寧夏黃河水濁度與含沙量關系分析

2016-03-22 06:55:07顧靖超劉學軍陸立國武慧芳寧夏水利科學研究院銀川750021

中國農村水利水電 2016年11期

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。近年來隨著經濟社會的發展，對水資源的需求逐年增加，受水資源剛性約束的限制，壓縮農業用水成為解決水資源短缺的主要手段。隨著農業灌溉水資源的減少，采用常規的地面灌溉方式，灌溉用水量大，無法滿足灌溉對水資源的需求，采用高效的節水灌溉方式，已經成為現代農業發展的必然趨勢。發展高效節水農業，直接引用高含沙黃河水微灌，灌水器極易被泥沙等懸移質堵塞，造成滴灌系統無法運行[1]。因此，微灌用黃河含沙水凈化處理技術，成為寧夏高效節水灌溉必須解決的技術難題。

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。泥沙含量因地區和季節不同，含量也不同。黃委會對黃河流域黃河水泥沙含量進行監測，結果表明：在整個中游地區一般呈上低下高，枯水季節低、汛期高的特征，在枯水季節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，年平均泥沙含量在5～10 kg/m3。

根據黃河寧夏段青銅峽站1969-2012年泥沙含量監測資料，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年月含沙量特征統計表 kg/m3

1.2 黃河水泥沙化學成分

寧夏揚黃灌區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壁，引起灌水器堵塞。化學成分化驗結果見表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果見表3。

表2 黃河水中泥沙物理化學性質表

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，淤積形態與分析結果基本相同。

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，而且還與水中雜質的成分、顆粒大小、形狀及其表面的反射性能有關，渾濁度是一項重要的水質指標。濁度通常用便攜式的濁度儀可直接現場測定，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，這樣，不同渾水樣的單位含沙量的濁度值相當穩定，而不按固定稀釋倍數所得的數據偏差較大。提出黃河高濁度水的濁度不但與含沙量有關，而且與顆粒因素有關，忽略其中的一個因素就難以得到穩定的關系；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測，寧東水廠2013-2014年監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，兩者沒明顯的相關關系，見圖2。