高含沙水非全流过滤装置的效果试验与分析

3.3.4　高含沙水非全流过滤装置的效果试验与分析

由于这种过滤装置是一种新型净化技术，其装置的结构和布置、滤材的性能和选用、滤水量的大小与影响因素、排沙防堵的效果与机理，都需要通过室内外试验研究，验证其可行性以及制定在不同使用条件下的规格等。限于篇幅，下面仅介绍该装置的室外滤水量试验和滤沙防堵效果试验等，其余从略。

3.3.4.1　滤水量试验分析

试验是在宁夏汉延渠灌区大南渠斗渠10号农渠上距农渠口80m处进行的。农渠为土渠，断面宽60cm，水深16.3cm。经化验，农渠口处斗渠水面下70cm处浑水含沙量为5.035kg/m³，距农渠口前段20m为天然淤积段，距农渠口80m处浑水含沙量为1.387kg/ m³。试验采用两种过滤装置：第一种主要材料为塑料波纹管+无纺布+有纺布，第二种主要材料为PVC管+无纺布+有纺布。过滤装置安放处渠道水面比地面高1.5m。将过滤装置直接安放于渠槽流水中，用沙袋压入水中，出水口由弯头引向渠一侧，可以自压出流，流量用容积法测量。试验结果见表3-3-1、表3-3-2。

由表3-3-1分析可知：管上水头由6.17cm增加到8.93cm(即增加2.76cm)时，一根10m长的过滤装置流量由1.55m³/h增加到1.88m³/h，即平均1cm水头增加流量0.12m³/h;波纹管上共1200个孔，每孔面积0.0314cm²，全部孔透水面积37.68cm²，若加上管子一端横截面的透水面积28.26cm²，则1cm²透水面积的渗滤流量为0.029m³/h。由表3-3-2分析可知，一根5m长的PVC管过滤装置当管上水头为0.3cm时，流量平均为3.38m³/h，PVC管上共600个孔，每孔面积0.2826cm²，全部孔透水面积169.56cm²，若加上管子一端横截面的透水面积172cm²，则1cm²透水面积的渗滤流量为0.01m³/h。

表3-3-1　波纹管型非全流过滤装置流量测定结果

表3-3-2　PVC滤水管型非全流过滤装置流量测定结果

由此可见，非全流过滤装置的滤出流量是与滤水管长度、透水总面积、过滤材料性质、泥沙性质及管上水头大小等有关，通过这些影响因素的合理规划，即可获得要求的滤水流量。

3.3.4.2　非全流过滤装置的滤沙防堵效果试验分析

非全流过滤装置的滤沙效果主要决定于过滤材料的性质、孔径分布、渠中泥沙级配和水力条件等。试验地点与试验装置和上述试验相同，其中采用的针刺无纺织物和有纺织物的规格见表3-3-3、表3-3-4和表3-3-5。

表3-3-3　无纺土工织物物理、力学性能测试结果

表3-3-4　针刺无纺织物孔径规格

表3-3-5　有纺织物孔径规格

注：最大孔径0.95mm，最小孔径0.13mm，O₉₅=0.79mm。

通过试验，可以列出试验地点(距10号农渠口80m处)渠中含沙水经过滤装置过滤前后的水中泥沙含量以及泥沙级配，如表3-3-6所示。由表3-2-3～表3-3-6可以看出，过滤前的泥沙粒径一般为粉沙，沙粒均匀且大于织物孔径的泥沙在流水的作用下，一般不会停留在滤水管周围的织物表面，即一般不会产生封闭。小于织物孔径的沙粒有可能停留在织物内部，减少有效过水断面，但由于水压作用，进入织物的沙粒大部分从织物内部排出，不会产生有害的淤堵，也不会对微灌造成危害(因发丝滴头的直径一般为0.8～1.5mm，膜片式多孔毛管的孔口一般为0.7mm、0.8mm、0.9mm，双腔毛管的壁孔直径为0.5～0.75mm，微喷头的出水孔口直径一般为0.8～2.0mm)。

表3-3-6　非全流过滤装置过滤前后水中泥沙含量及泥沙级配

3.3.4.3　非全流过滤装置的受力分析与出流分析

由于非全流过滤器置于明渠水中一定深度，此时，过滤器处的水流由渐变流变为流线上凸的急流，与明渠渐变流相比，过水断面上多作用了一个离心惯性力，因而过水断面上动水压强比静水压强要小，这有助于减轻过滤材料的堵塞。就出流而言，由于过滤管管壁上为小孔或微孔，过滤材料也为微孔，所以渗水时，相当于发生两次孔口出流，渗入滤水管内的水流经汇流管流出时，又近似发生一次管嘴出流。所以，孔口的渗滤流量或管嘴的汇流量与小孔口或管嘴的收缩系数、流速系数、小孔口或管嘴的面积、孔口或管嘴处离水面的距离、行进流速以及管嘴的长度有关。

3.3.4.4　非全流过滤装置的淤堵标准分析

进行织物滤层淤堵试验持续的时间一般要求1000小时或更长。为了用较短的时间判断织物滤层的工作情况，美国陆军工程师兵团制定的指导性规范建议采用梯度比试验。但该方法是利用常水头脱气水接通装有织物及被保护土的渗透仪来观测，这与非全流过滤装置所处的条件不一样，若取掉被保护土，直接用泥沙水试验，又成了全流过滤，这也与非全流过滤装置处于泥沙水中进行边排边渗的条件不一样，为了使试验条件符合实际情况以及使淤堵标准方便实用，本书提出用清、浑水渗透系数对比法作为淤堵标准。即将灌溉渠道中实际浑水通过非全流过滤器的渗透系数与实验室清水通过同样过滤器的渗透系数之比等于0.5作为有害淤堵的标准。低于此值时，滤水量减少，应清洗土工织物，重新安装即可使用。