含泥黄河水人工滤床技术参数的试验研究 Study on technical parameters of artificial filter bed for mud water from the Yellow River.pdfVIP

水 利 学 报 2013年4月 SHUILI XUEBAO 第44卷 第4期 文章编号：0559-9350（2013）04-0444-07 含泥黄河水人工滤床技术参数的试验研究 1，3 1，2 2 张明斌 ，樊贵盛 ，郑 毅 （1. 太原理工大学 环境科学与工程学院，山西 太原 030024；2. 太原理工大学 水利科学与工程学院，山西 太原 030024； 3. 山西省农田节水技术开发服务推广站，山西 太原 030002） 摘要：以黄河中游柳林段滩地自然堆积砂砾石为研究对象，通过系统试验，分别对无砂混凝土板、大粒径卵石覆 盖层与剔除过大过小粒径后的黄河滩地自然级配砂砾石组合的过滤体，以及细颗粒介质、土工布、砂砾石复合过 滤体的技术参数进行了分析比较，提出了满足取水流量和饮用水浊度要求的人工滤床过滤体和支撑体的技术参 数。研究结果表明：无砂混凝土板具有较好的拦泥作用，但淤泥会在无砂混凝土板的孔隙中大量淤积，反冲洗后 渗流能力恢复率低；大粒径卵石覆盖层拦泥过滤层的拦泥效果不如无砂混凝土方案好，反冲洗后渗流能力恢复率 也较低，不宜采用；0.25~1.0mm细颗粒介质与双层土工布复合过滤体，水质满足要求、渗透系数较大，又便于 淤泥的机械和水清洗，是一种值得推荐的过滤体型式；等粒径介质分层填筑支撑层过渡条件好，滤层结构、渗流 更为稳定，是一种值得推荐的滤床支撑层。 关键词：黄河；过滤体；取水方式；渗流 中图分类号：TV882.1 文献标识码：A 1 研究背景 随着黄河沿岸社会经济的发展和水资源供需矛盾的加剧，近年来，沿黄取水工程与日俱增。由 于黄河水泥沙含量高，所有取用黄河水的方法都不可避免地要考虑泥沙问题。为满足用水户对水质 的要求，常用的方法是修建沉砂池和滤池等设施。众所周知，沉砂池一般占地面积较大，沉砂时间 较长，造价也比较高，因此，这种取水方式存在的主要问题是制水成本相对高。也有不少黄河取水 工程采用地下取水方式，即通过地下渗渠或辐射井等方式引取满足用水浊度要求的黄河水。地下取 水方式浊度很容易满足需求，但近几年多数工程所遇到的问题是黄河滩地含水介质的渗透系数远达 不到取水流量的要求；还出现了根据河床多孔介质渗透系数计算的来水量与实际工程可取到的水量 相差过大的情况。如柳林黄河滩地取水工程，根据河床堆积物地层的砂砾石粒径和组成取定的渗透 系数为21m/d，但打井后的抽水试验所测定的渗透系数仅为1.5m/d，远远小于经验取定值。针对这些 具体问题，张利红、张波等［1-2］人对辐射井在黄河滩地地下水资源开发中的应用进行了研究，王兰 涛等［3］人在中条山供水方案比选中对渗渠和浮船取水等方案进行了研究分析。本文试图以柳林黄河 滩地原状自然堆积砂砾石为研究对象，以室内的物理模型试验，基于增大多孔介质渗透系数和渗流 水势梯度理念，提出既有利于取水流量增加，又满足取水浊度要求的含泥黄河水人工滤床，即通过 引水渠，将黄河水引入在滩地上人工构造的入渗滤床，形成一维垂直渗流条件，人为造成较大的水 力梯度；通过滤层和支撑层的系列组合试验，探索出含泥黄河水人工滤床的合理技术参数，为黄河 取用水方式提供技术支撑。 收稿日期：2012-07-07 基金项目：山西省水资源管理办公室资助项目（2011-01） 作者简介：张明斌（1966-），男，山西应县人，博士生，主要从事水土环境控制研究。E-mail：Mingbinzhang@163.com 通讯作者：樊贵盛（1955-），男，教授，主要从事灌溉排水理论与技术、水土环境控制研究。E-mail：Fanguis5507@263.net — 444 — 2 材料与方法 2.1 试验材料 供试验用的砂砾石采自山西省吕梁市柳林县段黄河滩。砂砾石磨圆度差，大粒径的 砂砾石多呈棱角状和次棱角状，小粒径的砂砾石磨圆度较好。采用筛分和比重计相结合的分析方法 分析得到河床天然砂砾石级配如表1所示，天然砂砾石不均匀系数c ≈156，曲率系数c ≈4.33，级配