阿葦灌區(qū)干管首部2 種水處理池工作原理及優(yōu)缺點比較

唐新民

（甘肅省水利水電工程局有限責(zé)任公司，甘肅蘭州730030）

1 阿葦灌區(qū)工程水質(zhì)狀況

阿葦灌區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)青河縣境內(nèi)，灌區(qū)設(shè)計灌溉面積16 666.67 hm2。全部采用高效滴灌。灌區(qū)工程主要由總干渠、南干渠、北干渠以及7條輸水干管組成。其中北干渠控制1、2、3、4 干管，控制面積 10 000 hm2；南干渠控制 5、6、7 干管，控制面積6 666.67 hm2。干管首部采用2 種沉砂水池對灌溉用水進(jìn)行初步處理。1、2、3、4 干管首部采用呼圖壁水利科研所設(shè)計的雙向斜跨網(wǎng)板式除污除漂沉砂池；5、6、7 干管首部水處理采用新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)設(shè)計院設(shè)計的濾料式除污除漂沉砂池。西北地區(qū)水中泥沙含量大，若微灌系統(tǒng)采用地表水作為水源時，設(shè)置過濾設(shè)施顯得尤為重要。即使在引水樞紐設(shè)置了沉砂池，將渠道水直接用于微灌仍會嚴(yán)重堵塞灌水器，加重過濾器的負(fù)擔(dān)。因此有必要在河渠水和微灌系統(tǒng)之間再設(shè)一個沉砂池，對其所含的超過微灌系統(tǒng)指標(biāo)的以懸移質(zhì)為主的泥沙進(jìn)行處理，從而防止微灌系統(tǒng)的堵塞，減輕過濾器的負(fù)擔(dān)[1]。經(jīng)過幾年的實際運(yùn)行，本文將2 種過濾池的優(yōu)缺點加以比較。

對灌區(qū)干管進(jìn)水口進(jìn)行取樣送檢，主要檢驗項目為懸浮物（檢測依據(jù)農(nóng)田灌溉水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)GB5084-2005），檢測結(jié)果懸浮物超標(biāo)，且懸浮物為不知名藻類。阿葦灌區(qū)用水主要來自山區(qū)上年冬季積雪的融雪雪水以及本年補(bǔ)充的雨水，到達(dá)灌區(qū)時已經(jīng)過上游2 座水庫和1 座水利樞紐，由于水庫的滯留作用，加之水流經(jīng)20 km 干渠，導(dǎo)致水溫升高，藻類大量繁殖。

2 2 種過濾池工作原理

2.1 首部雙向斜跨網(wǎng)板式沉砂池工作原理

水由干渠節(jié)制分水閘流入首部分水沉砂池，開啟進(jìn)水閘，水進(jìn)入沉砂溢水槽，沉砂溢水槽充滿后，水由溢水槽左右兩側(cè)隔墻溢流至過濾網(wǎng)板（800 目）經(jīng)過過濾的清水落入網(wǎng)板下清水池，網(wǎng)板上的過濾物由人工采用高壓水槍沖洗后，進(jìn)入污水槽，污水槽的沖洗物達(dá)到一定程度后開啟池尾排污閘將過濾物沖入池后污水池，污水根據(jù)實際需要澆灌配套林帶中的樹木，清水池水的去向分為2 部分：一部分清水經(jīng)過首部閥門井電磁流量計進(jìn)入主干管管道，然后進(jìn)入干管大型集中式過濾站（砂石+網(wǎng)式），清水經(jīng)過二次處理后進(jìn)入田間分干管地埋支干管經(jīng)出地樁進(jìn)入地面支管滴管帶到達(dá)田間；另一部分清水（不滿足自壓條件）經(jīng)加壓泵房水泵加壓后經(jīng)網(wǎng)式過濾器到達(dá)田間（圖1）。

圖1 雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池橫剖面

2.2 首部垂直掛網(wǎng)式沉砂池工作原理

水流由總干渠經(jīng)過節(jié)制分水閘流入沉淀池水池前端，由于水流入池后流速減緩達(dá)到淤積沉淀流速，水中推移質(zhì)由于流速減緩、而且有足夠長的距離沉淀于擋沙坎墻前的沉砂池中。水中的雜質(zhì)一類是藻類，水生物和漂浮物；另一類是懸浮泥沙。由第一道大孔徑網(wǎng)板阻擋過濾。漂浮物（雜草及其他雜物）由池邊溢流通道排出（需人工配合清撈）。過濾網(wǎng)垂直水流方向，網(wǎng)板孔徑100 mm。水流經(jīng)過前端第一道粗制網(wǎng)板粗過濾后，進(jìn)入第二道80 目垂直網(wǎng)板過濾網(wǎng)板，網(wǎng)板過濾的過濾物在網(wǎng)板上堆積到一定程度后，提起網(wǎng)板進(jìn)行人工清理，過濾后的水流進(jìn)入清水池。清水池的水的流向分2 部分；一部分滿足自壓條件（0.3 MPa，30 m 幾何高差）滴管的農(nóng)田水流由主干管流入大型集中過濾站（砂石+網(wǎng)式）進(jìn)行二次過濾處理，經(jīng)過二次處理的灌溉水再次進(jìn)入大型集中集中過濾站后的主干管，經(jīng)由主干管節(jié)點到分干管，分干管到田間地下支管經(jīng)過出地樁到地面支管再到滴灌帶，完成一個完整的輸水循環(huán)；另一部分不滿足自壓條件（幾何高差小于30 m）的水，經(jīng)過加壓泵房水泵加壓后，通過加壓干管，到加壓田間分干管經(jīng)過地下支干管出地樁到地面支干管，完成一個完整的灌水循環(huán)（圖2）。

圖2 首部垂直雙濾網(wǎng)沉砂過濾水池縱剖面

3 2 種過濾水池比較

現(xiàn)以已建成的二干管工程為例進(jìn)行比較，同一個項目2 家設(shè)計單位設(shè)計，相同的灌溉面積，具有一定的可比性?？傆? 626.67 hm2，設(shè)計總流量1.97 m3/s，其中，自壓灌溉面積2 280 hm2，加壓灌溉面積346.67 hm2，主要比較以下方面：工程量大小、占地面積（水池邊界水平投影面積）、工程施工難度、年運(yùn)行費(fèi)用、日常維護(hù)難度、過濾效果。

3.1 工程量大小

3.1.1 雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池 由于采用未經(jīng)過濾的水經(jīng)過上部過濾網(wǎng)板（800 目）過濾進(jìn)入下部清水池立體結(jié)構(gòu)，土石方開挖工程量較小。立體結(jié)構(gòu)采用鋼筋混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，混凝土工程量較小。相對于平面水池結(jié)構(gòu)，薄壁鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)鋼筋使用量較大。鋼制閘門使用數(shù)量多，不計進(jìn)水閘門，總計使用鋼制鋼制閘門6 孔。

3.1.2 首部垂直濾網(wǎng)沉砂過濾水池 由于采用平面寬淺式水池結(jié)構(gòu)，附帶沉砂功能，將懸移質(zhì)沉淀在池內(nèi)，水池縱向尺寸較長，整體尺寸較大，導(dǎo)致土石方工程開挖工程量大。水池底板采用200 mm 厚度、強(qiáng)度等級為C20 的混凝土?？紤]到機(jī)械水池內(nèi)要進(jìn)行清淤工作，邊坡采用強(qiáng)度等級C20 厚度、150 mm 的混凝土進(jìn)行襯砌，前后水池隔斷墻采用鋼筋混凝土，后補(bǔ)清水池底板及側(cè)墻采用鋼筋混凝土。相對于雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池，首部垂直濾網(wǎng)沉砂過濾水池混凝土工程量較大，鋼筋混凝土工程量少，鋼筋用量少，整個水池只有一扇進(jìn)水閘門，金屬結(jié)構(gòu)較少。

3.2 水池占地面積（水池邊界水平投影面積）

3.2.1 雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池 由于采用立體鋼筋混凝土薄壁結(jié)構(gòu)，上部中間位置為未處理灌溉水的溢出水道，過濾網(wǎng)板下部為鋼筋混凝土薄壁結(jié)構(gòu)的清水池，雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池充分利用進(jìn)水池下部作為清水池的一部分，且將兩邊清水池底部預(yù)留孔洞聯(lián)通為一體，充分有效利用空間，故占地面積小。

3.2.2 首部垂直濾網(wǎng)沉砂過濾水池 首先，由于考慮水中泥沙沉淀所需要的時間與流水的流速，所以前端的未經(jīng)處理水的水池具有一定的長度。其次，由于采用寬淺式的水池形式，水池需要一定的寬度。最后，出料前端未處理的灌溉水經(jīng)過垂直網(wǎng)板過濾后，池尾清水池為保證灌溉的連續(xù)性同樣需要一定的體積容納不小于30 min 的灌溉水。相對于雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池，首部垂直濾網(wǎng)沉砂過濾水池在同樣的灌溉面積下，占地面積幾乎要多一倍還要多[1]。

3.3 工程施工難度

3.3.1 雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池 由于采用鋼筋混凝土薄壁立體結(jié)構(gòu)，上下兩層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，上部中間為未經(jīng)處理的灌溉水流道，兩側(cè)為經(jīng)過過濾清水水池，中間未經(jīng)處理的灌溉水流道，下部為充分利用空間，同樣為薄壁鋼筋混凝土清水池，水池前后端兩側(cè)墻同樣為鋼筋混凝土薄壁結(jié)構(gòu)內(nèi)隔墻?？傊?，雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池除最外側(cè)斜坡段為15 cm 厚的混凝土為無模澆筑外，其余混凝土均為有模澆筑。由于安裝由較多的進(jìn)出水閘門，異型弧型模板較多，施工難度較大。

3.3.2 首部垂直濾網(wǎng)沉砂過濾水池 由于該水池采用寬淺時明渠結(jié)構(gòu)，水池前端沉砂降速區(qū)域，考慮清淤是的機(jī)械進(jìn)入池內(nèi)，底板為20 cm 厚度強(qiáng)度等級為C25 素混凝土，邊坡為厚度15 cm，坡度為1∶1.5的斜面混凝土。水池后端清水池及網(wǎng)板隔墻為鋼筋混凝土直墻結(jié)構(gòu)，上部排架為鋼結(jié)構(gòu)，相對于雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池，首部垂直濾網(wǎng)沉砂過濾水池施工難度較小。

3.4日常維護(hù)管理難度

3.4.1 雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池 由于采用不銹鋼過濾網(wǎng)板對灌溉水中的雜物以及大粒徑的沙粒進(jìn)行過濾，在每年灌溉期內(nèi)，24 h 必須有人進(jìn)行值守，隨時對過濾在網(wǎng)板之上的污物使用高壓水槍進(jìn)行沖洗，以保證網(wǎng)板正常工作，提高過濾的效果，故灌溉期人工需求大。

3.4.2 首部垂直濾網(wǎng)沉砂過濾水池 由于采用寬淺式水池結(jié)構(gòu)、垂直不銹鋼網(wǎng)板，在每年灌溉期內(nèi)，無需24 h 進(jìn)行有人值守，只需在網(wǎng)板前產(chǎn)生明顯的雍水發(fā)生堵塞時進(jìn)行清污作業(yè)，或者清水池內(nèi)的清水相對于一般情況下含沙量明顯增減時，進(jìn)行擋沙坎前的淤積物的清理，淤積物清理時需關(guān)閉進(jìn)水閘，保持灌溉主管道內(nèi)滿水狀態(tài)。清淤作業(yè)一般輪式有裝載機(jī)承擔(dān)，裝載機(jī)由清淤車道進(jìn)入池內(nèi)進(jìn)清淤作業(yè)一般8 h 即可完成，清淤工作一般會在每年的洪水期或者灌區(qū)干渠納洪口進(jìn)水后進(jìn)行，日常工作主要為進(jìn)行垂直網(wǎng)板前的雜物清理[2]。

3.5年運(yùn)行費(fèi)用

3.5.1 首部雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池 由于采用不銹鋼斜跨網(wǎng)板進(jìn)行灌溉水的過濾處理，根據(jù)統(tǒng)計，每3年不銹鋼網(wǎng)板基本需要進(jìn)行1次更新，更新費(fèi)用分?jǐn)偯磕昙s10 000 元左右，工作人員的人工工資約為200 000 元左右，其他費(fèi)用約為10 000 元左右，合計年運(yùn)行費(fèi)用約為220 000 元。

3.5.2 首部垂直濾網(wǎng)板沉砂過濾水池 每年網(wǎng)板更新費(fèi)用約為3 000 元左右，工作人員工資約為200 000元左右，清理沉砂池淤積機(jī)械費(fèi)約為6 000 元，其他費(fèi)用約為10 000 元，合計年運(yùn)行費(fèi)用為219 000 元左右。2 種水池年運(yùn)行費(fèi)用基本相同。

3.6 過濾效果

3.6.1 雙向斜跨濾網(wǎng)板式沉砂過濾池 由于采用斜向不銹鋼過濾網(wǎng)板進(jìn)行灌溉水的初級處理，中間溢水道面積以及相對體積較小，對于較小粒徑的懸移質(zhì)顆粒過濾效果不明顯，對于藻類以及高溫季節(jié)水中滋生的不明浮游生物過濾效果明顯，特別是在每年的7、8月，由于季節(jié)型高溫水中不明浮游生物及藻類繁殖速度較快，明顯可以看到過濾網(wǎng)板上表面過濾后的藻類的堆積[3]。

3.6.2 首部垂直濾網(wǎng)沉砂過濾水池 由于采用寬淺式水池結(jié)構(gòu)，當(dāng)水流進(jìn)入水池后，由于流速降低，水池容量較大，水流在池中停留時間較長，泥沙在水池中沉積效果好。由于垂直網(wǎng)板孔徑較大，對藻類及浮游生物的過濾效果不佳。

通過以上比較可知，雙向斜跨網(wǎng)板式沉砂過濾池占地面積小，施工技術(shù)要求較高，工程量較小，由于網(wǎng)板孔徑較小，對藻類過濾效果好，對懸移質(zhì)泥沙過濾效果一般，日常維護(hù)費(fèi)用相對較高；首部垂直雙濾網(wǎng)沉砂過濾水池由于網(wǎng)前沉砂池容量及距離較長，沉砂效果好，但由于網(wǎng)板孔徑較大對于藻類的過濾效果較差，占地面積較大，工程量相對較大，施工難度較小。

4 結(jié)語

上述2 種過濾水池由于工作方式不同，進(jìn)而影響到其工作效率，過濾效果截然不同。雙向斜跨網(wǎng)板式沉砂過濾池過濾藻類效果好，沉砂效果一般。首部垂直雙濾網(wǎng)沉砂過濾池沉砂效果好，但是對于藻類過濾效果一般。因此，各地區(qū)要根據(jù)本地區(qū)的灌溉水的來源不同、地方材料、工程施工技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)能力采取不同的首部水處理方式，才能取得最好的經(jīng)濟(jì)效益與水的初步處理效果。