内蒙古自治区巴彦淖尔市磴口县水利局 内蒙古自治区巴彦淖尔市 015200
【摘要】：本文针对引黄灌区滴灌发展中存在的泥沙过滤、蓄水和有效利用等突出问题，对泥沙过滤技术进行了系统的研究，可为高含沙量滴灌提供参考。
【关键词】：黄河水；滴灌；关键技术
一、泥沙抗堵过滤技术
黄河水泥砂含量高，细颗粒比例大。河套灌区干渠生育期作物年平均含沙量为4.5kg / m3，进入干渠的泥沙粒径小于0.05mm，约占50%。根据现行滴灌水质标准（＜50ppm／ L），约99%的泥沙需要过滤。为了使高含沙量的黄河水达到上述水质标准，通常采用工程与机械相结合的方法。工程过滤需要建设大型沉淀池，难以解决灌区占地问题。同时，除沙成本也很高[1]。黄河水中的大量营养物质在沉淀过滤过程中被去除，导致营养物质流失。在含沙量不超过3.0kg / m3，滴水带使用一年的情况下，采用一级过滤方式安装滴灌第一台泵前，应使用低压旋转滤网过滤大颗粒的泥沙和杂质，并将细粒沉积物通过适当的灌溉设备与排放口的废水一起排放到田间。冲洗完毕后，毛细管内的沉积物应定期通过毛细管末端的辅助冲洗支管冲洗，冲洗水占冲洗水的1%～1.7%。这种新的工艺模式消除了第一部分建设大型沉淀池的需要，改变了传统过滤后泵的缺点。缺点是易堵塞，反洗耗水量大，压力损失大，黄河水中的大量营养物质被输送到田间，导致了黄河水中营养物质因过滤而流失。和传统的四级过滤方法相比，此技术运行管理和维护成本更低，占地面积更小，可以大大节约成本[2]。
二、具体技术分析测试
（一）测试所用设备条件
试验设备包括增压泵、出口管、三根毛管，分别编号为1、2、3。 毛细管长度40米，内径10毫米。每根毛细管均设有一个等间距0.35m的微管滴头，测试设备总结构如图1所示。
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图1滴灌装置结构示意图
（二）试验方法
试验分两个阶段进行。第一步是抗粘附试验。研究的重点是辐射源的传输容量。采取的措施是每天停泵前打开毛细管尾部冲洗，记录滴头堵塞情况并及时清洗。第二阶段是滴头封堵试验。即连续操作，既不冲洗毛细管，也不堵塞滴头。当滴头在高砂水条件下连续运行时，观察滴头堵塞程度。试验项目主要包括渠道水含沙量和含沙量、滴头滴水和毛管冲洗水、滴头堵塞时间和滴头数量[3]。
（三）最终测试结果
含沙量测试结果为了便于比较，分别测试了渠道水的含沙量、毛细管头尾水的含沙量、毛细管末端的冲洗水的含沙量。试验结果见表1。
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由表1可知，随着河水含沙量的增加，排放源出水含沙量增加，但比河水含沙量低28%。一级滴头的自来水含沙量比尾水含沙量高40%左右。毛管末端含沙量约为渠水的16倍，说明毛管末端进入毛管的泥沙十分严重。根据颗粒分析结果，河水泥沙含量大于0.1%，占3.7%，各部位水样粒径大于0.1mm。渠道水流的顺序为：毛管冲洗水>尾部第一滴头流量>尾部滴头出力[4]。
（四）测试结果剖析
由于滴灌的毛细是一个从入口到末端的多孔流出管，滴灌管内的流速逐渐减小，流速不断减小。流动由湍流变为层流，混合砂的湍流度减弱，水砂易于分离。因此，在毛细管的末端，水和沙的混合物很容易进入液滴并流出。
从理论上讲，如果能在湍流条件下保证毛细头和毛细尾的流动模式，使水和沙充分混合，具有足够的旋转强度，那么在给定浓度下，泥沙粒径将小于特定河道的粒径范围。所有的沉淀物都随水滴落下来。但这虽然在实践中很难做到，但这一思想为改变毛细管的设计提供了一种新的途径。
过滤器的作用是防止颗粒尺寸大于筛孔基本尺寸的沉积物和其他杂质进入管道系统，防止和减缓滴头堵塞。其滤波效果主要取决于滤波元件的基本滤波尺寸。一筛孔尺寸越大，过滤效果越好，但频繁的清洗也会影响系统的正常运行。根据筛网规格，100目筛网的基本尺寸为152μm，相应的粒径为0.15 mm～0.20 mm。这意味着至少96%的渠道水泥砂可以通过筛网。因此，100目筛网在0.75mm和0.55mm滴头试验中的适用性有待进一步检验[5]。
就黄河滴灌而言，泥沙粒径和滤水含沙量是造成滴灌堵塞的主要因素，二者相互影响。一方面，较大尺寸的沉积物进入发射器。滴头堆积在转轮中，由于制造偏差和微管放置而变小。另一方面，黄河水中的超细粘土颗粒呈胶状结块。它们进入发射极后，会吸附在通道内壁上，从而减少水的横截面，影响稍粗的颗粒通过，从而逐渐堵住滴头。此外，如果毛管中的泥沙量达到一定水平，随着时间推移便会产生堵塞。试验结果表明，两种滴头的内径分别为0.75 mm和1.0mm，是过滤器最大过滤粒径的3.8倍和5倍。
在进行毛细管的堵塞实验时，毛细管的流路大小会对堵塞率产生重要的影响，1、2、3号毛细管按照顺序流路大小设置逐渐增大，观察实验结果可以发现，1号毛细管沉淀水平比2、3号毛管高。进行实际测量对比后，可以得出毛细管1的堵塞率比毛细管2和毛细管3分别高出40%和37%的结论。增加滴管流路的尺寸，减少进入系统管道的泥沙量，可以减少滴管堵塞。
对于各种类型的滴头，增加输沙能力必然会增加滴头的堵塞，而防止滴头堵塞则会降低滴头的输沙能力，此矛盾解决的办法是选择防堵功能强的滴头，这样可以在加强过滤的同时堵住少量滴头。
微管滴头内壁比较光滑，不适合黄河滴灌。根据综合试验结果和分析，黄河滴灌必须采取辩证的态度。泥沙清除系统仅基于用于拦截大于特定粒径泥沙的灌溉设备。同时，`排水'是指允许所有的出水口排出泥沙并进入管道，使其能够在各级顺利排水，包括管道末端、灌溉设备，特别是沙子，水洗是防止滴头堵塞最有效、最简单、最经济的方法。在选择灌溉系统时，需要选择具备强大的防堵能力的上下水管道系统，以及易于清洗和适当降低均匀性的滴头，毛细管应设计成尽可能湍流，同时采取各种措施来减少阻塞的发生[6]。
三、结束语
人们对黄河滴灌的可行性仍有不同的看法。通过试验的开展和黄河滴灌试验示范区的运行，该技术已经证明自身在高砂水源地的应用没有任何障碍。希望相关厂家和科研机构能够更加重视研究适合黄河滴灌的灌溉设备和过滤设备，使这项先进的灌溉技术更加完善。
参考文献:
［１］内蒙古自治区统计局．内蒙古统计年鉴［M］．北京：中国统计出版社，２０１５．
［2］沈振荣．节水新概念［M］．北京：中国水利水电出版社，２０００．
论文作者:王勇1,赵永生2,马煜东
论文发表刊物:《防护工程》2019年18期
论文发表时间:2020/1/13
标签：含沙量论文; 毛细管论文; 泥沙论文; 黄河论文; 粒径论文; 沉积物论文; 湍流论文; 《防护工程》2019年18期论文;