方案
优化方案：一是把两股水流平顺地引入沉沙池内；二是增加现状沉沙池工作长度。
首先把春天坪沟的引水渠道改道，将其引至冷水河与热水河引水隧洞出口处，然后使两水源汇合，引至沉沙池。考虑从春天坪沟引水的流量较小，在其引水渠道上设置初沉池，预沉一部分泥沙，然后与冷水河和热水河引来的水源汇流，并汇人沉沙池。
春天坪沟引水流量Q=2.8m3/s，初沉池段平均工作水深Hw=2.09m，则沉沙池工作宽度B=2.43～5.35m，考虑当地地形限制，初沉池设计宽度B取2.5m。
水流汇流后的前段新增沉沙池设计引水流量Q-11.75m3/s，前段新增沉池段平均工作水深从Hw=3.24m，则沉沙池工作宽度B=6.59～14.51m，受地形限制，前段新增沉沙池宽度设为5m。
3.2 优化后沉沙池模拟结果分析
（1）稳定流场计算结果。在设计引水流量下，优化后石门坎水电站沉沙池稳定流场水面流速等值云图见图5。
由图5可知，从流速分布上来看，初沉池水面流速分布均匀，流速约0.5m/s，满足设计要求。水流汇流后，经前段沉沙池，水流均匀扩散，经900转弯段引至沉沙池后半段。急转弯工作段的存在导致沉沙池外圈流速较大、内圈流速较小、水面流速分布不均等，不利于泥沙沉降，沉沙池后段流速均值约0.5m/s。
（2）稳定流场计算结果分析。同样截取优化后沉沙池桩号沉0+015.00、沉0+035.00断面流场信息与现状沉沙池模拟结果进行对比分析。根据各断面流场信息，优化后石门坎沉沙池内部流场明显优于现状沉沙池内部流场，流速更均匀，有利于泥沙沉降。如转弯段末端处，优化后流场较优，通过泥沙数值模拟发现此处也是优化后沉沙池泥沙主要沉降区，符合凹岸冲刷，凸岸淤积的一般规律。
（3）优化后石门坎水电站沉沙池泥沙计算结果。为了验证优化后的沉沙池沉沙效果，同样运用DPM模型模拟优化后沉沙池内部泥沙的运动，发现在转弯段泥沙有明显的沉降。分别提取泥沙颗粒的跟踪个数、泥沙颗粒逃逸个数、沉降个数、泥沙顆粒运动计算未完成个数和沉沙池出口逃逸各粒径组泥沙含量进行对比分析。
各粒径组泥沙含量模拟值与实测值对比分析见表1。
从表1可以发现，模拟的各粒径组泥沙含量与实测值总体趋势上大致相同，个别粒径组相对误差较高，如大于0.50mm粒径组的泥沙含量相对误差达90.0%，但大于0.5mm粒径组的泥沙含量较低，对泥沙模拟结果影响相对较小，因此可忽略此差异。实际运用中模拟值与实测值总会存在误差，综合比较下，本文模拟的各粒径组泥沙含量是可信的。
沉沙池出口各粒径组泥沙颗粒统计见表2，
根据上述数据资料可以求得各粒径组泥沙沉降率，见表3。泥沙颗粒的跟踪个数为580、逃逸的个数为263、沉降个数为317及未完成个数为0，可以根据跟踪个数和沉降个数求得优化后石门坎水电站沉沙池总的沉降率η=54.65%。
根据表3可以求得优化后沉沙池大于0.25mm泥沙颗粒粒径组的沉降率η0.25=83.51%，达到了设计规范要求（>80%）。
通过对优化后石门坎水电站沉沙池泥沙沉降效果的数值模拟，得到优化后泥沙总的沉降率η=54.65%，远大于优化前总沉降率，优化后沉沙池大于0.25mm泥沙颗粒粒径组的沉降率η0.25=83.51%，远大于优化前的沉降率，因此对现状沉沙池的结构优化大大提高了泥沙的沉降率。
4 结论
（1）运用FLUENT软件模拟现状沉沙池内三维流场，并运用离散相DPM模型模拟泥沙运动轨迹，计算分析表明：现状沉沙池内存在水流较紊乱、断面流速不均匀、横向环流及纵向环流等不利于泥沙沉降的条件。
（2）采用数值模拟并结合传统计算理论对现状沉沙池进行结构优化。根据模拟计算成果，大于等于0.25mm粒径级的泥沙沉降率η0.25为83.51%，满足设计规范要求，并且比优化前的沉降率有较大提高。优化后的沉沙池内部水流条件得到改善，沉沙效果较好。
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