滴灌系统中沉淀池设计的探讨研究

李 军

新疆建筑科学研究院有限责任公司（石河子分院）

随着微灌技术在新疆的推广，渠水滴灌利用越来越引起人们的重视。渠水中含有两类容易堵塞灌水器的杂质：一类是藻类、水生物和漂浮物；另一类是悬浮泥沙。 当水中泥沙含量大于过滤器的处理能力时，使用筛网过滤器和介质过滤器将因频繁的冲洗而不能正常工作，此时需借助沉淀池对灌溉水进行初级沉淀处理。 沉淀池的主要目的是去除水中大量的泥沙，用于滴灌的关键是恰当的选用水质指标，使沉淀池处理后的水质达到滴灌对悬浮泥砂含量的要求。

一、滴灌工程沉淀池的作用及类型

沉淀池是水质净化处理的主要设施之一，其作用有：清除水中存在的泥沙等固体杂质；除去铁、锰等有害杂质。

沉淀池的类型和结构按水流方向划分沉淀池，有平流式、辐流式和竖流式三种形式。每种沉淀池均包括五个区，即进水区、沉淀区、缓冲区、污泥区和出水区。 为使沉淀后的水在出水区均匀流出，一般采用溢流堰溢流，溢流堰的溢流口流量可适当高于500 立方米/米·天。

二、沉淀池设计要求

水流从进入沉淀池开始，水流所挟带的设计标准粒径的泥沙颗粒以沉速 下沉， 当水流到沉淀池出口时， 大于等于设计标准粒径的泥沙颗粒沉到池底，据此进行沉淀池的设计，设计时应符合以下要求：

1.滴灌系统的取水口尽量远离沉淀池的进水口。

2.在灌溉季节结束后，沉淀池必须能保证清除所沉积的泥沙。

3.滴灌系统尽量提取沉淀池的表层水。

4.在满足沉沙速度和沉沙面积的前提下，应建窄长形沉淀池，这种形状的沉淀池比方形沉淀池的沉沙效果好。 表1 给出了不同粒径泥沙的沉降速度，可供设计时参考。

表1 不同粒径泥沙的沉降速度

5.从过滤器反冲洗出的水应回流至沉淀池，但回水口应尽量远离滴灌系统的取水口。

三、沉淀池设计

1.沉淀池的设计包括功能构造设计和结构尺寸设计。 前者是指确定各功能分区构件的结构形式，以满足各自功能的实现；后者是指确定沉淀池的整体尺寸和各构件的相对位置。

2.设计良好的沉淀池应满足以下三个基本要求：①有足够的沉降分离面积； ②入流区和出流区结构合理、能均匀布水和集水；③有尺寸适宜、性能良好的污泥、浮渣收集和排放设备。

3.沉淀池的一般设计原则及参数进行沉淀池设计的基本依据是水流量、水中悬浮固体浓度和性质以及处理后的水质要求。因此，必须确定有关设计参数，其中包括沉降效率、沉降速度(或表面负荷)、沉降时间、 水在池内的平均流速以及泥渣容重和含水率等。这些参数一般需要通过试验取得；若无条件，也可根据相似的运行资料，因地制宜地选用经验数据。

（1）沉淀池表面积A沉淀池(平方米)：在选定表面负荷率υ0(米/小时)、设计流量Q(立方米/小时)两参数后，即可按下式算出沉淀池表面积A沉淀池

（2）沉淀池长度L沉淀池(米)：沉淀池长度可按下式计算。

式中:L沉淀池——沉淀池长度(米)； υ——水平流速(米/小时)；T停留——停留时间(小时)。

（3）沉淀池宽度B沉淀池(米)：沉淀池长度可按下式计算。

式中：B沉淀池——沉淀池宽度(米)；其余符号意义同前。

（4）沉淀池(有效)水深H1(米)：按下式计算。

式中：H1——沉淀池(有效)水深，米；其余符号意义同前。

（5）存泥区深度H2(米)：沉淀池存泥区深度按下式计算。

式中：Q——设计流量，立方米/小时；C0——进入沉淀池的水流含设计标准及其以上粒径泥沙的浓度，千克/立方米； T——滴灌的灌水周期，小时；γ——泥沙容重。

四、沉淀池水力条件复核

1.水流紊动性复核

沉淀池水流的紊动性用雷诺数Re判别。

式中：Re——雷诺数；U——水平流速，米/小时；R水——水力半径， 米；v——水的运动粘性系数， 水温20℃时为1.01×106(平方米/秒)；沉淀池中水流Re 一般为4000～15000，属紊流状态。此时水流除水平流速外，尚有上、下、左、右的脉动分速，且伴有小的涡流体，这些情况都不利于颗粒的沉淀。 但在一定程度上可使浊度不同的水流混合，减弱分层流动现象。不过，通常要求降低Re 以利颗粒沉降。 降低Re 的有效措施是减小水力半径R 水。 池中纵向分格可以达到这一目的。

2.水流稳定性复核

水流稳定性以弗劳德数Fr 判别， 该值反映推动水流的惯性力与重力两者之间的对比关系。

式中：Fr——弗劳德数；g——重力加数度，9.8 米/秒；其余符号意义同前。

Fr 增大，表明惯性力作用相对增加，重力作用相对减小，对水流相对密度差、温度差、异重流及风浪等影响的抵抗能力强， 使沉淀池中的流态保持稳定，沉淀池Fr 宜大于10-5。 增大Fr 的有效措施是减小水力半径R 水，通常将池纵向分格来达到这一目的。

[1]马富裕，严以绥.棉花膜下滴灌技术理论与实践[M].乌鲁木齐：新疆大学出版社，2002，5

[2]严以绥.膜下滴灌系统规划设计与应用[M].北京：中国农业出版社，2003，1

[3]张静,任卫新,严健.番茄膜下滴灌综合效益分析[M].节水灌溉,2004,(1)：29-30

[4]刘绍民，吴文良. 绿洲农业生态经济系统综合调控研究[J]. 干旱地区农业研究，2002，4.

[5]李远华.节水灌溉理论与技术[M].武汉水利电力大学出版社，1998.