阿力甫江·阿不里米提，虎膽·吐馬爾白，木拉提·玉賽音,3，阿依古麗·艾科拜爾

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，烏魯木齊 830052；2.新疆蘇齊農(nóng)業(yè)節(jié)水規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院(有限公司)，烏魯木齊 830049；3.新疆鑫水現(xiàn)代水利工程有限公司，烏魯木齊 830019)

微灌系統(tǒng)對(duì)灌溉水源水質(zhì)的要求較高。微灌水源都含有不同程度的污物和雜質(zhì)，若未對(duì)水源進(jìn)行過濾處理，則造成灌水器堵塞，大大降低微灌系統(tǒng)的效率[1，2]。過濾器是微灌系統(tǒng)中至為重要的設(shè)備，其工作性能直接影響了微灌系統(tǒng)的工作效率，從而間接地對(duì)水資源利用產(chǎn)生影響[3-5]。

對(duì)于新疆干旱氣候來說，大力推廣節(jié)水灌溉技術(shù)是解決水資源緊缺而供水矛盾突出問題的重大舉措，其意義深遠(yuǎn)和重大。隨著新疆農(nóng)業(yè)高效節(jié)水技術(shù)的迅速發(fā)展，有關(guān)過濾器理論研究、研制及實(shí)際應(yīng)用性能等方面的研究取得了飛躍進(jìn)步[6-8]，過濾器應(yīng)用范圍也在逐年增大。魚雷網(wǎng)式過濾器是在傳統(tǒng)網(wǎng)式過濾器基礎(chǔ)上改造的一種新型過濾器，具有操作簡(jiǎn)便、占地面積小、節(jié)能減排及自動(dòng)化程度高等特點(diǎn)[9，10]。依據(jù)水源水質(zhì)情況，既可以與砂石過濾器、離心過濾器配套組合使用，也可單獨(dú)使用[11]。本研究基于新疆南疆和田地區(qū)、喀什麥蓋提縣、巴州輪臺(tái)縣及尉犁縣等環(huán)塔里木盆地的微灌工程區(qū)應(yīng)用魚雷網(wǎng)式過濾器實(shí)踐的調(diào)研和觀測(cè)，分析魚雷網(wǎng)式過濾器運(yùn)行效果，與以往的應(yīng)用過濾器實(shí)踐結(jié)果對(duì)比，總結(jié)魚雷網(wǎng)式過濾器優(yōu)點(diǎn)和最佳運(yùn)行條件，為微灌研究進(jìn)一步發(fā)展提供依據(jù)和參考。

1 魚雷網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)與原理

1.1 魚雷網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)

魚雷網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)如圖1所示，主要由過濾器殼體、濾網(wǎng)、魚雷、自動(dòng)沖洗控制器及排污裝置等部分組成，其核心部件是魚雷和濾網(wǎng)。魚雷部件的存在，在泥沙處理和延長(zhǎng)過濾時(shí)間方面創(chuàng)造了革命性的變革，其結(jié)構(gòu)包括帶有4片分水嶺體的流線型迎水頭，并緊跟迎水頭部的4個(gè)直徑為10 mm的孔口和末端的8個(gè)直徑為20 mm的孔口，濾網(wǎng)目數(shù)有80目和120目。

1-進(jìn)水口；2-進(jìn)水口壓力表；3-過濾器殼體(筒體)；4-自動(dòng)沖洗控制器；5-魚雷；6-濾網(wǎng)；7-排污閥進(jìn)水口壓力表；8-排污閥出水口壓力表；9-自動(dòng)排污閥；10-出水口壓力表；11-出水口圖1 魚雷網(wǎng)式過濾器結(jié)構(gòu)圖

1.2 工作原理

與其他網(wǎng)式過濾器一樣，魚雷網(wǎng)式過濾器的工作過程包括過濾過程和自清洗過程等2個(gè)階段。過濾過程中濾網(wǎng)開始堵塞，過濾器水頭損失逐漸增大，當(dāng)水頭損失達(dá)到預(yù)設(shè)壓差值時(shí)，壓差傳感器將信息傳到?jīng)_洗控制器，控制器自動(dòng)開啟排污閥通向大氣進(jìn)行排污。排污的同時(shí)過濾依然進(jìn)行，不間斷地向微灌系統(tǒng)供水。達(dá)到預(yù)設(shè)的排污時(shí)間時(shí)，排污閥自動(dòng)關(guān)閉，過濾器再次進(jìn)入正常過濾狀態(tài)。

由于魚雷部件的存在，魚雷網(wǎng)式過濾器的內(nèi)流場(chǎng)與其他網(wǎng)式過濾器有所不同。魚雷部件作為重要功能部件，增加進(jìn)水口水流流速，防止泥沙顆粒吸附在濾網(wǎng)內(nèi)側(cè)表面，并以高速水流的作用下帶到魚雷部件末端。魚雷部件末端的聚泥區(qū)有8個(gè)直徑20 mm的孔口，含有泥沙顆粒和其他雜物的水流經(jīng)這些孔口進(jìn)入魚雷部件內(nèi)腔。因?yàn)轸~雷部件內(nèi)腔容積較大，粗顆粒和雜物沉淀在其內(nèi)，相對(duì)清的水從魚雷部件頭部的直徑為10 mm的孔口流出，此種水流循環(huán)隨過濾時(shí)間的推移而繼續(xù)進(jìn)行，過濾過程中濾網(wǎng)將不會(huì)容易堵塞。

2 魚雷網(wǎng)式過濾器推廣應(yīng)用實(shí)踐

2.1 魚雷網(wǎng)式過濾器與砂石過濾器的配套組合應(yīng)用

當(dāng)?shù)乇硭鳛槲⒐喙喔人磿r(shí)，因水中含有各種有機(jī)和無機(jī)污物，單獨(dú)使用一種過濾器很難滿足微灌對(duì)水質(zhì)的要求。在實(shí)際應(yīng)用中，配套使用幾種類型過濾器的措施來滿足微灌對(duì)水質(zhì)的要求。在水中含有漂浮物、浮游生物及其他有機(jī)雜質(zhì)，并且水中有機(jī)物含量超過10 mg/L和污物顆粒尺寸大于10 μm的情況下，優(yōu)先考慮選用砂石過濾器作為初級(jí)過濾器，將網(wǎng)式(疊片)過濾器作為二級(jí)過濾器來配套使用，可達(dá)到較高的過濾效果。實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，魚雷網(wǎng)式過濾器除砂過濾性能較突出，與砂石過濾器配套串聯(lián)使用的過濾效果更好。

南疆塔里木河中下游為水源的灌溉水中泥沙含量高，漂浮物較多。圖2為南疆麥蓋提縣、尉犁縣的高效節(jié)水項(xiàng)目應(yīng)用的砂石+魚雷網(wǎng)式過濾器組合。

圖2 砂石+魚雷網(wǎng)式過濾器配套串聯(lián)組合使用

現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試結(jié)果指出，水源中粒徑大于10 μm的顆粒和80 %左右的泥沙被砂石過濾器截留，于是進(jìn)入魚雷網(wǎng)式過濾器的水中泥沙含量較少，魚雷網(wǎng)式過濾器過濾周期很長(zhǎng)。當(dāng)進(jìn)水含沙量0.035～0.053 g/L的條件下，砂石過濾器與120目的魚雷網(wǎng)式過濾器配套串聯(lián)組合使用，連續(xù)運(yùn)行12 h過程中的水頭損失變化情況如圖3所示。沖洗控制器顯示魚雷網(wǎng)式過濾器進(jìn)出口壓差在0.032 MPa≤Δp<0.04 MPa范圍內(nèi)，過濾器很長(zhǎng)時(shí)間過濾而不堵塞。像環(huán)塔里木盆地地表水水質(zhì)較差的灌區(qū)配套應(yīng)用砂石+魚雷網(wǎng)式過濾器時(shí)，魚雷網(wǎng)式過濾器充分發(fā)揮除沙過濾效果，最大限度地保證灌水器不容易堵塞和滴水均勻。

圖3 砂石過濾器與120目魚雷網(wǎng)式過濾器配套串聯(lián)組合使用時(shí)的水頭損失變化曲線

2.2 魚雷網(wǎng)式過濾器和離心過濾器的配套組合應(yīng)用

隨著水資源短缺問題的日趨嚴(yán)重，新疆大部分灌區(qū)廣泛提取地下水作為微灌水源。即使地下水中污物含量相對(duì)于地表水小，但地下水中肉眼看不到的微小泥沙顆粒較多。在實(shí)際微灌工程中，離心過濾器作為初級(jí)過濾，對(duì)地下水中的泥沙進(jìn)行水砂分離(一般分離泥沙效率達(dá)到92%～98%)，但離心過濾器很難除去與水比重相近和比水輕的有機(jī)質(zhì)等雜質(zhì)。因此，離心過濾器與網(wǎng)式(或疊片)過濾器配套組合使用，為微灌系統(tǒng)供應(yīng)滿足灌溉要求的水源。

圖4為新疆尉犁縣微灌工程應(yīng)用的額定流量200 m3/h的離心+魚雷網(wǎng)式過濾器組合。項(xiàng)目區(qū)地下水含沙量為0.705 g/L，魚雷網(wǎng)式過濾器運(yùn)行10幾個(gè)小時(shí)均無堵塞(圖5)，沖洗控制器顯示魚雷網(wǎng)式過濾器進(jìn)出口壓差分別為0.014和0.012 MPa左右。在尉犁縣等地下水水質(zhì)較差的區(qū)域，魚雷網(wǎng)式過濾器進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間過濾，不易堵塞，使得田間灌水器暢通無阻均勻滴水。

圖4 離心+魚雷網(wǎng)式過濾器配套串聯(lián)組合使用

圖5 離心過濾器與120目魚雷網(wǎng)式過濾器配套串聯(lián)組合使用時(shí)的水頭損失變化曲線

2.3 魚雷網(wǎng)式過濾器的單獨(dú)應(yīng)用

在實(shí)際微灌工程中，魚雷網(wǎng)式過濾器可單獨(dú)使用，主要用于過濾灌溉水中的粉粒、泥沙及水垢等污物。魚雷網(wǎng)式過濾器濾網(wǎng)內(nèi)裝有魚雷部件，其關(guān)鍵作用是提高濾網(wǎng)軸向流速，水中泥沙隨水流帶到魚雷末端，并經(jīng)過末端的孔口進(jìn)入魚雷內(nèi)腔，尤其是粒徑大于濾網(wǎng)孔徑的大部分泥沙進(jìn)入魚雷部件內(nèi)腔，故濾網(wǎng)不易堵塞而過濾時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)。實(shí)踐測(cè)試結(jié)果表明，灌溉水中有機(jī)物含量不超過10 mg/L，進(jìn)水含沙量和泥沙顆粒粒徑較大的條件下，單獨(dú)使用魚雷網(wǎng)式過濾器完全可以滿足微灌水質(zhì)的要求。

圖6 魚雷網(wǎng)式過濾器單獨(dú)使用

圖6是設(shè)計(jì)額定流量為300 m3/h的全自動(dòng)魚雷網(wǎng)式過濾器在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)14師皮墨墾區(qū)(224團(tuán))紅棗基地自壓滴灌項(xiàng)目中的單獨(dú)使用狀況。此項(xiàng)目灌溉水源來自于烏魯瓦提水利樞紐，并以引水明渠引水到項(xiàng)目區(qū)域內(nèi)的小型水庫，以54 hm2為一個(gè)灌溉單元的首部設(shè)有設(shè)計(jì)額定流量為300 m3/h的120目全自動(dòng)魚雷網(wǎng)式過濾器。對(duì)連續(xù)運(yùn)行情況和水頭損失隨過濾時(shí)間的變化規(guī)律進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，結(jié)果表明在進(jìn)水流量基本穩(wěn)定為300 m3/h和進(jìn)水含沙量在0.012 g/L左右的情況下，過濾器進(jìn)出口壓力表讀取壓差和沖洗控制器顯示壓差均為0.032 MPa左右。在較長(zhǎng)的測(cè)試時(shí)間段內(nèi)，過濾器沒有發(fā)生堵塞，進(jìn)出口壓差始終沒有達(dá)到室內(nèi)試驗(yàn)確定的最佳排污壓差值0.04 MPa(見圖7)。

圖7 120目魚雷網(wǎng)式過濾器運(yùn)行過程中水頭損失變化曲線

在灌溉水中，漂浮物較少和有機(jī)物含量不超過10 mg/L，含沙量較大和粒徑大于濾網(wǎng)孔徑的顆粒含量較多以及微灌系統(tǒng)首部前面設(shè)有容量較大的沉淀池的情況下(圖8)，單獨(dú)使用魚雷網(wǎng)式過濾器也可滿足微灌系統(tǒng)對(duì)灌溉水質(zhì)的要求。

圖8 地表水微灌系統(tǒng)常用沉淀池

3 結(jié) 語

魚雷網(wǎng)式過濾器作為微灌用新型除沙設(shè)備，在延長(zhǎng)過濾時(shí)間和提高除沙效率等方面具有很大優(yōu)勢(shì)。魚雷網(wǎng)式過濾器在新疆灌區(qū)的推廣應(yīng)用結(jié)果表明，根據(jù)水源類型和水質(zhì)情況，魚雷網(wǎng)式過濾器在實(shí)際應(yīng)用過程中與砂石過濾器或離心過濾器配套串聯(lián)組合使用更能充分發(fā)揮其除沙功能，相應(yīng)延長(zhǎng)過濾時(shí)間并避免頻繁沖洗浪費(fèi)水資源的現(xiàn)象。

隨著新疆微灌工程的大范圍實(shí)施，微灌過濾器的應(yīng)用范圍逐年擴(kuò)大，微灌工程對(duì)過濾器研發(fā)和推廣應(yīng)用方面研究需求也增加。宗全利[12]、劉煥芳[13]、劉飛[14]、阿力甫江等[15]學(xué)者開展有關(guān)微灌過濾器的試驗(yàn)研究，并探索過濾器結(jié)構(gòu)優(yōu)化的途徑。但目前有關(guān)過濾器推廣應(yīng)用方面的示范試驗(yàn)還比較少，多數(shù)灌區(qū)選擇過濾器存在盲目性，過濾器性能與實(shí)際微灌要求不符等阻礙過濾器發(fā)揮最佳效益。因此，微灌工程發(fā)展應(yīng)以過濾器應(yīng)用實(shí)踐為基礎(chǔ)，注重開展推廣應(yīng)用方面試驗(yàn)研究，確定不同地區(qū)、不同水源適用的最佳過濾器類型，促進(jìn)微灌過濾器理論研究和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)同步發(fā)展。