黃河水滴灌系統(tǒng)中泥沙處理工程的設計選型

王雍璞

摘 要：本文對某市引黃灌區(qū)水權轉讓項目中黃河水滴灌設計泥沙工程設計經(jīng)驗總結的基礎上，對黃河水滴灌系統(tǒng)中泥沙處理工程設計問題進一步研究，引出了以黃河水為水源，滿足滴灌水質要求的泥沙處理工程設計型式，該設計型式可進一步節(jié)約灌溉水源，有較高的節(jié)水效果。

關鍵詞：黃河水滴灌;泥沙初擬;工程設計;選型

某市引黃灌區(qū)水權轉讓項目中規(guī)劃的黃河水滴灌面積為73hm2。黃河干流水權試點項目規(guī)劃實施黃河水滴灌面積為62hm2。兩個項目計劃實施的滴灌總面積為135hm2。項目中所需的灌溉水源均為黃河水，黃河水含有的泥沙量較大，如何有效處理黃河水滴灌系統(tǒng)中的泥沙問題是工程設計人員在設計選型中研究的重點[1]。

1 泥沙條件

該地區(qū)的黃河水泥沙顆分試驗結果見表1。結果發(fā)現(xiàn)灌溉期5-8月份的黃河水泥沙含量不足0.005mm的占24.14%，大于0.005的占75.86%。所屬河段黃河水的細泥沙含量較大，沉淀難度系數(shù)較大。

2 泥沙處理標準

2.1 灌溉設備對水質的要求

微灌標準中對水質的要求為，堵塞可能性較低時水質中的懸浮固體小于50mg/L;堵塞可能性為中等時水質中的懸浮固體在50-100mg/L;堵塞可能性較高時水質中的懸浮固體大于50mg/L。此外，規(guī)定中還明確支出在泥沙含量較多的水源取水時需要修建沉沙池，所選過濾器需要結合灌水器流道尺寸和水質情況來定，確保過濾器可以將超過灌水器流道尺寸1/10-1/7的粒徑雜質過濾掉。當黃河水中泥沙粒徑大于1/10時會被攔截達到灌溉設備的要求[2]。

2.2 選擇滴噴灌水質泥沙處理標準粒徑

在流道之間為1/10時，泥沙標準粒徑應在0.05mm以下，本次黃河水泥沙顆分試驗中78.95%的泥沙粒徑不足0.05mm，剩余泥沙粒徑均大于0.05mm。如果黃河水的泥沙含量在每平方2.21kg時，則粒徑小于0.05mm的黃河水每平方的泥沙含量為1.745kg，該結果遠遠超過規(guī)范標準。黃河水中泥沙粒徑不足0.005mm的占24.14%，對應每平方泥沙的含量為0.534kg。結合上條件可以按照以下方式處理泥沙，可設置一級沉沙池和二級過濾器相組合的設施，在沉沙池和過濾器兩者組合的基礎上促使泥沙處理達到既定標準[3]。所選方案有以下兩種，一種為沉沙池的沉淀粒徑設計在至少為0.05mm，二級過濾器清除粒徑不足0.05mm的泥沙;另一種方案為沉沙池的沉淀粒徑設計在至少為0.005mm，二級過濾器清除粒徑不足0.005mm的泥沙。其中第一種方案設計的沉沙池規(guī)模較小，成本投入不多，但是過濾器要承擔78.95%的泥沙處理任務，需要提高過濾器反沖洗頻率，保證持續(xù)不斷的反沖洗模式，因此需要將一套備用過濾器增設上，一套過濾器正常運行，另一套過濾器進行反沖洗操作。但是兩臺設備在不斷轉換的情況下，投資在過濾器上的成本會增大，產(chǎn)生的能耗也較多。第二種方案與第一種方案正好相反，沉沙池規(guī)模較大，成本投入多，沉沙池需要處理的泥沙占75.86%，24.14%的泥沙由過濾器承擔。期間過濾器的反沖洗頻率會明顯降低，只需一套過濾器就可以完成泥沙處理任務，減少了在過濾器上的成本投入，期間產(chǎn)生的能耗也較少，運行更加便捷、可靠、安全。因此第二種方案優(yōu)于第一種方案，可以將沉沙池的沉淀粒徑設計在至少為0.005mm[4]。其中兩種方案的設計具體指標比較見表2。

3 泥沙處理工程設計型式

3.1 設計型式要求及原則

沉沙池規(guī)模要符合滴灌設備水量和水質的標準;沉沙池可在現(xiàn)有工程基礎上銜接供水渠;沉淀池在滿足滴噴灌對水質要求基礎下嚴格控制好規(guī)模，以免減少不必要的成本投入;沉沙池結構設計需要考慮到抗凍防滲性[5]。

3.2 工程設計型式分析

工程設計型式主要有以下幾種，一是渠道集水式，該模式下又可以分為兩種一種為渠坡集水，該模式將無沙吸水管設置在渠道內(nèi)邊坡，集取渠道水來處理泥沙;另一種為將無沙吸水管埋設在渠道底部，集取渠道水來處理泥沙。二是沉沙池沉淀式，該模式下可以改造現(xiàn)有渠道制成沉淀泥沙條形沉淀池，也可設置帶有隔水墻的沉沙池。三是渠坡過濾網(wǎng)集水式，該模式下的過濾網(wǎng)被設置在渠道內(nèi)邊，過濾網(wǎng)下匯集清水形成集水渠，過濾網(wǎng)上泥沙被攔截下來，由此將水和沙分離開來[6]。

4 結語

綜上所述，沉沙池沉淀式可適用于多種規(guī)模的滴灌單元系統(tǒng)，既可以設計為條形沉沙池，也可以設計為隔水墻沉沙池。沉沙池的長寬比至少為4，寬度最大為15m，長度比至少為10。渠道集水式和渠坡過濾網(wǎng)集水式可以結合灌區(qū)渠道工程，在渠道工程基礎上設置泥沙處理系統(tǒng)，確保在渠道輸水時產(chǎn)生滴灌清水，減少泥沙處理上的成本投入。傳統(tǒng)地面灌溉與滴灌系統(tǒng)供水水源一樣時，供水時間需要滿足以上兩種灌溉方式的供水時間要求，此時需要將滴灌供水時間納入到沉沙池設計中。

參考文獻：

[1]郝林，樊忠成，哈達.黃河水滴灌系統(tǒng)中泥沙處理工程的設計選型[J].內(nèi)蒙古水利，2015，（6）：23-24.

[2]常娟.以黃河水為水源的城市供水工程泥沙處理方法[J].陜西水利，2013，（4）：113-114.

[3]馮俊杰1，鄧忠1，翟國亮1，等.黃河水滴灌抗堵塞技術集成與應用[Z].中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)田灌溉研究所1，華北水利水電大學2，河南省田雨灌溉設備有限公司3.2018.

[4]張力，彭斌，張杰武，等.高泥沙水系滴灌系統(tǒng)關鍵技術開發(fā)及應用[Z].蘭州恒晟石油鉆采設備有限公司.2012.

[5]夏明華，呂忠良，王江濤.大田作物滴灌噴灌共用系統(tǒng)設計[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38（31）：17840-17841.

[6]田凌，寬鵬德，左佳妮，等.滴灌-微噴水肥藥一體化系統(tǒng)在設施農(nóng)業(yè)灌溉中的應用[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2019，（1）：153，158.