楊 曉 軍(1.新疆農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，新疆 昌吉 831100；2.新疆昌吉方匯水電設(shè)計(jì)有限公司，新疆 昌吉 831100)

1 研究背景

新疆是農(nóng)業(yè)灌溉用水大省，目前主要采用節(jié)水微灌技術(shù)進(jìn)行大田灌溉[1-3]。因灌溉水源含有有機(jī)物、雜草、砂石、泥沙等各種雜質(zhì)，故需要對(duì)灌溉水源進(jìn)行過(guò)濾和凈化處理措施才能進(jìn)入滴灌系統(tǒng)，這是保證農(nóng)田滴灌系統(tǒng)正常、安全、長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行的重要前提保證[4,5]。在新疆農(nóng)田灌溉系統(tǒng)的首部，灌溉水源進(jìn)入滴管帶前一般都在渠首設(shè)置沉沙池(多以矩形為主)對(duì)其進(jìn)行處理，但受汛期河道來(lái)水含沙量大的影響，雖經(jīng)沉沙池過(guò)濾，但仍會(huì)造成微灌系統(tǒng)的堵塞，同時(shí)可能還會(huì)加重后續(xù)灌溉過(guò)濾設(shè)備(如過(guò)濾器、滴管帶迷宮)的運(yùn)行負(fù)擔(dān)[6-10]。因此，有必要對(duì)傳統(tǒng)沉沙池進(jìn)行優(yōu)化和改進(jìn)，使新型沉沙池能夠有效處理掉推移質(zhì)和懸移質(zhì)顆粒，從而減少進(jìn)入微灌系統(tǒng)的泥沙含量，真正做到泥沙過(guò)濾的作用。

傳統(tǒng)沉沙池[11,12]主要是不同形狀的水池組成，如單室和多室直線型、曲線型、沉沙條渠型、混合型等，它通過(guò)沉沙池的有效長(zhǎng)寬面使灌溉水源的流速降低，進(jìn)而水流挾沙率降低，泥沙難以隨水流繼續(xù)推進(jìn)而慢慢沉降。經(jīng)分析，傳統(tǒng)沉沙池沉沙效果往往受其長(zhǎng)寬比影響較大，但在實(shí)際農(nóng)田灌溉首部，很少有充足的場(chǎng)地去建設(shè)大比尺的沉沙池，因而必須對(duì)沉沙池的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)。本模型在傳統(tǒng)沉沙池結(jié)構(gòu)上進(jìn)行了如下的改進(jìn)，即分別在池首處增加調(diào)流板、在池尾部的溢流堰區(qū)增設(shè)了溢流作用的溢流側(cè)堰來(lái)降低出池水流的含沙量[13,14]。顯然經(jīng)過(guò)這種結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，可明顯起到以下2個(gè)作用：其一，池首的流速經(jīng)調(diào)流板作用后迅速降低，泥沙落淤速度明顯加快；其二，池尾的溢流堰是水流自動(dòng)蓄滿溢出，含沙量明顯降低，這種新型沉沙池的設(shè)計(jì)思路將對(duì)整個(gè)微灌系統(tǒng)產(chǎn)生較好的效益，它可以使河渠水等高含沙水資源直接作為微灌系統(tǒng)的水源。為了檢測(cè)這種設(shè)計(jì)思路對(duì)泥沙的沉降效果，前期[15,16]已對(duì)沉沙池的室內(nèi)試驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)研究，而本文重點(diǎn)對(duì)沉沙池在實(shí)際工程的應(yīng)用進(jìn)行重點(diǎn)分析。

2 觀測(cè)試驗(yàn)概況

本文主要研究新型沉沙池對(duì)灌溉水源中泥沙的沉降效果，整個(gè)觀測(cè)試驗(yàn)過(guò)程是在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)222團(tuán)應(yīng)用非常廣泛的新型沉沙池上進(jìn)行[17,18]，整個(gè)沉沙池由進(jìn)水段、漸變過(guò)渡段、沉淀室段和集水區(qū)4部分組成(沉沙池的池首和池尾)，在其中室內(nèi)的模型示意圖和工程應(yīng)用實(shí)物圖見(jiàn)圖1。

圖1 沉沙池示意圖和工程應(yīng)用圖

因222團(tuán)的農(nóng)田灌溉面積較大，故整個(gè)團(tuán)場(chǎng)既有改進(jìn)后的新型沉沙池也有部分未改進(jìn)的傳統(tǒng)沉沙池(條形單室型為主)進(jìn)而可為新舊兩種沉沙池的沉沙效果進(jìn)行對(duì)比分析。在觀測(cè)試驗(yàn)中，主要對(duì)兩種沉沙池進(jìn)行沿程含沙水樣的測(cè)取工作，進(jìn)而對(duì)比分析泥沙在沉沙池中的沿程分布淤積情況(主要是粒徑級(jí)配)及水流中懸移質(zhì)含沙量的變化情況。

3 沉沙池應(yīng)用效果分析

3.1 兩種沉沙池沉淀效率分析

(1)池尾溢流堰的泥沙分布情況。圖2為在沉沙池池尾的泥沙顆粒級(jí)配變化曲線圖。從圖2中可以看出：新型沉沙池的中值粒徑明顯小于傳統(tǒng)沉沙池；新型沉沙池的泥沙中細(xì)顆粒所占百分比明顯大于傳統(tǒng)沉沙池。這說(shuō)明池尾的溢流堰區(qū)增設(shè)溢流側(cè)堰后含沙量更小，沉沙效果更為明顯。

圖2 兩種沉沙池池末級(jí)配變化

(2)沿程含沙量變化情況。圖3為該團(tuán)兩種沉沙池沿程水流含沙量變化示意圖。從圖3可以看出：相比傳統(tǒng)沉沙池，新型沉沙池在池首位置的顆粒明顯較粗，這說(shuō)明調(diào)流板對(duì)水流流速起到明顯的減緩作用；從池首接近池尾的過(guò)程中，新型沉沙池的含沙量迅速降低，這說(shuō)明泥沙的沉降作用更為明顯。

圖3 兩種沉沙池沿程含沙量變化

3.2 新型沉沙池應(yīng)用效果分析

(1)沿程泥沙分布情況。經(jīng)對(duì)兩種沉沙池從渠首至渠尾的測(cè)量，新型沉沙池的泥沙淤積厚度由池首至池末逐漸減小，且池首最大淤積厚度接近25 cm，而池末淤積厚度則很少，不到5 cm；傳統(tǒng)沉沙池的泥沙淤積厚度卻呈現(xiàn)不明顯，即由池首至池末的顆粒粒徑變化范圍較小，經(jīng)測(cè)量，沿程淤積厚度在池首附近約為3 cm，而在池末淤積厚度卻達(dá)到14 cm左右，這表明吃手的水流流速過(guò)大，水流挾沙率仍然較大。經(jīng)過(guò)水流的長(zhǎng)距離輸運(yùn)作用，你車慢慢沉降下來(lái)。

經(jīng)上述分析，無(wú)論是新型沉沙池還是傳統(tǒng)沉沙池，水流在剛進(jìn)入池內(nèi)的水流流速較大且在池首部的水流紊動(dòng)也比較劇烈，因此若不經(jīng)調(diào)流措施，水流挾沙能力由強(qiáng)變?nèi)?，尤其將較細(xì)的顆粒挾帶至更遠(yuǎn)的地方才能沉降，進(jìn)而使沉沙池的沉沙效果較小，這種情況在在傳統(tǒng)沉沙池中表現(xiàn)得更為明顯。在新型沉沙池中，由于在首部增設(shè)了調(diào)流墻對(duì)入池水流進(jìn)行調(diào)節(jié)，水流流速降低引起水流挾沙能力降低，泥沙自然而然會(huì)出現(xiàn)迅速落淤現(xiàn)象，而細(xì)泥沙在經(jīng)長(zhǎng)距離的輸運(yùn)作用后也慢慢沿程發(fā)生沉降，且沿程淤積厚度逐漸減小。

圖4為在新型沉沙池和傳統(tǒng)沉沙池末泥沙的顆粒級(jí)配變化。經(jīng)上述分析，可總結(jié)出如下變化規(guī)律：新型沉沙池在池末端的細(xì)顆粒泥沙所占的百分比明顯大于傳統(tǒng)沉沙池，這表明調(diào)流板和溢流槽的布設(shè)起到明顯的消流降沙作用。

圖4 沉沙池末端級(jí)配變化

(2)水流含沙量變化情況。圖5為新型沉沙池和傳統(tǒng)沉沙池沿程含沙量變化圖。由圖5可明顯觀察出如下規(guī)律：在池首附近，新型沉沙池含沙量比傳統(tǒng)沉沙池大，說(shuō)明調(diào)流板的作用使泥沙迅速沉降，因受水流的紊動(dòng)作用，含沙量相對(duì)較大；而經(jīng)過(guò)調(diào)流板調(diào)流后的水流的含沙量則迅速減小，且減小的幅度比傳統(tǒng)沉沙池大的多，這說(shuō)明水流流速降低后，水流挾沙的能力逐漸減弱，尤其在沿程變化上更為明顯，這和上述分析相吻合。

圖5 沉沙池含沙量沿程變化

4 結(jié) 語(yǔ)

(1)經(jīng)對(duì)比分析，新型沉沙池的池末細(xì)顆粒泥沙所占百分?jǐn)?shù)明顯大于傳統(tǒng)沉沙池，說(shuō)明新型沉沙池對(duì)細(xì)顆粒泥沙具有更好的沉降效果。

(2)相比傳統(tǒng)沉沙池，新型沉沙池含沙量自池首至池尾的沿程分布表現(xiàn)出由大到小變化規(guī)律，且渠尾出池水流的懸移質(zhì)含沙量明顯減小。

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