阿苇灌区干管首部2 种水处理池工作原理及优缺点比较

唐新民

（甘肃省水利水电工程局有限责任公司，甘肃兰州730030）

1 阿苇灌区工程水质状况

阿苇灌区位于新疆维吾尔自治区青河县境内，灌区设计灌溉面积16 666.67 hm2。全部采用高效滴灌。灌区工程主要由总干渠、南干渠、北干渠以及7条输水干管组成。其中北干渠控制1、2、3、4 干管，控制面积 10 000 hm2；南干渠控制 5、6、7 干管，控制面积6 666.67 hm2。干管首部采用2 种沉砂水池对灌溉用水进行初步处理。1、2、3、4 干管首部采用呼图壁水利科研所设计的双向斜跨网板式除污除漂沉砂池；5、6、7 干管首部水处理采用新疆生产建设兵团设计院设计的滤料式除污除漂沉砂池。西北地区水中泥沙含量大，若微灌系统采用地表水作为水源时，设置过滤设施显得尤为重要。即使在引水枢纽设置了沉砂池，将渠道水直接用于微灌仍会严重堵塞灌水器，加重过滤器的负担。因此有必要在河渠水和微灌系统之间再设一个沉砂池，对其所含的超过微灌系统指标的以悬移质为主的泥沙进行处理，从而防止微灌系统的堵塞，减轻过滤器的负担[1]。经过几年的实际运行，本文将2 种过滤池的优缺点加以比较。

对灌区干管进水口进行取样送检，主要检验项目为悬浮物（检测依据农田灌溉水质标准GB5084-2005），检测结果悬浮物超标，且悬浮物为不知名藻类。阿苇灌区用水主要来自山区上年冬季积雪的融雪雪水以及本年补充的雨水，到达灌区时已经过上游2 座水库和1 座水利枢纽，由于水库的滞留作用，加之水流经20 km 干渠，导致水温升高，藻类大量繁殖。

2 2 种过滤池工作原理

2.1 首部双向斜跨网板式沉砂池工作原理

水由干渠节制分水闸流入首部分水沉砂池，开启进水闸，水进入沉砂溢水槽，沉砂溢水槽充满后，水由溢水槽左右两侧隔墙溢流至过滤网板（800 目）经过过滤的清水落入网板下清水池，网板上的过滤物由人工采用高压水枪冲洗后，进入污水槽，污水槽的冲洗物达到一定程度后开启池尾排污闸将过滤物冲入池后污水池，污水根据实际需要浇灌配套林带中的树木，清水池水的去向分为2 部分：一部分清水经过首部阀门井电磁流量计进入主干管管道，然后进入干管大型集中式过滤站（砂石+网式），清水经过二次处理后进入田间分干管地埋支干管经出地桩进入地面支管滴管带到达田间；另一部分清水（不满足自压条件）经加压泵房水泵加压后经网式过滤器到达田间（图1）。

图1 双向斜跨滤网板式沉砂过滤池横剖面

2.2 首部垂直挂网式沉砂池工作原理

水流由总干渠经过节制分水闸流入沉淀池水池前端，由于水流入池后流速减缓达到淤积沉淀流速，水中推移质由于流速减缓、而且有足够长的距离沉淀于挡沙坎墙前的沉砂池中。水中的杂质一类是藻类，水生物和漂浮物；另一类是悬浮泥沙。由第一道大孔径网板阻挡过滤。漂浮物（杂草及其他杂物）由池边溢流通道排出（需人工配合清捞）。过滤网垂直水流方向，网板孔径100 mm。水流经过前端第一道粗制网板粗过滤后，进入第二道80 目垂直网板过滤网板，网板过滤的过滤物在网板上堆积到一定程度后，提起网板进行人工清理，过滤后的水流进入清水池。清水池的水的流向分2 部分；一部分满足自压条件（0.3 MPa，30 m 几何高差）滴管的农田水流由主干管流入大型集中过滤站（砂石+网式）进行二次过滤处理，经过二次处理的灌溉水再次进入大型集中集中过滤站后的主干管，经由主干管节点到分干管，分干管到田间地下支管经过出地桩到地面支管再到滴灌带，完成一个完整的输水循环；另一部分不满足自压条件（几何高差小于30 m）的水，经过加压泵房水泵加压后，通过加压干管，到加压田间分干管经过地下支干管出地桩到地面支干管，完成一个完整的灌水循环（图2）。

图2 首部垂直双滤网沉砂过滤水池纵剖面

3 2 种过滤水池比较

现以已建成的二干管工程为例进行比较，同一个项目2 家设计单位设计，相同的灌溉面积，具有一定的可比性。总计2 626.67 hm2，设计总流量1.97 m3/s，其中，自压灌溉面积2 280 hm2，加压灌溉面积346.67 hm2，主要比较以下方面：工程量大小、占地面积（水池边界水平投影面积）、工程施工难度、年运行费用、日常维护难度、过滤效果。

3.1 工程量大小

3.1.1 双向斜跨滤网板式沉砂过滤池 由于采用未经过滤的水经过上部过滤网板（800 目）过滤进入下部清水池立体结构，土石方开挖工程量较小。立体结构采用钢筋混凝土薄壁结构，混凝土工程量较小。相对于平面水池结构，薄壁钢筋混凝土结构钢筋使用量较大。钢制闸门使用数量多，不计进水闸门，总计使用钢制钢制闸门6 孔。

3.1.2 首部垂直滤网沉砂过滤水池 由于采用平面宽浅式水池结构，附带沉砂功能，将悬移质沉淀在池内，水池纵向尺寸较长，整体尺寸较大，导致土石方工程开挖工程量大。水池底板采用200 mm 厚度、强度等级为C20 的混凝土。考虑到机械水池内要进行清淤工作，边坡采用强度等级C20 厚度、150 mm 的混凝土进行衬砌，前后水池隔断墙采用钢筋混凝土，后补清水池底板及侧墙采用钢筋混凝土。相对于双向斜跨滤网板式沉砂过滤池，首部垂直滤网沉砂过滤水池混凝土工程量较大，钢筋混凝土工程量少，钢筋用量少，整个水池只有一扇进水闸门，金属结构较少。

3.2 水池占地面积（水池边界水平投影面积）

3.2.1 双向斜跨滤网板式沉砂过滤池 由于采用立体钢筋混凝土薄壁结构，上部中间位置为未处理灌溉水的溢出水道，过滤网板下部为钢筋混凝土薄壁结构的清水池，双向斜跨滤网板式沉砂过滤池充分利用进水池下部作为清水池的一部分，且将两边清水池底部预留孔洞联通为一体，充分有效利用空间，故占地面积小。

3.2.2 首部垂直滤网沉砂过滤水池 首先，由于考虑水中泥沙沉淀所需要的时间与流水的流速，所以前端的未经处理水的水池具有一定的长度。其次，由于采用宽浅式的水池形式，水池需要一定的宽度。最后，出料前端未处理的灌溉水经过垂直网板过滤后，池尾清水池为保证灌溉的连续性同样需要一定的体积容纳不小于30 min 的灌溉水。相对于双向斜跨滤网板式沉砂过滤池，首部垂直滤网沉砂过滤水池在同样的灌溉面积下，占地面积几乎要多一倍还要多[1]。

3.3 工程施工难度

3.3.1 双向斜跨滤网板式沉砂过滤池 由于采用钢筋混凝土薄壁立体结构，上下两层钢筋混凝土结构，上部中间为未经处理的灌溉水流道，两侧为经过过滤清水水池，中间未经处理的灌溉水流道，下部为充分利用空间，同样为薄壁钢筋混凝土清水池，水池前后端两侧墙同样为钢筋混凝土薄壁结构内隔墙。总之，双向斜跨滤网板式沉砂过滤池除最外侧斜坡段为15 cm 厚的混凝土为无模浇筑外，其余混凝土均为有模浇筑。由于安装由较多的进出水闸门，异型弧型模板较多，施工难度较大。

3.3.2 首部垂直滤网沉砂过滤水池 由于该水池采用宽浅时明渠结构，水池前端沉砂降速区域，考虑清淤是的机械进入池内，底板为20 cm 厚度强度等级为C25 素混凝土，边坡为厚度15 cm，坡度为1∶1.5的斜面混凝土。水池后端清水池及网板隔墙为钢筋混凝土直墙结构，上部排架为钢结构，相对于双向斜跨滤网板式沉砂过滤池，首部垂直滤网沉砂过滤水池施工难度较小。

3.4日常维护管理难度

3.4.1 双向斜跨滤网板式沉砂过滤池 由于采用不锈钢过滤网板对灌溉水中的杂物以及大粒径的沙粒进行过滤，在每年灌溉期内，24 h 必须有人进行值守，随时对过滤在网板之上的污物使用高压水枪进行冲洗，以保证网板正常工作，提高过滤的效果，故灌溉期人工需求大。

3.4.2 首部垂直滤网沉砂过滤水池 由于采用宽浅式水池结构、垂直不锈钢网板，在每年灌溉期内，无需24 h 进行有人值守，只需在网板前产生明显的雍水发生堵塞时进行清污作业，或者清水池内的清水相对于一般情况下含沙量明显增减时，进行挡沙坎前的淤积物的清理，淤积物清理时需关闭进水闸，保持灌溉主管道内满水状态。清淤作业一般轮式有装载机承担，装载机由清淤车道进入池内进清淤作业一般8 h 即可完成，清淤工作一般会在每年的洪水期或者灌区干渠纳洪口进水后进行，日常工作主要为进行垂直网板前的杂物清理[2]。

3.5年运行费用

3.5.1 首部双向斜跨滤网板式沉砂过滤池 由于采用不锈钢斜跨网板进行灌溉水的过滤处理，根据统计，每3年不锈钢网板基本需要进行1次更新，更新费用分摊每年约10 000 元左右，工作人员的人工工资约为200 000 元左右，其他费用约为10 000 元左右，合计年运行费用约为220 000 元。

3.5.2 首部垂直滤网板沉砂过滤水池 每年网板更新费用约为3 000 元左右，工作人员工资约为200 000元左右，清理沉砂池淤积机械费约为6 000 元，其他费用约为10 000 元，合计年运行费用为219 000 元左右。2 种水池年运行费用基本相同。

3.6 过滤效果

3.6.1 双向斜跨滤网板式沉砂过滤池 由于采用斜向不锈钢过滤网板进行灌溉水的初级处理，中间溢水道面积以及相对体积较小，对于较小粒径的悬移质颗粒过滤效果不明显，对于藻类以及高温季节水中滋生的不明浮游生物过滤效果明显，特别是在每年的7、8月，由于季节型高温水中不明浮游生物及藻类繁殖速度较快，明显可以看到过滤网板上表面过滤后的藻类的堆积[3]。

3.6.2 首部垂直滤网沉砂过滤水池 由于采用宽浅式水池结构，当水流进入水池后，由于流速降低，水池容量较大，水流在池中停留时间较长，泥沙在水池中沉积效果好。由于垂直网板孔径较大，对藻类及浮游生物的过滤效果不佳。

通过以上比较可知，双向斜跨网板式沉砂过滤池占地面积小，施工技术要求较高，工程量较小，由于网板孔径较小，对藻类过滤效果好，对悬移质泥沙过滤效果一般，日常维护费用相对较高；首部垂直双滤网沉砂过滤水池由于网前沉砂池容量及距离较长，沉砂效果好，但由于网板孔径较大对于藻类的过滤效果较差，占地面积较大，工程量相对较大，施工难度较小。

4 结语

上述2 种过滤水池由于工作方式不同，进而影响到其工作效率，过滤效果截然不同。双向斜跨网板式沉砂过滤池过滤藻类效果好，沉砂效果一般。首部垂直双滤网沉砂过滤池沉砂效果好，但是对于藻类过滤效果一般。因此，各地区要根据本地区的灌溉水的来源不同、地方材料、工程施工技术以及经济能力采取不同的首部水处理方式，才能取得最好的经济效益与水的初步处理效果。