基于零比降渠自压滴灌工程过滤网目数选型

尼亚孜·胡马尔汗，穆哈西，吾买尔·吐尔逊，奴尔依哑，阿尔曼

(1.阿勒泰地区哈巴河县水利局，新疆 哈巴河 836700；2.新疆农业大学水利与土木工程学院，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

新疆牧业灌区是无电灌区，无法过滤水源，目前还采用地面灌溉而浪费水资源，灌水量多、地形坡度大，水土流失严重，导致灌区下游洼地沼泽化面积剧增、地下水位上升[1-4]。由于地面灌溉面临的问题有：①灌区下游洼地沼泽化面积剧增，牧业种植面积萎缩；②地下水位上升导致土壤盐碱化，弃田面积扩大；③排水不畅、地面灌水量过多、地形坡度大而大量水土流失，造成破坏土壤结构所产生的自然沟加深加宽，导致耕地面积减少。为无电牧业灌区实现滴灌工程，首先必须解决水源的过滤问题，然后根据地形落差实现自压滴灌工程，从而促进新疆牧业的快速发展。

为解决上述存在的问题，以水力计算作为依据研制了投资小、地形适应性强的自压滴灌工程无用电过滤装置[5,8]。为进一步确定无用电过滤装置模型的过滤能力，渠边和闸前搭配的不同目数滤网对含沙量的过滤能力进行了试验。为恢复弃田、降低土壤流失、节省水源、提高农牧民收入，在无电牧业灌区实现节水工程提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

制作无用电过滤装置模型，调水池高20 cm，长度20 cm，宽度20 cm。集水桶高50 cm，直径20 cm的有机玻璃管制成。渠道长15 m，渠底宽10 cm，高度14 cm，渠道比降j=0。预备晒干泥沙土1，2，4 kg，预备的泥沙土中分别加10 kg水倒入离心机内，各离心1 h后分别倒入梯形渠内。渠边设置一级过滤网目数80、120和200和闸前二级过滤网(目数80、120 和200)下分别进行了试验。目数单位(目/cm2)：目数80时孔径0.19 mm；目数120时孔径0.125 mm；目数200时孔径0.074 mm。

1.2 方 法

打开闸时离心的混合泥沙通过搭配不同目数的过滤网后进入调水池，然后进入集水桶。试验结束后取出渠边和闸前间、调水池及集水桶内的泥沙，采用烘干法和称重法，计算渠边和闸前间、调水池及集水桶淤积物的干重量占总含沙量百分比，确定了自压滴灌工程过滤网适应的水情和能搭配网的目数范围。

2 结果与分析

无用电过滤装置的原理是：打开渠边闸门时渠水二级过滤后流入调水池，调水池水位逐渐与渠水位齐平。打开集水桶的排气阀后调水池的水流入集水桶内，集水桶水位上升，调水池和集水桶的水位差Δh减少，集水桶逐渐蓄满，从而渠道水位、调水池和集水桶水位齐平连成整体。集水桶蓄满水后关闭集水桶的排气阀，再打开供水阀，此时集水桶内水位降低而产生负压，在短时间(Δt)内集水桶内降低水深(Δh)相应的水量等于管道路径充满水所需的水量，在集水桶内的负压作用下集水桶通过进水管不断吸入调水池内的水，从而保持集水桶的水位(图1所示)，此时流量平衡式为：

Q渠≥Q调≥Q集=Q系

式中：Q渠为渠道提供流量，m3/s；Q调为调水池的调节流量，是指调水池与集水桶间进水管末端流出来供给集水桶的流量，m3/s；Q集为集水桶的流量，是指提供系统的流量，m3/s；Q系为系统流量，是指同时工作支管流量，m3/s。

图1 无用电过滤装安装图 1-地面；2-梯形渠底；3-渠边坡；4-渠水位；5-渠边一级过滤网；6-逆坡；7-闸前二级过滤网；8-闸门；9-调水池；10-进水管；11-排污管；12-排污阀；13-集水桶地埋部分；14-拦物网(三级过滤网)；15-供水阀；16-供水管；17-集水桶；18-排气管；19-排气阀

2.1 试验过程

(1)试验1。渠道边的一级过滤网目数为80、120和200，无搭配闸前二级过滤网的试验。此时，渠道水的泥沙通过一级过滤网后直接进入调水池内，调水池淤积增多。120目的一级过滤网流入集水桶的水质符合滴灌管的要求。一级过滤网目数200的情况下，过滤网易堵，水进入调水池的速度降低。如果一级过滤网需要设置200目过滤网，渠水含沙量少于总含沙量的10%的情况下可以考虑。

(2)试验2。一级过滤网目数分别为80、120和200目，搭配闸前目数不同(80、120、200目)的二级过滤网下分别进行试验。此时，80目的一级过滤网搭配闸前80目的二级过滤网时，调水池内淤积量增多，集水桶内淤积量的变化不大。120目的一级过滤网搭配闸前120目的二级过滤网时，两级过滤网间、调水池及集水桶内淤积量最少过滤效果最好。网目数80的一级过滤网搭配闸前80目的二级过滤网和80目一级过滤网搭配闸前120目的二级过滤网相比，80目一级过滤网搭配闸前120目二级过滤网下，一级和闸前二级过滤网间的淤积量较多，两级过滤网间必须设置反冲洗装置。120目的一级过滤网搭配120目二级过滤网时，集水桶内的水质符合滴灌带的要求。应注意的是渠水漂浮物较多的情况下，一级过滤网目数越多，滤网上黏的漂浮物也多，滤网易堵。

过滤网的过滤能力不仅与滤网的目数有关(见表1)，而且与渠道边坡系数(滤网的倾斜度)、渠水含沙量和渠水流速也有关。渠道边坡系数m是边坡在水平方向的投影长度与垂直方向的投影长度的比值，表示渠道边坡倾斜程度的指标。边坡系数取值的大小关系到渠坡的稳定性，根据渠道深度及土壤性质选取的，同样渠边倾斜度大，滤网目数多过滤网易堵。

表1 搭配不同过滤网目数与过滤能力检测结果

2.2 过滤网的淤积量和黏物质的处理

渠边一级和闸前二级过滤网间淤积量和滤网表面黏物质的处理方法。渠水含沙量大，渠边和闸前两级过滤网间的淤积较多时，渠边和闸前两级过滤网间设反冲洗装置：反冲洗装置是由摆动式喷头、太阳能板、微型水泵及电瓶组成。调水池内设微型水泵，水泵与太阳能板相连，太阳能板与电瓶相连，电瓶带动水泵，水泵抽调水池的水反冲一级和二级过滤网间的淤积和渠边一级过滤网表面上的黏物质。

3 结 论

(1)当一级过滤网和闸前二级过滤网目数(80目)相同时，一级和闸前二级过滤网间淤积量较少，调水池内淤积干物质含量较多，随着渠水含沙量的增加过滤网间和调水池的泥沙含量增加，但是集水桶内含沙量的变化不大。一级过滤网目数不变(80目)，闸前二级过滤网目数增加时，两级过滤网间的淤积量增多，调水池和集水桶内的淤积量的变化不大。

(2)当闸前二级过滤网目数大于一级过滤网目数时，两级过滤网间的淤积量增加，两级过滤网间设置反冲洗装置是必要的。

(3)渠边过滤网的过滤能力与渠道边坡的倾斜度(边坡系数)、渠道比降、渠水含沙量及滤网的目数有关。渠道边坡的倾斜度大、滤网目数和含沙量多时，过滤网同样易堵。

[1] 史海滨,田军仓,刘庆华.灌溉排水工程学[M].北京:中国水利水电出版社,2006:173-192.

[2] 郭元裕.农田水利学[M]. 北京:中国水利水电出版社,2002:87-132.

[3] 冯广志.渠系改造[M].北京:中国水利水电出版社,2004:77-224.

[4] 张国祥.微灌技术探索与创新[M].郑州:黄河水利出版社,2012:35-140.

[5] 穆哈西.用于自压滴灌工程的无用电调节水温过滤装置[P],中国:ZL201420199913.6,2014.09.10.

[6] 史海滨,刘清华.灌溉排水学[M].北京:中国水利水电出版社,2006:13-75.

[7] 张志新.滴灌工程规划设计原理与应用[M].北京:中国水利水电出版社,2007:60-141.

[8] 汪志农,冯 浩.节水灌溉管理决策专家系统[M].郑州:黄河水利出版社,2001:34-52.