刘丹　石继忠　李永业　孙西欢

摘要：针对我国部分灌渠泥沙淤积严重导致灌溉水资源利用不足的技术难题，设计出1种与农业灌渠配套使用的大孔隙渗滤集水系统。试验以渗流控制区滤料级配和厚度为控制因子，对不同运行工况下系统的集水效能进行测定，以研究渗流控制区配置和含沙水流过时间对系统集水效能的影响。结果表明，该系统渗流控制区滤料级配和厚度是影响系统集水效能的重要因素，泥沙淤积和堵塞对渗滤系统的影响显著；系统对含沙水流有较好的滤净效果。研究结果可为农业灌溉工程规划设计提供参考，为灌渠综合治理及利用提供新思路。

关键词：节水灌溉；渗滤取水；集水效能；渗流控制区；含沙水流

中图分类号：S274.2 文献标志码：A 文章编号：1002—1302（2016）01—0391—03

随着农田水利工程建设改造进程的不断加快，灌渠清淤疏浚问题受到众多学者的关注。张庆华等综合引黄灌区实际情况提出相应的除淤工程措施。渗滤取水技术是针对当前水资源环境差、开发利用率低等问题提出1种新型集水技术，在河流治理、分流技术上具有一定优势。在灌渠中合理布置渗滤集水系统，是一种投资成本低、建设难度小，且易于推广的灌渠防淤技术。目前，渗流取水系统研究主要集中在水库取水工程，以分析渗滤料系统的配比、过水压力及承重压力等为主，在灌渠中的应用报道较少。本试验结合工程实践设计出1种与农业灌渠配套使用的大孔隙渗滤集水系统，分析渗流控制区结构设置和含沙水流流经特定厚度滤料层前后对系统集水效能的影响，旨在为该系统的工程设计和实践运行提供参考。

1材料与方法

1.1渗滤集水系统

渗滤集水系统的实际工程主要分为采水段、渗水段和集水段3个主要部分（图1）。经过对实际工程的简化和改进，形成灌渠大孔隙渗滤集水系统结构设计模型（图2），主要分为进水段、渗水段和集水段3个部分。进水段、集水段与灌溉渠道连接，渗流控制区由渗滤层、支撑板构成，渗滤层采用通透性强、孔隙率较大的均值粒径滤料，支撑板用大孔隙的无砂混凝土板材料；系统采水段包括动力和供水系统，主要包括2台IS-65-80-160型离心泵，2台流量为40～50 m³/h、扬程为15 m的电动潜水泵和2座钢板焊接而成的供水箱。通过抽水、供水、引水进入渗滤系统，在系统渗流控制区顶部安装测压表，通过压力表控制进水水头大小，在集水段采用三角堰对渗入水流进行测定（图3）。

1.2试验方案

在总结工程实际渗滤系统渗水段参数设置的基础上，结合渗流理论和统计分析原理对试验方案参数进行设计，取3种级配均值滤料和3种厚度做正交试验，共9组（表1），每组试验在工作水头3～13 m内取不少于5个的测试点，分别测定清水条件9种参数配置下系统单位时间内的渗流量，即渗滤集水效能。采用滤料厚度为70 cm的渗滤系统，滤料粒径分别为5～<20、20～<50、50～<70 mm，测量其集水量，以充分测量含沙水流过流时间对系统的影响。由于含沙水流流态难以控制，滤料上層的水压波动很大，变化因素较多，因此淤塞过流试验选取的时间段分别为5、19、40 h，水流中泥沙浓度为7.5 kg/m³，泥沙颗粒级配曲线见图4。淤塞过流试验结束，对系统渗流控制区顶部清淤，再次进行清水渗流试验，待渗流稳定，对系统渗流效能进行测定，并对系统淤塞前后的渗滤性能进行对比分析。

2结果与分析

2.2相同滤料层厚度下系统淤塞前后的集水效能变化

为了更好地观察渗流控制区相同滤料层厚度下系统淤塞前后的集水效能变化，选择相同工况下不同级配滤料为控制因子，得到系统淤塞前后集水效能与工作水头的关系。由图6、图7可见，渗流控制区滤料粒径大小与系统的淤塞速度存在反相关关系，粒径5～20 mm渗流系统的集水效能减小量比50～70 mm渗流系统减小量大。这主要是由于5～20 mm渗流系统孔隙小，其内部孔隙结构淤塞更为容易、迅速，滤料级配越小，渗流控制区滤料层顶部淤积层越厚，对平均渗滤系数的影响更加明显。

2.3含沙水流过流时间对系统集水效能的影响

由图8可见，随着含沙水流过流时间的延长，系统的集水效能会大幅下降，过流40 h与过流19 h相比，其集水流量已经减小到30%左右，当含沙水流过流并运行足够长时间，系统的集水效能会越来越低。这是由于含沙水流对渗滤系统的孔隙造成堵塞和填充，且随时间增加泥沙淤积越多，导致其平均孔隙率减小，渗滤能力降低。因此，可推定该系统对含沙水流有较好的滤净效果。

3结论

试验表明，渗流控制区不同厚度滤料层的灌渠大孔隙渗滤集水系统取水效能不一，厚度越厚其效率越低，实际工程渗滤系统厚度确定应通过其他方式控制取水效率；含沙水流过流前后系统的集水效能变化明显，淤塞后的集水效能仅为淤塞前的一半左右；清水对渗滤系统的淤塞有一定的清洗作用，但恢复效果欠佳；灌渠大孔隙渗滤集水系统的集水效能较高，对含沙水流有较好的滤净效果，在应用时应定期清淤换料。