黃河水滴灌系統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水權轉讓項目中黃河水滴灌設計泥沙工程設計經驗總結的基礎上，對黃河水滴灌系統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約灌溉水源，有較高的節水效果。

關鍵詞：黃河水滴灌;泥沙初擬;工程設計;選型

某市引黃灌區水權轉讓項目中規劃的黃河水滴灌面積為73hm2。黃河干流水權試點項目規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

該地區的黃河水泥沙顆分試驗結果見表1。結果發現灌溉期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

沉沙池規模要符合滴灌設備水量和水質的標準;沉沙池可在現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。三是渠坡過濾網集水式，該模式下的過濾網被設置在渠道內邊，過濾網下匯集清水形成集水渠，過濾網上泥沙被攔截下來，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模的滴灌單元系統，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集水式可以結合灌區渠道工程，在渠道工程基礎上設置泥沙處理系統，確保在渠道輸水時產生滴灌清水，減少泥沙處理上的成本投入。傳統地面灌溉與滴灌系統供水水源一樣時，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.黃河水滴灌系統中泥沙處理工程的設計選型[J].內蒙古水利，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].中國農業科學院農田灌溉研究所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關鍵技術開發及應用[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設計[J].安徽農業科學，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在設施農業灌溉中的應用[J].現代農業科技，2019，（1）：153，158.