基于零比降渠自壓滴灌工程過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)選型

尼亞孜·胡馬爾汗，穆哈西，吾買(mǎi)爾·吐?tīng)栠d，奴爾依啞，阿爾曼

(1.阿勒泰地區(qū)哈巴河縣水利局，新疆 哈巴河 836700；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052)

0 引 言

新疆牧業(yè)灌區(qū)是無(wú)電灌區(qū)，無(wú)法過(guò)濾水源，目前還采用地面灌溉而浪費(fèi)水資源，灌水量多、地形坡度大，水土流失嚴(yán)重，導(dǎo)致灌區(qū)下游洼地沼澤化面積劇增、地下水位上升[1-4]。由于地面灌溉面臨的問(wèn)題有：①灌區(qū)下游洼地沼澤化面積劇增，牧業(yè)種植面積萎縮；②地下水位上升導(dǎo)致土壤鹽堿化，棄田面積擴(kuò)大；③排水不暢、地面灌水量過(guò)多、地形坡度大而大量水土流失，造成破壞土壤結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的自然溝加深加寬，導(dǎo)致耕地面積減少。為無(wú)電牧業(yè)灌區(qū)實(shí)現(xiàn)滴灌工程，首先必須解決水源的過(guò)濾問(wèn)題，然后根據(jù)地形落差實(shí)現(xiàn)自壓滴灌工程，從而促進(jìn)新疆牧業(yè)的快速發(fā)展。

為解決上述存在的問(wèn)題，以水力計(jì)算作為依據(jù)研制了投資小、地形適應(yīng)性強(qiáng)的自壓滴灌工程無(wú)用電過(guò)濾裝置[5,8]。為進(jìn)一步確定無(wú)用電過(guò)濾裝置模型的過(guò)濾能力，渠邊和閘前搭配的不同目數(shù)濾網(wǎng)對(duì)含沙量的過(guò)濾能力進(jìn)行了試驗(yàn)。為恢復(fù)棄田、降低土壤流失、節(jié)省水源、提高農(nóng)牧民收入，在無(wú)電牧業(yè)灌區(qū)實(shí)現(xiàn)節(jié)水工程提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

制作無(wú)用電過(guò)濾裝置模型，調(diào)水池高20 cm，長(zhǎng)度20 cm，寬度20 cm。集水桶高50 cm，直徑20 cm的有機(jī)玻璃管制成。渠道長(zhǎng)15 m，渠底寬10 cm，高度14 cm，渠道比降j=0。預(yù)備曬干泥沙土1，2，4 kg，預(yù)備的泥沙土中分別加10 kg水倒入離心機(jī)內(nèi)，各離心1 h后分別倒入梯形渠內(nèi)。渠邊設(shè)置一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)80、120和200和閘前二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)(目數(shù)80、120 和200)下分別進(jìn)行了試驗(yàn)。目數(shù)單位(目/cm2)：目數(shù)80時(shí)孔徑0.19 mm；目數(shù)120時(shí)孔徑0.125 mm；目數(shù)200時(shí)孔徑0.074 mm。

1.2 方 法

打開(kāi)閘時(shí)離心的混合泥沙通過(guò)搭配不同目數(shù)的過(guò)濾網(wǎng)后進(jìn)入調(diào)水池，然后進(jìn)入集水桶。試驗(yàn)結(jié)束后取出渠邊和閘前間、調(diào)水池及集水桶內(nèi)的泥沙，采用烘干法和稱(chēng)重法，計(jì)算渠邊和閘前間、調(diào)水池及集水桶淤積物的干重量占總含沙量百分比，確定了自壓滴灌工程過(guò)濾網(wǎng)適應(yīng)的水情和能搭配網(wǎng)的目數(shù)范圍。

2 結(jié)果與分析

無(wú)用電過(guò)濾裝置的原理是：打開(kāi)渠邊閘門(mén)時(shí)渠水二級(jí)過(guò)濾后流入調(diào)水池，調(diào)水池水位逐漸與渠水位齊平。打開(kāi)集水桶的排氣閥后調(diào)水池的水流入集水桶內(nèi)，集水桶水位上升，調(diào)水池和集水桶的水位差Δh減少，集水桶逐漸蓄滿(mǎn)，從而渠道水位、調(diào)水池和集水桶水位齊平連成整體。集水桶蓄滿(mǎn)水后關(guān)閉集水桶的排氣閥，再打開(kāi)供水閥，此時(shí)集水桶內(nèi)水位降低而產(chǎn)生負(fù)壓，在短時(shí)間(Δt)內(nèi)集水桶內(nèi)降低水深(Δh)相應(yīng)的水量等于管道路徑充滿(mǎn)水所需的水量，在集水桶內(nèi)的負(fù)壓作用下集水桶通過(guò)進(jìn)水管不斷吸入調(diào)水池內(nèi)的水，從而保持集水桶的水位(圖1所示)，此時(shí)流量平衡式為：

Q渠≥Q調(diào)≥Q集=Q系

式中：Q渠為渠道提供流量，m3/s；Q調(diào)為調(diào)水池的調(diào)節(jié)流量，是指調(diào)水池與集水桶間進(jìn)水管末端流出來(lái)供給集水桶的流量，m3/s；Q集為集水桶的流量，是指提供系統(tǒng)的流量，m3/s；Q系為系統(tǒng)流量，是指同時(shí)工作支管流量，m3/s。

圖1 無(wú)用電過(guò)濾裝安裝圖 1-地面；2-梯形渠底；3-渠邊坡；4-渠水位；5-渠邊一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)；6-逆坡；7-閘前二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)；8-閘門(mén)；9-調(diào)水池；10-進(jìn)水管；11-排污管；12-排污閥；13-集水桶地埋部分；14-攔物網(wǎng)(三級(jí)過(guò)濾網(wǎng))；15-供水閥；16-供水管；17-集水桶；18-排氣管；19-排氣閥

2.1 試驗(yàn)過(guò)程

(1)試驗(yàn)1。渠道邊的一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)為80、120和200，無(wú)搭配閘前二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)的試驗(yàn)。此時(shí)，渠道水的泥沙通過(guò)一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)后直接進(jìn)入調(diào)水池內(nèi)，調(diào)水池淤積增多。120目的一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)流入集水桶的水質(zhì)符合滴灌管的要求。一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)200的情況下，過(guò)濾網(wǎng)易堵，水進(jìn)入調(diào)水池的速度降低。如果一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)需要設(shè)置200目過(guò)濾網(wǎng)，渠水含沙量少于總含沙量的10%的情況下可以考慮。

(2)試驗(yàn)2。一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)分別為80、120和200目，搭配閘前目數(shù)不同(80、120、200目)的二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)下分別進(jìn)行試驗(yàn)。此時(shí)，80目的一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)搭配閘前80目的二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)時(shí)，調(diào)水池內(nèi)淤積量增多，集水桶內(nèi)淤積量的變化不大。120目的一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)搭配閘前120目的二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)時(shí)，兩級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間、調(diào)水池及集水桶內(nèi)淤積量最少過(guò)濾效果最好。網(wǎng)目數(shù)80的一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)搭配閘前80目的二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)和80目一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)搭配閘前120目的二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)相比，80目一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)搭配閘前120目二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)下，一級(jí)和閘前二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間的淤積量較多，兩級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間必須設(shè)置反沖洗裝置。120目的一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)搭配120目二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)時(shí)，集水桶內(nèi)的水質(zhì)符合滴灌帶的要求。應(yīng)注意的是渠水漂浮物較多的情況下，一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)越多，濾網(wǎng)上黏的漂浮物也多，濾網(wǎng)易堵。

過(guò)濾網(wǎng)的過(guò)濾能力不僅與濾網(wǎng)的目數(shù)有關(guān)(見(jiàn)表1)，而且與渠道邊坡系數(shù)(濾網(wǎng)的傾斜度)、渠水含沙量和渠水流速也有關(guān)。渠道邊坡系數(shù)m是邊坡在水平方向的投影長(zhǎng)度與垂直方向的投影長(zhǎng)度的比值，表示渠道邊坡傾斜程度的指標(biāo)。邊坡系數(shù)取值的大小關(guān)系到渠坡的穩(wěn)定性，根據(jù)渠道深度及土壤性質(zhì)選取的，同樣渠邊傾斜度大，濾網(wǎng)目數(shù)多過(guò)濾網(wǎng)易堵。

表1 搭配不同過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)與過(guò)濾能力檢測(cè)結(jié)果

2.2 過(guò)濾網(wǎng)的淤積量和黏物質(zhì)的處理

渠邊一級(jí)和閘前二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間淤積量和濾網(wǎng)表面黏物質(zhì)的處理方法。渠水含沙量大，渠邊和閘前兩級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間的淤積較多時(shí)，渠邊和閘前兩級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間設(shè)反沖洗裝置：反沖洗裝置是由擺動(dòng)式噴頭、太陽(yáng)能板、微型水泵及電瓶組成。調(diào)水池內(nèi)設(shè)微型水泵，水泵與太陽(yáng)能板相連，太陽(yáng)能板與電瓶相連，電瓶帶動(dòng)水泵，水泵抽調(diào)水池的水反沖一級(jí)和二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間的淤積和渠邊一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)表面上的黏物質(zhì)。

3 結(jié) 論

(1)當(dāng)一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)和閘前二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)(80目)相同時(shí)，一級(jí)和閘前二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間淤積量較少，調(diào)水池內(nèi)淤積干物質(zhì)含量較多，隨著渠水含沙量的增加過(guò)濾網(wǎng)間和調(diào)水池的泥沙含量增加，但是集水桶內(nèi)含沙量的變化不大。一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)不變(80目)，閘前二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)增加時(shí)，兩級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間的淤積量增多，調(diào)水池和集水桶內(nèi)的淤積量的變化不大。

(2)當(dāng)閘前二級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)大于一級(jí)過(guò)濾網(wǎng)目數(shù)時(shí)，兩級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間的淤積量增加，兩級(jí)過(guò)濾網(wǎng)間設(shè)置反沖洗裝置是必要的。

(3)渠邊過(guò)濾網(wǎng)的過(guò)濾能力與渠道邊坡的傾斜度(邊坡系數(shù))、渠道比降、渠水含沙量及濾網(wǎng)的目數(shù)有關(guān)。渠道邊坡的傾斜度大、濾網(wǎng)目數(shù)和含沙量多時(shí)，過(guò)濾網(wǎng)同樣易堵。

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