曹列凱，劉春晶，任海濤，段炎沖，谷蕾蕾，劉 飛

（1.清華大學(xué) 水沙科學(xué)與水利水電工程國家重點實驗室，北京 100084；2.中國水利水電科學(xué)研究院 流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國家重點實驗室，北京 100048）

1 研究背景

我國北方大多數(shù)河流含沙量高、泥沙粒徑粗，水庫建設(shè)必然要面臨嚴(yán)重的泥沙淤積問題。據(jù)水利部2012年調(diào)查統(tǒng)計，山西省731座水庫總淤積量達(dá)16.20億m3，占水庫總庫容47.65億m3的34.00%；陜西省1019座水庫總庫容40.43億m3，淤積庫容13.75億m3，總淤損率34.00%［1］；此外1992—2002年陜西省共有222座水庫因泥沙淤滿而報廢，總庫容合計超過4億m3［2］。泥沙淤積嚴(yán)重影響了水庫防洪、供水、發(fā)電等各項效益的發(fā)揮。長期以來，來自工程設(shè)計、管理和研究單位的大量學(xué)者致力于水庫減淤、清淤措施的研究和探索，提出了包括蓄清排渾、泄空排沙、旁側(cè)管道排沙、繞庫排沙、自吸式管道排沙、排沙洞、挖泥船抽沙和挖掘機(jī)挖沙等多種措施［3］，但已有措施和方法均具有一定適用范圍，受建設(shè)條件、技術(shù)工藝、投資造價、運維成本等方面所限，難以在現(xiàn)有已建在多沙河流上的小型水庫中大規(guī)模應(yīng)用，水庫庫容恢復(fù)和淤積控制依然是未來維護(hù)水庫正常運行需迫切解決的重大問題之一。

排沙廊道是建設(shè)在水庫底部，利用水庫上下游水頭差將廊道所及范圍內(nèi)的泥沙排出，其設(shè)計初衷為一旦建成則可以長期持續(xù)使用，維護(hù)費用較低，與其他方式相比具有一定優(yōu)勢。近年來，排沙廊道受到越來越多的關(guān)注，針對排沙廊道的水力學(xué)問題［4］、排沙效果［5］等方面開展了部分室內(nèi)試驗工作，甚至有學(xué)者提出設(shè)想［6］，在三門峽水庫中布置長達(dá)數(shù)十公里的排沙廊道，將泥沙清出庫區(qū)，以達(dá)到降低潼關(guān)高程的效果。水庫中的排沙廊道是將水庫設(shè)置的排沙洞進(jìn)口用廊道向庫內(nèi)延伸，延伸方向可垂直于壩面或有一定的偏斜角度。在廊道前端設(shè)置單一進(jìn)沙孔或在沿程按一定間距分別設(shè)置進(jìn)沙孔，進(jìn)沙孔開口向上或在廊道的一側(cè)或兩側(cè)開孔。當(dāng)沿廊道布置多個進(jìn)沙孔時，排沙范圍增大，對清淤擴(kuò)容具有明顯的優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有排沙廊道中多個進(jìn)沙孔設(shè)置為順序排列，各進(jìn)沙孔入?yún)R處的局部水頭損失較大，處于廊道下游的進(jìn)沙孔會對上游的進(jìn)沙孔造成影響，室內(nèi)試驗研究表明，排沙廊道距出口越遠(yuǎn)，水流流速越?。?］；且當(dāng)各排沙孔全開時存在著不同進(jìn)沙孔排沙能力不均現(xiàn)象［8］，甚至?xí)斐蛇M(jìn)沙口阻塞，只能通過復(fù)雜調(diào)度達(dá)到近似均勻的排沙效果。針對現(xiàn)有排沙廊道存在的問題，王興奎提出了樹杈型沖沙管道系統(tǒng)［9］，該系統(tǒng)由多個進(jìn)沙孔按樹杈型結(jié)構(gòu)排列，以每個進(jìn)沙孔匯流至總管道出水口的阻力相等為設(shè)計原則，確保水流從每個進(jìn)沙孔至出口總管道的水頭損失相等，從而可使各個不同的進(jìn)沙孔具有相同或相近的抽沙效果，實現(xiàn)大面積均勻排沙；同時由于各個進(jìn)沙孔相互獨立，即使遭遇個別進(jìn)口阻塞，也不會對其他進(jìn)沙孔造成影響。本文按等阻力樹杈結(jié)構(gòu)多級管道自動排沙系統(tǒng)原則設(shè)計開展了室內(nèi)水槽試驗，對其排沙效果進(jìn)行試驗，同時開展了傳統(tǒng)廊道順序排列進(jìn)沙孔對比試驗，進(jìn)一步研究樹杈型排列方式的可行性和實用性。

2 試驗設(shè)計

2.1 等阻力樹杈型排沙系統(tǒng)（樹杈型Branch，試驗簡稱Br組）等阻力樹杈型排沙系統(tǒng)布置見圖1，由內(nèi)徑分別為36 mm、68 mm和102 mm的進(jìn)口管、支管和干管，以及進(jìn)口管四通匯流口和支管二通匯流口等組成；其中干管用于模擬水庫壩前排沙管出流，為試驗出口下游段；各進(jìn)口管模擬設(shè)置在水庫上游排沙孔，為試驗入口上游段。

每個進(jìn)沙口設(shè)置防沙罩，如圖2所示，防沙罩設(shè)計成倒扣鐵鍋型，外直徑為D，用4根圓管支撐在進(jìn)口管上。設(shè)進(jìn)口管內(nèi)徑為d，防沙罩下緣與管口的高差為h，則：

其中α遠(yuǎn)小于泥沙在動水下的休止角β，避免泥沙淤積至管口，并確保防沙罩下部可存留一定體積的清水。

每個進(jìn)口管的長度和結(jié)構(gòu)相同，多個進(jìn)口管匯集在一個匯流口后從下進(jìn)入支管，并逐級向下一級管道匯流。圖3為4個通道的匯流口，匯流口直徑為DH，應(yīng)不小于2倍的進(jìn)口管直徑d，進(jìn)口管的水流從匯流口的切線流入，多股切向匯入的水流沿匯流口的中心軸轉(zhuǎn)動，并向下進(jìn)入下一級管道進(jìn)口，各個進(jìn)口管不同的方向加速度將因水體的旋轉(zhuǎn)摻混而趨于均勻，實現(xiàn)各個進(jìn)口管到支管的流動阻力相等。

圖1 等阻力樹杈型沖沙管布置

圖2 防沙罩設(shè)計圖

圖3 四通道匯流口設(shè)計圖

4個進(jìn)口管一組按“X”型布置，橫向間隔40 cm，進(jìn)口管中心距邊壁20 cm。沿水槽方向布置2組，間距100 cm，匯入支管匯流口后進(jìn)入干管。

2.2 進(jìn)口管順序排列的沖沙廊道布置（Sequence，簡稱Se組）對比試驗類似于現(xiàn)有水庫常用的沖沙廊道布置，進(jìn)口管順序排列，依次連接于主管道中。為與樹杈型排沙系統(tǒng)直接對比，順序排列型排沙系統(tǒng)同樣布置了8個進(jìn)沙口，如圖4所示。

廊道型管道的內(nèi)徑分別為36 mm、57 mm、82 mm、102 mm的塑料管連接安裝，每級管道安裝2個進(jìn)口管，相鄰進(jìn)口管的間距210 mm。水泵流量4.17 L/s，假定各進(jìn)口管均勻進(jìn)流，每個進(jìn)口管的流量為0.521 L/s，據(jù)此可以計算各級廊道內(nèi)的流速（見表1），變化范圍0.447～1.02 m/s，均大于試驗沙的起動流速，泥沙在各級管道內(nèi)不會淤積。值得指出的是，在實際運行中由于不同進(jìn)口管的沿程阻力不同，各進(jìn)口管入流量必然會存在一定差異，導(dǎo)致實際流速與設(shè)計流速不符。

圖4 順序排列進(jìn)口型沖沙廊道布置

表1 各級廊道內(nèi)的設(shè)計流速

2.3 水槽水沙循環(huán)系統(tǒng)試驗在長寬高分別為210 cm×80 cm×90 cm的水槽中進(jìn)行，管道系統(tǒng)居中安裝在水槽的床面上，出口安裝流量15 m3/h（4.17 L/s）、揚程10 m、功率2.2 kW的潛水泵。在水槽上層布置花管，潛水泵出口的回流管與花管連接，花管出口設(shè)置調(diào)流板，調(diào)節(jié)出口開度以保證花管沿程出流均勻。排沙系統(tǒng)與潛水泵、回流管、花管一起構(gòu)成水流回路系統(tǒng)，可持續(xù)循環(huán)運轉(zhuǎn)；本次試驗樹杈型排沙系統(tǒng)共布置進(jìn)沙口8處，水槽及安裝好的樹杈型沖沙管道系統(tǒng)詳見圖1。

選用天然沙作為試驗用沙，D50=0.20 mm，分選系數(shù)，級配曲線見圖5。

2.4 測量內(nèi)容和方法測量內(nèi)容主要包括不同時段的含沙量及最終淤積地形，具體測量方法如下：

（1）含沙量：在回流管上端的彎頭上垂直打孔，引出直徑20 mm的軟管高出水面，用2000 mL量筒按一定的時間間隔接取渾水樣品約2000 mL，沉淀后測量渾水體積和泥沙體積，烘干稱重后計算含沙量。

（2）淤積地形：在水槽內(nèi)壁和上口布置10個控制點（Ground Control Points，GCPs）并精確測量其三維坐標(biāo)。使用智能手機(jī)按既定軌跡拍攝水槽內(nèi)的淤積地形，單張照片覆蓋面積約0.3×0.3 m2，面積重疊率大致為80%，每組試驗拍攝照片約140張。將原始照片及GCPs坐標(biāo)導(dǎo)入Agisoft PhotoScan Professional軟件（版本1.4.0），采用運動恢復(fù)結(jié)構(gòu)算法（Structure from Motion，SfM），根據(jù)多視角圖像反演出相機(jī)的運動參數(shù)和目標(biāo)的結(jié)構(gòu)信息，提取出對應(yīng)目標(biāo)的稠密三維點云，生成測量區(qū)域內(nèi)三維點云的空間坐標(biāo)值，精度約為0.005 m。

圖5 試驗沙級配曲線

（3）測量過程：試驗開始前水槽內(nèi)水為靜止，含沙量接近0；試驗開始后水流穩(wěn)定2 min后開始檢測含沙量，持續(xù)至含沙量基本穩(wěn)定后結(jié)束，各組試驗均持續(xù)約2 h。試驗結(jié)束后首先關(guān)泵停水，緩慢將水槽中的水排出，然后對各組試驗形成的沖刷漏斗進(jìn)行拍攝，獲取三維地形信息。

3 試驗方案

3.1 Br組試驗方案等阻力樹杈型排沙系統(tǒng)試驗共進(jìn)行了4個組次（Br01～Br04）。各組次試驗過程如下：

（1）Br01：填充試驗沙至進(jìn)口管管口的高度，從水泵進(jìn)口加清水，使水流注滿管道后從進(jìn)口管管口溢出浸泡試驗沙，使其密實。再加沙至防沙罩以上80 mm并大致抹平。緩慢加水至設(shè)計水位（距水槽頂部50 mm），等泥沙浸泡透以后啟動水泵開始試驗，渾水從花管流出進(jìn)入水槽的上部水體，泥沙沉降到沙面，試驗開始后從水面均勻加沙約100 kg，加沙時間持續(xù)約5 min。圖6為試驗過程照片，其中圖6（a）為樹杈型排沙孔布置情況，圖6（b）、圖6（c）分別為試驗開始前、試驗進(jìn)行中的情況。

（2）Br02：在Br01組試驗形成的沙面上，從水泵進(jìn)口向管道內(nèi)充水，至每個進(jìn)口管均有水流冒出，說明管路系統(tǒng)通暢無堵塞。將Br01組試驗的試驗段沙面抹平（上下游端的淤積泥沙未搬動），緩慢加水至設(shè)計水位，啟動水泵運行；運行約37 min時調(diào)整花管出口調(diào)流板，將花管出口的高含沙水體導(dǎo)向上游進(jìn)沙孔A2處，觀測局部進(jìn)沙孔遭遇高含沙情況下的系統(tǒng)運行情況。

圖6 試驗過程照片

（3）Br03：根據(jù)試驗觀測，當(dāng)高含沙水流集中流向A2進(jìn)口時，該出口被泥沙阻塞。Br03組試驗是在Br02組試驗基礎(chǔ)上開展，將被阻塞的A2進(jìn)水口疏通，花管出口按Br01布置，即高含沙水流分散導(dǎo)流，其余條件與Br02組相同。

（4）Br04：試驗初始條件與過程與Br02組試驗相同，花管按分散式導(dǎo)流，起動水泵后從水面均勻加沙80 kg，加沙時間持續(xù)約5 min。

3.2 Se組試驗方案

（1）Se01：完成管道布設(shè)后用試驗沙填充至略低于進(jìn)口管口的高度，從水泵出口端往管道內(nèi)注水，使水面高出防沙罩約50 mm，仔細(xì)填充試驗沙，防沙罩邊緣與進(jìn)口管之間形成泥沙水下休止角的坡度。當(dāng)完全掩埋防沙罩后，繼續(xù)加沙至防沙罩以上沙厚80 mm抹平。繼續(xù)從水泵出口端充水，可見各進(jìn)口管位置的沙面有水泡外溢，說明管道內(nèi)注滿了清水、各進(jìn)口管通暢。當(dāng)水位達(dá)到設(shè)計水位時停止加水。啟動水泵運行開始試驗；試驗中花管按分散式導(dǎo)流，與Br01組相同。

（2）Se02：清空管道內(nèi)的淤積泥沙，按照Se01組試驗在水槽中部形成的漏斗橫切面形狀填充泥沙。從水泵出口注水，各進(jìn)口管均有水流溢出，表明廊道內(nèi)通暢，進(jìn)口管無堵塞。充水至設(shè)計水位后啟動水泵，試驗開始后從水體上層均勻加入80 kg泥沙，加沙時長約5 min，加完沙后開始試驗；試驗中花管按分散式導(dǎo)流，與Se01組一致。

4 試驗結(jié)果

4.1 Br組試驗結(jié)果試驗觀測表明，泥沙從各個漏斗進(jìn)入管道、通過潛水泵后從花管均勻噴出，在水體中自然沉降落淤到沙面，再從漏斗坡面滑落進(jìn)入進(jìn)口管往復(fù)循環(huán)。在實際水庫運行中，水庫上下游的落差驅(qū)使水流運動，代替本文的水泵的抽水循環(huán)，高含沙水流可自動排至壩下游。系統(tǒng)中穩(wěn)定循環(huán)的含沙水流與水庫中近底運動的含沙水流相似，表明本系統(tǒng)在水庫應(yīng)用中亦能排出高含沙水流。

由圖像提取的三維點云生成原始地形，Br01組試驗結(jié)束后形成的地形見圖7（a），進(jìn)口管編號從左上到右下依次為A1—A8。從圖中可以清晰地看出8個進(jìn)口管形成的三維漏斗形態(tài)，形狀基本一致，說明每個進(jìn)口管的進(jìn)流均勻，沒有產(chǎn)生堵塞淤積。根據(jù)三維地形資料生成的等高線圖見圖7（b）。

圖7 Br01組次試驗

試驗過程含沙量測量結(jié)果表明，試驗持續(xù)約10 min以后，含沙量已沒有大的變化，大致維持在700 kg/m3上下，說明整個系統(tǒng)已大致平衡，沖刷漏斗已基本穩(wěn)定，如圖8所示。

Br02試驗是在Br01的基礎(chǔ)上抹平沙面后進(jìn)行的試驗。在運行至37 min以后，調(diào)整花管出口調(diào)流板，使高含沙水流集中流向上游A2進(jìn)水口。觀測發(fā)現(xiàn)，高含沙水流迅速淤積，很快堵塞A2進(jìn)口管，并在其周邊產(chǎn)生淤積，淤積形態(tài)見圖9。試驗結(jié)果表明，如局部排沙孔周邊遭遇突發(fā)性高含沙水流，如在水庫近壩段產(chǎn)生泥石流、滑坡等形成高含沙水流，則有可能造成部分進(jìn)口管堵塞。根據(jù)系統(tǒng)含沙量觀測過程，在A2進(jìn)沙口阻塞之前，系統(tǒng)含沙量大致保持在600 kg/m3左右，A2進(jìn)口管阻塞后由于部分泥沙淤積，系統(tǒng)內(nèi)參與循環(huán)的沙量減少，含沙量明顯降低，后期約為250 kg/m3。

圖8 各組次試驗含沙量變化過程

Br01試驗是在水泵運行過程中加沙，在淤積過程中形成的平衡沙面；Br02試驗則是在平整沙面開始進(jìn)行的試驗，是在沖沙過程中形成的平衡沙面；試驗結(jié)果表明，在Br02組試驗A2進(jìn)口阻塞之前，兩種工況下在系統(tǒng)中運行的沙量（含沙量）有所差別，前者大，后者稍小一些。

Br03試驗是重復(fù)Br02的試驗，床面淤積形態(tài)與Br01相似，但含沙量比Br01小，見圖8。其原因一是前者為淤積平衡沙面，后者為沖刷平衡沙面；再是隨著試驗開展，經(jīng)過兩天的時間，水槽中淤積的泥沙逐漸密實，三是水泵下游的沙面稍有淤寬，三種因素累加使運動水體中的沙量減小，致使含沙量降低，含沙量維持在400～500 kg/m3。

Br04試驗在試驗前水槽內(nèi)的沙量與前3組相同。先將沙面大致抹平后充水、啟動水泵，從水面均勻加沙80 kg。淤積床面形態(tài)見圖10（a），等高線圖見圖10（b）。含沙量比Br03組試驗有明顯增加（見圖8），維持在600 kg/m3上下，但仍小于Br01組的結(jié)果，這主要是由于床沙密實度差異所產(chǎn)生的結(jié)果。

在圖7—圖10淤積地形中，可以看到多個防沙罩的白色頂部，表明進(jìn)口管的運行狀態(tài)良好。圖7中防沙罩的白色頂部出露較少是因為開始試驗的沙樣中含有少量泥土，停泵后防沙罩上有一薄層淤泥。其后各組試驗排水時排走部分泥土，停泵后保持了動水沖淤的沙面狀態(tài)。

圖9 Br02組次試驗的三維地形圖

圖10 Br04組次試驗

4.2 Se組試驗結(jié)果Se01試驗的初始條件與Br01試驗相同，只是進(jìn)口管按上下游順序排列。觀測表明，在試驗開始后泥沙很快在上游端淤積，含沙量快速減小，在20 min后大致保持在100 kg/m3左右（見圖8）。圖11為淤積床面形態(tài)，在上游段有明顯的淤積，B1和B2進(jìn)口管已被堵塞，只有B3—B8進(jìn)口管保持過流，形成了一個整體的長條形沖刷漏斗，最下游的B8進(jìn)口管附近沖刷最大。試驗結(jié)果與瀾滄江大朝山水庫［7］和大渡河龍頭石水電站［8］的結(jié)論相似，均是因為離出口的距離越遠(yuǎn)，進(jìn)水孔的流速越小，拉沙效果越差，并逐漸淤堵遠(yuǎn)端的進(jìn)口管。

圖11 Se01試驗的三維地形圖

Se02試驗條件與Se01相似，只是在運行初始從表層再均勻加入80 kg泥沙。沙面淤積形態(tài)如圖12（a），等高線見圖12（b）。加沙以后系統(tǒng)的含沙量很難保持穩(wěn)定，大致在40～110 kg/m3之間波動（見圖8）。盡管加入的總沙量比Se01組試驗多，但由于泥沙在上游段只淤不沖，同時總沙量增加使泥沙更容易淤積，參與循環(huán)的泥沙進(jìn)一步減少，造成Se02試驗含沙量總體低于Se01試驗的含沙量，如圖8所示。試驗觀測表明，泥沙很快在上游段淤積，最終堵塞了上游的4個進(jìn)口管，只剩下游4個進(jìn)口管能通水運行。當(dāng)最遠(yuǎn)處的進(jìn)口管堵塞后，排沙系統(tǒng)遠(yuǎn)端的流速減小，輸沙能力降低，會進(jìn)一步堵塞鄰近的進(jìn)口管，直到靠近出口的幾個進(jìn)口管的水流具有較高的挾沙力后才不致繼續(xù)堵塞，這種工況已接近沖沙洞的模式。與之形成鮮明對比的是，在Br02的試驗中，A2進(jìn)口管因驟淤被堵塞后，并未對相鄰進(jìn)口管（A1和A4）的正常運行造成任何影響。

圖12 Se02試驗

根據(jù)大渡河龍頭石水電站的試驗結(jié)果，每一個進(jìn)口管對其上游的來流均會產(chǎn)生局部阻力，即最遠(yuǎn)的進(jìn)口管來流受到的阻力為全長的沿程阻力和全部進(jìn)口管疊加的局部阻力，在4個進(jìn)口管的條件下，下游端進(jìn)口管比上游端進(jìn)口管的流量大4.7倍，其流量分配如圖13，每個進(jìn)口管所占流量比例QN與從出口開始的序列編號N的回歸公式為：

上述試驗結(jié)果可以作為Se組次試驗的一個例證，限于沖沙廊道沿程設(shè)置進(jìn)口管的布置方式的水力學(xué)基本特性，離出口越遠(yuǎn)，其沿程阻力和局部阻力越大，流速越低。當(dāng)管內(nèi)流速低于泥沙的起動流速時，泥沙將在管道內(nèi)淤積，且一旦發(fā)生淤積，主管內(nèi)的流速會更小，即遠(yuǎn)端管道的淤積趨勢是不可逆的，只有達(dá)到淤積后的管內(nèi)流速大于泥沙的起動流速時才能維持穩(wěn)定。

根據(jù)本文Se組次試驗結(jié)果，如果長期運行，多進(jìn)口沖沙廊道的沖刷效果僅限于靠近出口局部段，有接近沖沙洞局部沖刷的趨勢，表明順序排列的多進(jìn)口沖沙廊道難以實現(xiàn)預(yù)期的遠(yuǎn)距離延伸排沙效果。

圖13 進(jìn)口管流量與所在位置的關(guān)系

4.3 沖刷漏斗的體積根據(jù)各組試驗的沖刷漏斗的等高線數(shù)據(jù)可以計算得出漏斗體積與高度的關(guān)系，以防沙罩頂部為起點的計算結(jié)果見表2及圖14（a）（受水槽寬度所限，沖刷漏斗發(fā)展到大約0.15 m高以后即與邊壁相交，其上的計算值已不能代表真實的沖刷漏斗的體積）。由圖可見，樹杈型排列的Br組沖刷漏斗均大于順序排列的Se組試驗；在Br組次試驗中，Br01與Br03沖刷漏斗體積最大，Br04因沙量最大而稍微偏小，Br02因堵塞了A2進(jìn)口管而沖刷漏斗體積最小；在Se組次試驗中，Se01沖刷漏斗體積較大，而Se02由于沙量加大、上段淤積更多而使沖刷漏斗較小，是所有組次中沖刷漏斗體積最小的。取Br組次和Se組次試驗的平均值，兩者沖刷漏斗體積的比值見圖14（b），可以看出，在高度0.05～0.15 m的范圍內(nèi)，Br組次試驗的沖刷漏斗為Se組次試驗沖刷漏斗的1.5倍。

表2 各組次沖刷漏斗體積統(tǒng) （單位：m3）

圖14 沖沙漏斗隨高度變化情況

5 結(jié)論與展望

在多沙河流上修建的水庫因大量淤積而難以發(fā)揮綜合效益，水庫減淤增容是水利工程管理的重要任務(wù)。近年來，沖沙廊道因其清淤范圍較大而受到較多關(guān)注，但現(xiàn)有沖沙廊道在各進(jìn)口的廊道為順序排列，一方面進(jìn)口局部水頭損失大，另一方面上下游廊道互相影響，廊道遠(yuǎn)端流速小于近端流速，水流經(jīng)遠(yuǎn)端入口至出口所需水頭損失遠(yuǎn)大于近端出口，造成不同部位廊道沖沙能力極不均勻，極大影響了排沙效益的發(fā)揮。

等阻力樹杈型沖沙管道是一種新型的多進(jìn)口沖沙管道的布置方案，獨特之處在于各級管道的樹杈型布置及匯流口的旋轉(zhuǎn)流動消除不同角度的方向加速度影響，確保每一個進(jìn)口管至總出口的流動阻力相等；在入口設(shè)置倒扣鐵鍋型防沙罩，防止進(jìn)口管被淤堵。

為驗證等阻力樹杈型沖沙管的沖沙效果，本文在水槽在進(jìn)行了試驗研究，并開展了相同試驗條件下的傳統(tǒng)廊道多進(jìn)口順序排列的沖刷試驗，觀測不同初始條件下系統(tǒng)運行含沙量變化及進(jìn)沙口沖刷漏斗情況，試驗結(jié)果表明：

（1）因其遠(yuǎn)端流速小、近端流速大的水力學(xué)基本特性，多進(jìn)口順序排列的沖刷廊道在運行過程中，處于遠(yuǎn)端的進(jìn)口會依次淤堵失效，不再具備排沙功能；在全部8個出口中，最終只有4個距出口較近的進(jìn)口能正常運行，穩(wěn)定排沙濃度約為100 kg/m3，沖刷漏斗集中位于下游出口段。

（2）等阻力樹杈型排列方式則運行狀況良好，正常情況下8個出口均能有效排沙，未出現(xiàn)淤堵現(xiàn)象，穩(wěn)定排沙濃度可達(dá)400～700 kg/m3；當(dāng)高含沙水流集中流向某一進(jìn)沙口時，會導(dǎo)致該進(jìn)沙口的淤堵，但不會影響其他進(jìn)口管正常運行；除被淤堵的進(jìn)口外，樹杈型排列沖沙漏斗均勻分布于各進(jìn)沙口頂端，形態(tài)相似，表明各進(jìn)沙口水沙運動特性相似，排沙效率相當(dāng)。

（3）等阻力樹杈型沖刷漏斗體積約為順序排列沖刷漏斗體積的1.5倍。

根據(jù)本文試驗結(jié)果可知，多排沙口樹杈型排列只是其中一種形式，只要遵循每個進(jìn)口管至出口的阻力相等的設(shè)計原則即可。在實際運用中，出口排列型式可根據(jù)現(xiàn)場情況選擇其他形式，如星型、多邊型、多級樹杈型等。

總之，與傳統(tǒng)沖沙廊道相比，等阻力設(shè)計的沖沙管道具有結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，適應(yīng)性強(qiáng)、排沙效率高等特點，不失為替代傳統(tǒng)沖沙廊道的有效方式，具有一定推廣和應(yīng)用前景。