寧夏黃河水濁度與含沙量關(guān)系分析

顧靖超，劉學軍，陸立國，朱 潔，武慧芳(寧夏水利科學研究院，銀川 750021)

寧夏具有悠久的引黃灌溉歷史。近年來隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，對水資源的需求逐年增加，受水資源剛性約束的限制，壓縮農(nóng)業(yè)用水成為解決水資源短缺的主要手段。隨著農(nóng)業(yè)灌溉水資源的減少，采用常規(guī)的地面灌溉方式，灌溉用水量大，無法滿足灌溉對水資源的需求，采用高效的節(jié)水灌溉方式，已經(jīng)成為現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，直接引用高含沙黃河水微灌，灌水器極易被泥沙等懸移質(zhì)堵塞，造成滴灌系統(tǒng)無法運行[1]。因此，微灌用黃河含沙水凈化處理技術(shù)，成為寧夏高效節(jié)水灌溉必須解決的技術(shù)難題。

1 黃河水泥沙含量及化學成分

1.1 黃河水泥沙含量

黃河因泥沙含量高而聞名于世，泥沙來源集中在中游黃土高原。泥沙含量因地區(qū)和季節(jié)不同，含量也不同。黃委會對黃河流域黃河水泥沙含量進行監(jiān)測，結(jié)果表明：在整個中游地區(qū)一般呈上低下高，枯水季節(jié)低、汛期高的特征，在枯水季節(jié)中游上段龍羊峽泥沙含量平均為1.5 kg/m3，汛期中游下段三門峽泥沙含量平均為37 kg/m3。在蘭州至河口鎮(zhèn)，年平均泥沙含量在5～10 kg/m3。

根據(jù)黃河寧夏段青銅峽站1969-2012年泥沙含量監(jiān)測資料，黃河水寧夏段多年平均泥沙含量為2.19 kg/m3，最大5.31 kg/m3，最小0.06 kg/m3，其中6-8月份泥沙含量較大，平均在3.82 kg/m3，其他時間平均在1.14 kg/m3。逐月平均含沙量見表1。

表1 青銅峽站1969-2012年月含沙量特征統(tǒng)計表 kg/m3

1.2 黃河水泥沙化學成分

寧夏揚黃灌區(qū)渠道泥沙化學成分中，主要以SiO2、Al2O3、Fe2O3三種化合物為主[2]，具有較強的吸附作用，易附著于輸水管道與灌水器內(nèi)壁，引起灌水器堵塞?；瘜W成分化驗結(jié)果見表2。

2 黃河水泥沙級配特性

黃河泥沙來自流域不同的地層，泥沙的礦物質(zhì)特性為長石、云母、石英、黏土礦物高齡石等，因而泥沙的粒徑是不均勻的，黃河寧夏段泥沙顆粒級配化驗分析結(jié)果見表3。

表2 黃河水中泥沙物理化學性質(zhì)表

表3 黃河水泥沙粒級配特性

寧夏水利設計院資料表明，黃河水寧夏段多年平均泥沙含量為2.19 kg/m3，汛期為3.82 kg/m3。顆粒組成為：中值粒徑0.024 9 mm，最大粒徑0.5 mm。顆粒級配為：0.5～0.1 mm者占7%，0.1～0.035 mm者占34%，小于0.035 mm者占59%。

2005-2007年,為了掌握寧東鴨子蕩水庫泥沙運行情況，分析淤積規(guī)律，對水庫泥沙含量、淤積變化進行了長期的觀測。在水庫縱向選擇A、B、C三個斷面，A斷面距進水口300 m，B斷面位于水庫中間，C斷面距水庫大壩100 m；每個斷面橫向分別設置3個點，每個斷面兩點之間的距離為600 m，每次水庫蓄水期取水樣2次，取水位置為水面下1.0 m。監(jiān)測期間水庫進水含沙量均低于5 kg/m3，平均含沙量2.6 kg/m3。水庫進口含沙量較大，至壩前明顯減少，淤積形態(tài)與分析結(jié)果基本相同。

寧東供水公司鴨子蕩水庫管理部門對進庫泥沙級配進行化驗分析，水體所含泥沙級配曲線見圖1。

圖1 寧東鴨子蕩水庫泥沙粒徑分布百分比圖

3 黃河水泥沙含量與濁度的關(guān)系研究

泥沙含量是反映水中固體顆粒物泥沙多少的物理量，以kg/m3表示。濁度即水的混濁程度，是光線透過水層時受到阻礙的程度，表示水層對于光線散射和吸收的能力。它不僅與懸浮物的含量有關(guān)，而且還與水中雜質(zhì)的成分、顆粒大小、形狀及其表面的反射性能有關(guān)，渾濁度是一項重要的水質(zhì)指標。濁度通常用便攜式的濁度儀可直接現(xiàn)場測定，而含沙量需要在實驗室進行化驗分析。為了方便應用，對濁度與含沙量的關(guān)系進行了定量研究。

金同軌、陳保平、梁春華等取甘肅蘭州、寧夏青銅峽、河南滎陽孤柏嘴、河南鄭州花園口等四處黃河河段的泥沙樣或水樣，配成不同濃度的渾水，測定其濁度。渾水濁度測定時往往需要稀釋，此時要采用固定的稀釋倍數(shù)，這樣，不同渾水樣的單位含沙量的濁度值相當穩(wěn)定，而不按固定稀釋倍數(shù)所得的數(shù)據(jù)偏差較大。提出黃河高濁度水的濁度不但與含沙量有關(guān)，而且與顆粒因素有關(guān)，忽略其中的一個因素就難以得到穩(wěn)定的關(guān)系；在通常情況下，含沙量與濁度的比值Cw/T大，泥沙顆粒粗，反之則細。

2013-2014年，寧夏寧東水廠對進入水廠的黃河水濁度與含沙量進行了長期的監(jiān)測，寧東水廠2013-2014年監(jiān)測水樣的濁度范圍在2～20 NTU、含沙量范圍在0.06～9 mg/L，將濁度與對應的泥沙含量點匯在同一圖表上觀察，兩者沒明顯的相關(guān)關(guān)系，見圖2。

圖2 寧東水廠黃河水濁度與含沙量關(guān)系散點圖

2015年共采集寧夏引、揚黃灌區(qū)各大干渠不同位置水樣38組，開展了黃河水泥沙含量與濁度關(guān)系對比試驗。試驗數(shù)據(jù)中，泥沙含量在0.06～16 kg/m3、濁度在200～11 000 NTU之間，詳見表4。

表4 黃河水泥沙含量與濁度結(jié)果

通過分析試驗數(shù)據(jù)，濁度與含沙量存在較為明顯的線性關(guān)系，濁度NTU～含沙量關(guān)系率定成果見圖3。由于試驗數(shù)據(jù)中，泥沙含沙量在0.06～16 kg/m3、濁度在200～11 000 NTU之間，因此，上式適用的范圍為濁度大于200 NTU的情況。

圖3 黃河水濁度與含沙量關(guān)系

4 結(jié) 語

黃河水濁度與泥沙含量之間存在高度相關(guān)性，現(xiàn)場水樣實測數(shù)據(jù)與試驗室試驗率定結(jié)果比較，以及通過使用實測數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換比較時，兩者仍有所差異，未來仍需做長時間的觀測試驗以完善，其應用性極高，對于水利單位在濁度數(shù)據(jù)的運用上有所幫助，值得進行更深入研究。

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[1] 范興科，馬孝義.滴灌帶抗堵性能與臨界含沙水流研究[D]. 北京：中國科學研究生院，2010.

[2] 鮑子云，仝炳偉，徐利崗.設施農(nóng)業(yè)滴灌用黃河水安全凈化處理技術(shù)試驗研究[J],灌溉排水學報，2011,(3):1-5.

[3] 李葆權(quán).黃河高揚程提水灌區(qū)滴灌系統(tǒng)水質(zhì)凈化處理研究[J]. 節(jié)水灌溉，2014,(9):27-29.

[4] 杜慧慧.烏海市引黃滴灌水凈化模式及凈化系統(tǒng)水質(zhì)變化規(guī)律研究[D]. 呼和浩特：內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學，2015,(1).

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