°時(shí)，去除效果最好；Thomas等[27]通過(guò)試驗(yàn)得出，斜管傾角55°時(shí)，泥沙去除效果最佳。由于斜管的泥沙去除效果受水源水質(zhì)、沉沙池結(jié)構(gòu)、運(yùn)行模式等影響[21-23]，不同學(xué)者得出了不同的結(jié)論?！厩腥朦c(diǎn)】然而對(duì)斜管的研究主要集中于常規(guī)單層斜管，對(duì)雙層甚至多層、不同傾角組合斜管布置的研究相對(duì)缺乏，斜管的最優(yōu)布置形式尚不明確。

【擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題】基于此，本文針對(duì)重力式斜管沉沙池，設(shè)置了3 種斜管布置形式，應(yīng)用黃河上游段[28]、中游段[29]、下游段[30]典型泥沙粒徑的配水，在2 種運(yùn)行流量下進(jìn)行原型沉沙試驗(yàn)研究，對(duì)比分析3 種斜管布置形式對(duì)不同黃河泥沙的沉降效果，旨在摸清斜管最優(yōu)布置形式，優(yōu)化斜管布置參數(shù)，提高斜管沉積效果；明確不同斜管布置下不同黃河泥沙及相關(guān)泥沙組分的沉降特性，重力式斜管沉沙池適宜運(yùn)行模式。

1 材料與方法

1.1 重力式斜管沉沙池

重力式斜管沉沙池剖面圖如圖1 所示，其主要包括底孔引流、調(diào)流板、主要沉降區(qū)、擋板、清水區(qū)、斜管區(qū)、布水區(qū)、沖沙閥。沉沙池長(zhǎng)（x軸）1 000 cm，寬（y軸）200 cm，深（z軸）220 cm，調(diào)流板設(shè)置于x=120 cm 處，擋板設(shè)置于x=600 cm 處，0≤x≤600 cm為主要沉降區(qū)，600 cm≤x≤1 000 cm 為斜管布置區(qū)域。

1.2 試驗(yàn)設(shè)置

試驗(yàn)于2021 年6—10 月在中國(guó)內(nèi)蒙古自治區(qū)巴彥淖爾市磴口縣烏蘭布沙漠灌溉試驗(yàn)站進(jìn)行，位于黃河上游段。試驗(yàn)?zāi)M黃河上游段（Su）、中游段（Sm）、下游段（Sd）的典型黃河水，針對(duì)其泥沙量、粒徑特征，取沈?yàn)醺汕拥烙俜e泥沙，采用旋轉(zhuǎn)振動(dòng)篩篩取不同粒徑范圍（0～100、100～150、150～200、200～250 μm）泥沙，模擬配置3 種不同混合粒徑泥沙的黃河水（表1）。

表1 典型黃河水泥沙體積質(zhì)量、粒徑Table 1 Typical Yellow River sediment volume mass and particle size

試驗(yàn)用水為沈?yàn)醺汕鳎囼?yàn)設(shè)置了2 種運(yùn)行流量（Qq、Qs），分別為36、72 m3/h。

試驗(yàn)設(shè)置了3 種斜管布置形式（Fs、Fv1、Fv2）（圖2），其中Fs 為常規(guī)斜管布置，斜管長(zhǎng)度100 cm，布置角度為60°；Fv1、Fv2 為V 形斜管布置形式，其中Fv1 布置形式的下層、上層斜管長(zhǎng)度均為50 cm，布置角度均為60°；Fv2 布置形式的下層、上層斜管長(zhǎng)度也均為50 cm，下層布置角度為60°，上層布置角度為45°。

圖2 斜管布置形式Fig.2 Layout of inclined pipe

1.3 測(cè)定方法

1.3.1 泥沙量測(cè)定與計(jì)算

在沉沙池表層水流取樣，每個(gè)取樣點(diǎn)取3 個(gè)樣品作為重復(fù)，取樣位置見(jiàn)圖1。對(duì)所取水樣進(jìn)行烘干處理，采用精度為0.1 mg 的天平稱量烘干泥沙質(zhì)量，泥沙體積質(zhì)量計(jì)算式為：

式中：C為泥沙體積質(zhì)量（kg/m3）；m為泥沙干質(zhì)量（g）；v為水樣體積（mL）。

為進(jìn)一步探明斜管對(duì)泥沙及其相關(guān)砂粒、粉粒、黏粒的去除能力，分別引入斜管泥沙沉積率、砂粒沉積率、粉粒沉積率、黏粒沉積率指標(biāo)。斜管泥沙沉積率為進(jìn)口、出口泥沙體積質(zhì)量差值與進(jìn)口泥沙體積質(zhì)量的比值。本研究的進(jìn)口泥沙體積質(zhì)量為擋板前表層水流泥沙體積質(zhì)量，出口泥沙體積質(zhì)量為斜管上端清水區(qū)的泥沙體積質(zhì)量。泥沙沉積率計(jì)算式為：

式中：RS為泥沙沉積率（%）；Cin為進(jìn)口泥沙體積質(zhì)量（kg/m3）；Cout出口泥沙體積質(zhì)量（kg/m3）。

砂粒沉積率、粉粒沉積率、黏粒沉積率即進(jìn)口、出口的砂粒體積質(zhì)量、粉粒體積質(zhì)量、黏粒體積質(zhì)量差值與進(jìn)口砂粒體積質(zhì)量、粉粒體積質(zhì)量、黏粒體積質(zhì)量的比值。

1.3.2 泥沙粒度測(cè)量

泥沙粒度測(cè)量，采用激光粒度分析儀器（馬爾文2000）對(duì)烘干后泥沙進(jìn)行測(cè)試。分析儀的攪拌器速度和陰影范圍分別保持在2 500 rpm 和10%～20%。試驗(yàn)前，稱取0.35 g 樣品放入50 mL 三角瓶，加入少量去離子水浸潤(rùn)土壤，加入3～5 mL 過(guò)氧化氫去除有機(jī)質(zhì)并進(jìn)行短時(shí)間沙浴加熱。向冷卻后三角瓶中加入1 mL分散劑（六偏磷酸鈉）和35 mL 左右去離子水，再次進(jìn)行沙浴加熱，樣品冷卻后即可測(cè)量。

為了解沉沙池中泥沙及其相關(guān)砂粒、粉粒、黏粒的沿程沉降特性，對(duì)比斜管區(qū)域砂粒、粉粒、黏粒的沉降差異，依據(jù)美國(guó)農(nóng)業(yè)部粒徑分級(jí)劃分砂粒（d≥50 μm）、粉粒（2 μm≤d≤50 μm）和黏粒（d≤2 μm）[31]。

2 結(jié)果與分析

2.1 沿程泥沙體積質(zhì)量變化

2 種運(yùn)行流量、3 種斜管布置形式下不同黃河泥沙體積質(zhì)量沿程變化如圖3（a）、圖3（b）、圖3（c）所示。由圖3 可知，水流流經(jīng)調(diào)流板泥沙體積質(zhì)量發(fā)生大幅驟減，調(diào)流板后泥沙穩(wěn)定沉降，至擋板前泥沙體積質(zhì)量降至1.06～3.01 kg/m3；流經(jīng)斜管區(qū)域，泥沙體積質(zhì)量再次發(fā)生大幅驟減，出口泥沙體積質(zhì)量降至0.342～1.354 kg/m3。不同斜管布置間出口泥沙體積質(zhì)量存在明顯差異（P<0.05），其中Fv2 處理的出口泥沙體積質(zhì)量為0.342～0.991 kg/m3，較Fv1、Fs 處理分別降低了10.01%～20.95、26.82%～38.83%。Su處理的出口泥沙體積質(zhì)量為0.342～0.773 kg/m3，較Sm 、Sd 處 理 分 別 降 低 了 32.98%～46.28% 、42.91%～55.18%，表明不同黃河泥沙出口泥沙體積質(zhì)量存在差異。Qq 處理的出口泥沙體積質(zhì)量為0.342～1.132 kg/m3，較Qs 處理降低了16.36%～37.12%，表明小流量工況下泥沙沉降效果更佳。以Fs 處理出口泥沙體積質(zhì)量為自變量（x），F(xiàn)v1、Fv2 處理出口泥沙體積質(zhì)量為因變量（y），不同斜管布置間出口泥沙體積質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系如圖3（d）所示。由圖3（d）可知，F(xiàn)v1、Fv2 處理與Fs 處理出口泥沙體積質(zhì)量顯著線性相關(guān)（P<0.05），其中Fv2 處理的擬合斜率最小，F(xiàn)v1 處理次之。

圖3 泥沙體積質(zhì)量沿程變化Fig.3 Sediment volume mass changes along the path

2.2 沿程砂粒體積質(zhì)量變化

2 種運(yùn)行流量、3 種斜管布置形式下不同黃河泥沙砂粒體積質(zhì)量沿程變化如圖4（a）、圖4（b）、圖4（c）所示。由圖4 可知，砂粒體積質(zhì)量在調(diào)流板處、斜管區(qū)域的減小趨勢(shì)更明顯，至擋板前砂粒體積質(zhì)量降至0.040～0.251 kg/m3，出口砂粒體積質(zhì)量降為0～0.018 kg/m3，其中SuQqFv2 處理的出口砂粒體積質(zhì)量為0。不同斜管布置出口砂粒體積質(zhì)量差異明顯（P<0.05），F(xiàn)v2 處理的出口砂粒體積質(zhì)量最低，F(xiàn)v1、Fs 處理依次次之。Qq 流量工況下，SuFv2 處理的出口砂粒體積質(zhì)量為0，較SuFv1、SuFs 處理分別減少了0.000 3、0.001 kg/m3；Qq 流量工況下，SmFv2 處理的出口砂粒體積質(zhì)量為0.003 kg/m3，較SmFv1、SmFs 處理分別減少了41.81%、73.90%；Qq 流量工況下，SdFv2 處理的出口砂粒體積質(zhì)量為0.004 kg/m3，較SdFv1、SdFs 處理分別減少了34.67%、71.15%。不同流量下，SuQs 處理的出口砂粒體積質(zhì)量較SuQq處理增加了0.000 7～0.005 kg/m3，SmQs 處理的出口砂粒體積質(zhì)量較SmQq 處理增加了38.91%～49.61%，SdQs 處理的出口砂粒體積質(zhì)量較SdQq 處理增加了19.90%～41.32%。故不同黃河水的出口砂粒體積質(zhì)量存在差異，且小流量工況下砂粒沉降更充分。以Fs處理出口砂粒體積質(zhì)量為自變量（x），F(xiàn)v1、Fv2 處理出口砂粒體積質(zhì)量為因變量（y），不同斜管布置間出口砂粒體積質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系如圖4（d）所示。由圖4（d）可知，F(xiàn)v1、Fv2 處理與Fs 處理出口砂粒體積質(zhì)量顯著線性相關(guān)（P<0.05），其中Fv2 處理的擬合斜率最小，F(xiàn)v1 處理次之。

圖4 砂粒體積質(zhì)量沿程變化Fig.4 Sand volume mass changes along the path

2.3 沿程粉粒體積質(zhì)量變化

2 種運(yùn)行流量、3 種斜管布置形式下不同黃河泥沙粉粒體積質(zhì)量沿程變化如圖5（a）、圖5（b）、圖5（c）所示。由圖5 可知，粉粒體積質(zhì)量變化趨勢(shì)與泥沙體積質(zhì)量相似，至擋板前粉粒體積質(zhì)量降至0.875～2.367 kg/m3，出口粉粒體積質(zhì)量降為0.271～1.182 kg/m3。不同斜管布置間出口粉粒體積質(zhì)量差異明顯（P<0.05），其中Fv2 處理的出口粉粒體積質(zhì)量為0.271～0.843 kg/m3，較Fv1、Fs 處理分別降低了11.76%～22.84%、28.65%～42.51%。Su 處理的出口粉粒體積質(zhì)量為0.271～0.662 kg/m3，較Sm、Sd 處理分別減少了33.42%～47.06%、43.98%～57.26%，表明不同黃河泥沙出口粉粒體積質(zhì)量存在差異。Qq 處理的出口粉粒體積質(zhì)量為0.271～0.976 kg/m3，較Qs 處理減少了17.39%～38.69%，表明小流量工況利于粉粒沉降。以Fs 處理出口粉粒體積質(zhì)量為自變量（x），F(xiàn)v1、Fv2 處理出口粉粒體積質(zhì)量為因變量（y），不同斜管布置間出口粉粒體積質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系如圖5（d）所示。由圖5（d）可知，F(xiàn)v1、Fv2 處理與Fs 處理出口粉粒體積質(zhì)量顯著線性相關(guān)（P<0.05），其中Fv2處理的擬合斜率最小，F(xiàn)v1 處理次之。

圖5 粉粒體積質(zhì)量沿程變化Fig.5 Silt volume mass changes along the path

2.4 沿程黏粒體積質(zhì)量變化

2 種運(yùn)行流量、3 種斜管布置形式下不同黃河泥沙黏粒體積質(zhì)量沿程變化分別如圖6（a）、圖6（b）、圖6（c）所示。由圖6 可知，黏粒體積質(zhì)量在擋板前呈緩慢減少趨勢(shì)，在斜管區(qū)域發(fā)生大幅驟減，至擋板前黏粒體積質(zhì)量降至0.155～0.317 kg/m3，出口黏粒體積質(zhì)量降為0.071～0.154 kg/m3。不同斜管布置出口黏粒體積質(zhì)量差異明顯（P<0.05），其中SdQq 工況下，F(xiàn)v1 處理的出口黏粒體積質(zhì)量為0.122 kg/m3，較Fv2、Fs 處理分別減少了1.56%、12.02%；其余工況下表現(xiàn)為Fv2 處理的出口黏粒體積質(zhì)量最低，為0.071～0.140 kg/m3，較Fv1、Fs 處理分別減少了0.63%～12.17%、3.99%～17.83%。Su 處理的出口黏粒體積質(zhì)量為0.071～0.105 kg/m3，較Sm、Sd 處理分別減少了22.78%～41.74%、27.54%～43.10%，其中Sm 處理和Sd處理的出口黏粒體積質(zhì)量差異較小。Qq 處理的出口黏粒體積質(zhì)量為0.071～0.141 kg/m3，較Qs 處理減少了4.98%～29.77%。以Fs 處理出口黏粒體積質(zhì)量為自變量（x），F(xiàn)v1、Fv2 處理出口黏粒體積質(zhì)量為因變量（y），不同斜管布置間出口黏粒體積質(zhì)量的相關(guān)關(guān)系如圖6（d）所示。由圖6（d）可知，F(xiàn)v1、Fv2 處理與Fs處理出口黏粒體積質(zhì)量顯著線性相關(guān)（P<0.05），其中Fv1 處理的擬合斜率最小，F(xiàn)v2 處理次之。

圖6 黏粒體積質(zhì)量沿程變化Fig.6 The clay volume mass changes along the path

2.5 斜管的泥沙沉積特性

水流進(jìn)入斜管區(qū)域前大量粗顆粒泥沙已發(fā)生沉降，較低體積質(zhì)量（1.06～3.01 kg/m3）、細(xì)顆粒（d<75μm）泥沙主要在斜管區(qū)域沉降，不同工況下的斜管泥沙及相關(guān)組分沉積率如圖7 所示。不同斜管布置的泥沙沉積能力差異明顯（P<0.05），其中Fv2 處理的泥沙沉積率為58.82%～70.04%，較Fv1、Fs 處理分別提高了2.89%～8.08%、13.75%～19.41%；Fv2 處理的砂粒沉積率達(dá)97.08%～100%，較Fv1、Fs 處理分別提高了0.80%～1.87%、3.01%～7.35%；Fv2 處理的粉粒沉積率為58.82%～70.05%，較Fv1、Fs 處理分別提高了3.44%～8.93%、15.55%～22.28%；Fv2 處理的黏粒沉積率為42.74%～61.90%，較Fv1、Fs 處理分別提高了1.20%～5.24%、2.89%～7.76%。故3 種斜管布置形式對(duì)泥沙的沉積能力以Fv2 處理最佳，F(xiàn)v1、Fs 處理次之。

圖7 泥沙、砂粒、粉粒、黏粒沉積率Fig.7 Sedimentation rate of sediment, sand, silt and clay

水流流經(jīng)斜管區(qū)域，砂粒、粉粒、黏粒發(fā)生了不同程度的沉降。其中砂粒沉積率達(dá)90.18%～100%，遠(yuǎn)高于泥沙沉積率，表明砂粒發(fā)生充分沉降；粉粒沉積率為38.82%～70.05%，與泥沙沉積率相當(dāng)；黏粒沉積率為39.85%～61.90%，低于泥沙沉積率。不同黃河泥沙在斜管區(qū)域的沉降存在差異，其中泥沙沉積率、粉粒沉積率、黏粒沉積率表現(xiàn)為Su 處理低于Sm、Sd處理，砂粒沉積率表現(xiàn)為Su 處理高于Sm、Sd 處理。其中Su 處理的泥沙沉積率為41.73%～67.67%，較Sm、Sd 處理分別減少了2.03%～11.17%、2.37%～11.16%；Su 處理的粉粒沉積率為38.82%～68.76%，較Sm、Sd處理分別減少了1.29%～10.99%、0.42%～10.18%；Su處理的黏粒沉積率為39.85%～53.17%，較Sm、Sd 處理分別減少了3.14%～12.07%、8.73%～14.29%。SuQsFs處理的砂粒沉積率為91.66%，較SmQsFs 處理增加了1.33%，較SdQsFs 處理減少了1.04%；其余工況下，Su 處理的砂粒沉積率最高為96.99%～100%，較Sm、Sd 處理分別增加了1.33%～6.81%、1.42%～5.39%。

3 討 論

3.1 斜管沉沙池加速泥沙沉降機(jī)理

斜管是重力式斜管沉沙池高效沉沙的關(guān)鍵，而斜管的泥沙沉降效果受布水均勻性和管內(nèi)流速的影響[21,35]，其中斜管布置是顯著影響布水均勻性和斜管內(nèi)部流速的主要因素[36]。本文研究表明，3 種斜管布置形式的黃河泥沙沉降能力差異顯著（P<0.05），V形斜管（Fv1、Fv2 處理）泥沙沉降能力優(yōu)于常規(guī)斜管（Fs 處理），且以傾角60°、45°組合的V 形斜管（Fv2 處理）最佳。其中V 形斜管的泥沙沉降效果優(yōu)于常規(guī)斜管，這可能是由于V 形斜管為斜管長(zhǎng)度50 cm 的雙層布置，常規(guī)斜管為斜管長(zhǎng)度100 cm 的單層布置，而適當(dāng)減少斜管長(zhǎng)度有利于充分發(fā)揮斜管的沉積作用[34]；同時(shí)含沙水流從斜管底部進(jìn)入，V形斜管的底層斜管初步改善了水流流態(tài)[32]，使得進(jìn)入上層斜管的水流均勻性更好；上層斜管則主要承擔(dān)了溢流堰出流的吸附作用，減弱了溢流堰出流對(duì)底層斜管的影響，使得進(jìn)入底層斜管水流的均勻性優(yōu)于常規(guī)單層斜管。而V 形斜管60°、45°組合優(yōu)于60°、60°組合，這主要是因?yàn)镕v1 處理和Fv2 處理的上層斜管傾角差異引起的，傾角45°較傾角60°的管內(nèi)沉淀面積大，豎直方向沉降距離小，更利于細(xì)顆粒泥沙沉降[37]。

砂粒、粉粒、黏粒在斜管區(qū)域發(fā)生了不同程度沉降，其中砂粒沉積率最高，出口砂粒體積質(zhì)量趨近于0，粉粒沉積率與泥沙沉積率相當(dāng)，黏粒沉積率低于泥沙沉積率。這是由于大粒徑泥沙臨界沉速大[38-39]，流經(jīng)斜管區(qū)域砂粒優(yōu)先發(fā)生沉積，受斜管布置形式的影響顯著；而粉粒較砂粒粒徑較小，臨界沉降速度相對(duì)較小，受斜管布置形式影響也相對(duì)較小，同時(shí)進(jìn)入斜管區(qū)域的泥沙以粉粒（75%～85%）為主，沉積水平與泥沙相當(dāng)，可作為表征黃河泥沙沉積特性的主要指標(biāo)；反之極小粒徑泥沙的臨界沉降速度極小，而黏粒的沉積主要與較粗顆粒泥沙絮凝發(fā)生沉降[40-41]，受斜管布置形式影響最小。

3.2 沉沙池斜管布置與工程應(yīng)用

傳統(tǒng)沉沙池通常存在占地面積大、成本高、細(xì)顆粒泥沙去除效果不佳的缺點(diǎn)。通過(guò)在重力式沉沙池中布設(shè)斜管，可高效去除黃河水泥沙，減小沉沙池規(guī)模，降低成本。本文研究的重力式斜管沉沙池規(guī)模為44 m3，僅為微灌用重力式沉沙池的25.38%，出池泥沙質(zhì)量濃度、粒徑均低于微灌用沉沙池[42-43]。在斜管布置形式上，本文研究發(fā)現(xiàn)V 形斜管（Fv1、Fv2 處理）的泥沙去除效果優(yōu)于常規(guī)斜管（Fs 處理），其中以傾角60°、45°組合（Fv2 處理）的泥沙去除效果最好，有效控制出口泥沙體積質(zhì)量0.342～0.991 kg/m3，較常規(guī)斜管多沉降了26.82%～38.83%。結(jié)合工程實(shí)際，斜管布置于重力式沉沙池后段，中間有擋板分隔。布置過(guò)程中，需保持斜管底部到池底的適宜高度（70～90 cm）以確保斜管過(guò)水均勻性，保持V形斜管中間適當(dāng)距離（15～20 cm）以防止上層斜管沉降的泥沙滑落引起堵塞，保持清水區(qū)一定高度（20～30 cm）以減小溢流堰出流的負(fù)面影響。在V 形斜管傾斜角度設(shè)置時(shí)，控制斜管傾角35°～60°范圍滿足泥沙沉降、滑落要求[36]，保持底層斜管傾角大、上層斜管傾角??；根據(jù)水源泥沙質(zhì)量濃度、粒徑特征，可適當(dāng)調(diào)節(jié)斜管傾角，當(dāng)粗顆粒泥沙多時(shí)，適當(dāng)增大傾角，細(xì)顆粒泥沙多時(shí)，適當(dāng)減小傾角。沉沙池實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)運(yùn)行流量為36 m3/h 時(shí)，黃河水Sm、Sd處理在調(diào)流板前泥沙淤積嚴(yán)重，因此中下游高質(zhì)量濃度黃河泥沙在36 m3/h 的運(yùn)行流量下需進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)流板的孔洞分布。結(jié)合引黃滴灌系統(tǒng)運(yùn)行，重力式斜管沉沙池的推廣應(yīng)用可進(jìn)一步緩解滴灌系統(tǒng)首部過(guò)濾壓力，減少過(guò)濾成本，有效降低灌水器堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

4 結(jié) 論

1）大量粗顆粒泥沙進(jìn)入斜管前已發(fā)生沉降，斜管主要對(duì)較低體積質(zhì)量（1.06～3.01 kg/m3）、細(xì)顆粒（d<75 μm）泥沙進(jìn)行沉降；其有效控制出口泥沙體積質(zhì)量為0.342～1.354 kg/m3，有效控制出口砂粒體積質(zhì)量為0～0.018 kg/m3。

2）不同斜管布置對(duì)黃河泥沙沉降能力差異顯著（P<0.05），表現(xiàn)為V 形斜管優(yōu)于常規(guī)斜管，且以Fv2處理傾角60°、45°為優(yōu)化組合。其中Fv2 處理的出口泥沙體積質(zhì)量為0.342～0.991 kg/m3，較Fv1、Fs 處理分別減少了10.01%～20.95%、26.82%～38.83%。

3）黃河泥沙及相關(guān)砂粒、粉粒、黏粒在斜管區(qū)域發(fā)生了不同程度沉降，其中砂粒沉積率達(dá)90.18%～100%，遠(yuǎn)高于泥沙沉積率；粉粒沉積率為38.82%～70.05%，與泥沙沉積率相當(dāng)；黏粒沉積率為39.85%～61.90%，低于泥沙沉積率。

4）不同黃河水出口泥沙體積質(zhì)量及砂粒、粉粒、黏粒體積質(zhì)量表現(xiàn)為Su 處理

（作者聲明本文無(wú)實(shí)際或潛在的利益沖突）