唐新民

（甘肅省水利水電工程局有限責任公司，甘肅 蘭州 730030）

1 工程概況

阿葦灌區(qū)位于新疆維吾爾自治區(qū)青河縣境內，灌區(qū)設計灌溉面積1.67萬hm2，全部采用高效滴灌，為新疆維吾爾自治區(qū)牧民定居骨干工程。采用二級過濾水處理方式，干管首部初步進行沉沙、除漂、除藻，現(xiàn)以二干管自壓集中二次過濾站為例進行說明。二干管自壓部分控制灌溉面積0.23萬hm2，設計流量1.61 m3/s。集中過濾站裝有大型砂石過濾器14 臺，單臺處理能力600 m3/h，網(wǎng)式過濾器10臺，單臺處理能力800 m3/h，完全滿足高峰時段的灌水要求。西北地區(qū)水中泥沙含量大，若微灌系統(tǒng)采用地表水作為水源時，設置過濾設施顯得尤為重要。即使在引水樞紐設置了沉砂池，將渠道水直接用于微灌仍會嚴重堵塞灌水器，加重過濾器的負擔。因此，有必要在河渠水和微灌系統(tǒng)之間再設一沉沙池，對其所含的超過微灌系統(tǒng)指標的以懸移質為主的泥沙進行處理，從而防止微灌系統(tǒng)的堵塞，減輕過濾器的負擔[1-2]。

2 集中過濾站在主干管上的布置方式

第一種布置方式：正向布置。具體布置方式為灌區(qū)集中過濾站進出水管與田間灌溉主干管走向垂直方向布置，主干管將過濾站進出水管一分為二。這種集中過濾站垂直于灌區(qū)主干管布置方式的優(yōu)點：首先，過濾站過濾器進出水管道內流水的量比較均衡，第一組過濾器與最后一組過濾器的距離相差不大，在調整流量時可以不予考慮。其次，土建的工程量比較小，由于集中過濾站的進出水管橫向垂直跨接在灌區(qū)主干管上，相對于其他的管道布置方式可以減少2個地下閥門井的工程量。再次，由于設備的均衡布置，過濾車間的設備整體布置比較均衡美觀。這種布置方式的缺點：主要是與灌區(qū)的道路、防風林帶、主干管、電力線路不統(tǒng)一、不協(xié)調，道路林帶布置在通過總過濾位置時需要繞行，電力線路需加高，主要是安全距離超限，不符合安全要求。正向布置適應于灌區(qū)農田經過總過濾站后呈平行于等高線的大面積灌區(qū)。

第二種布置方式：側向布置。具體布置方式為灌區(qū)大型總過濾站布置于主干管道靠近農田的一側。灌溉水流由主干管經過截止蝶閥垂直進入到過濾站的砂石過濾器底部進水總管，經由砂石過濾器過濾后，進入地面（DN600）匯流管，匯流管共計2 根，呈相對布置，在右側末端進入回流總管然后進入網(wǎng)式過濾器的前端進水管（DN1200）總管。這種布置方式相對于第一種布置方式的優(yōu)點：首先，過濾站的總體布置與灌區(qū)的田間總體布置相協(xié)調，布置于一側不會對原有田間規(guī)劃的道路、電力線路、主干管以及道路一側的防風綠化帶造成破壞，反而更加協(xié)調，便于過濾站的管理。其次，由于側向布置避開了電力線路，使得主干管的施工與干管總過濾站整個施工過程互不干擾，有利于加快工程施工進度。再次，采用側向布置有利于反沖洗棄水的處理，反沖洗后含有有機質的肥水、砂石過濾器和網(wǎng)式過濾器的反沖洗棄水通過棄水管道直接排入主干管規(guī)劃的田間林帶和分干管田間防風林帶，提高了水的利用率。

上述2 種總過濾器安裝方式又分為進出水管地面安裝方式、進出水管地下安裝方式2 種。地面安裝方式進出水管由主干管引出后，安裝在地面混凝土基座之上，砂石過濾器、網(wǎng)式過濾器的安裝高度相對于進出水管地下安裝方式整體較高，要求設備安裝的車間高度較高，對于新疆阿勒泰地區(qū)常年干旱、風沙較大的地區(qū)適應性較差。設備檢修、砂石過濾器濾料置換不方便，管道表面防腐要求較高。過濾器進出水管地下安裝方式，由于進出水管安裝在地面以下，管道外包現(xiàn)澆鋼筋混凝土，砂石過濾器，特別是網(wǎng)式過濾器安裝在由混凝土包裹的基礎之上，整體高度至少降低1.5 m，過濾站的車間整體高度降低，抵御風沙的能力提高，砂石過濾器的濾料置換、清洗極為便利。特別是網(wǎng)式過濾器的檢修，濾網(wǎng)的清洗置換由于安裝高度的降低顯得特別方便，過濾站車間的采光、交通整體布置美觀大方，不利之處在于過濾站進出水管布置在地下，必須增加4個閥門井的土建工程量，考慮地下閥門井的排水問題，增加4個閥門井的排水連通管，以便將管道、閥門檢修滲水及時有效地排出閥門井。

3 主干管輸水集中過濾處理方式

從圖1 可以看出，水流由干渠流入主干管首部沉沙、除污、除漂池中經過初步處理后，經過主干管計量設備（電磁流量計DN 1200）管徑1 200 mm的玻璃夾砂主干管，在滿足自壓條件（壓差大于0.3 MPa）的位置進入側向布置的干管集中過濾站（砂石+網(wǎng)式），這種布置相對于正向布置而言，好處是不影響田間管道、林帶、電力線路、田間道路整體布置。集中布置大型過濾站選擇地下還是地上要根據(jù)現(xiàn)場實際情況，本項目選擇地下布置進出水管，先砂石后網(wǎng)式過濾器進行灌溉水的集中處理。

圖1 主干管集中過濾站平面布置圖

砂石+網(wǎng)式聯(lián)合模式：水流由主干管流入側向干管，通過向上的DN 600 mm 鋼管左右分水到大型砂石過濾器。由上部進水管進入砂石過濾器上腔內,上腔內裝有精細處理過的過濾料（石英砂）。水經過一定厚度的濾料，經過PE 材質塔帽、上下腔隔板進入砂石過濾器下腔。下腔內的水通過左右2 根DN 600 mm 鋼管匯入右側DN 1 200 mm 鋼管，水流流向下游側網(wǎng)式過濾器進水管DN 1 200 mm 鋼管，然后垂直向上進入網(wǎng)式過濾器內腔，通過特制不銹鋼多層濾網(wǎng)，水流到達網(wǎng)式過濾器外腔，外腔內的水經過保壓閥垂直向下進入地下網(wǎng)式過濾器匯流管DN 1 200 mm 鋼管，然后進入主干管（DN 1 200 mm 玻璃加砂管）進入第一個自壓節(jié)點，開始向田間輸水分干管供水。此時5個閥門井蝶閥工作狀態(tài)為1號蝶閥關閉、2號蝶閥開啟、3號蝶閥關閉，4號蝶閥開啟、5號蝶閥開啟（圖 2）。

圖2 砂石+網(wǎng)式過濾器聯(lián)合工作橫剖面圖

砂石過濾器單獨模式：水流由主干管流入側向干管，通過向上的DN 600 mm 鋼管左右分水到大型砂石過濾器。由上部進水管進入砂石過濾器上腔內,上腔內裝有精細處理過的過濾料（石英砂）。水經過一定厚度濾料的過濾，經過PE 材質塔帽進入砂石過濾器下腔。下腔內的水通過罐體出水管左右2 根DN 600 mm 鋼管匯入右側DN 1 200 mm 鋼管，然后進入網(wǎng)式過濾器后端出水管匯流管，進入主干管。此時5個閥門井蝶閥工作狀態(tài)為1號蝶閥關閉、2號蝶閥開啟、3號蝶閥關閉、4號蝶閥關閉、5號蝶閥開啟；網(wǎng)式過濾器進出水蝶閥處于全關位置。

網(wǎng)式過濾器單獨模式：主干管水流側向進入過濾站側向進水管，經過砂石過濾器進水管然后轉向下游，直接進入網(wǎng)式過濾器進水干管，然后垂直向上進入網(wǎng)式過濾器內腔，通過特制不銹鋼多層濾網(wǎng)，水流到達網(wǎng)式過濾器外腔，外腔內的水經過保壓閥垂直向下進入地下網(wǎng)式過濾器匯流管DN 1 200 mm 鋼管，此時5個閥門井蝶閥工作狀態(tài)為1號蝶閥關閉、2號蝶閥開啟、3號蝶閥開啟、4號蝶閥關閉、5號蝶閥開啟；砂石過濾器進出水蝶閥處于全關位置。

網(wǎng)式過濾器反沖洗工作模式：一是定時反沖洗。將反沖洗工作模式設置為定時沖洗。在一定時間間隔內進行1次沖洗作業(yè)，內腔排污管自動開啟，專用螺旋吸頭在頂部旋轉電機帶動下開始旋轉，由于射流負吸作用，吸頭將附著在內腔表面的泥沙等細小雜質吸走。隨內腔排污管一起排到過濾站外綠化帶，用于綠化帶的綠化用水。經過一定的時間后，自動關閉排污閥，電機停止轉動，一個排污循環(huán)結束。二是壓差反沖洗。當內腔發(fā)生濾網(wǎng)堵塞，外腔壓力降低，自動化設備向內腔排污閥啟動模塊發(fā)出開啟指令，排污閥開啟，專用螺旋吸頭在頂部旋轉電機帶動下開始旋轉，由于射流負吸作用，吸頭將附著在內腔表面的泥沙等細小雜質吸走。當壓力差小于設定的定值，排污閥關閉，電機停止轉動，一個排污循環(huán)結束。

砂石過濾器反沖洗工作模式：一是壓差反沖洗。將工作模式設定為當砂石過濾器進出口壓力差到一定值時，過濾器進水口的蝶閥自動關閉，砂石過濾器排污閥自動打開進行排污反沖洗作業(yè)。同時，位于過濾站的空氣壓縮機開始工作，將壓縮空氣送入砂石過濾器下腔（清水腔）壓縮空氣與水混合后經過下腔塔帽進入上腔，使得被污染的濾料（石英砂）在上腔內上下翻滾，相互摩擦，泥沙輕質污物隨污水經過上腔上部排污管排出罐體流入田間綠化帶。二是人工反沖洗。通過投料口工作觀察窗進行觀察，當過濾料變色較臟時，可進行人工輔助進行沖洗作業(yè)，具體方法與壓差反沖洗相同。

4 集中式過濾站運行注意事項

4.1 集中式過濾站的建成首次通水運行

在灌區(qū)干管建成，總過濾站安裝完畢，砂石過濾器濾料投料，網(wǎng)式過濾器無水空載帶電試驗完成后，灌區(qū)集中式總過濾站要進行首次通水（帶水）試運行。首先進行總干管充水壓水試驗，由于總干管首部與末端高差較大，總干管管道安裝沿管線的壓力等級不同，采用不同管徑、不同壁厚的玻璃加砂管，干管耐壓試驗采取分段進行，耐壓試驗嚴格按照規(guī)范進行。在總干管沖水耐壓試驗完成、管道沖洗完成后，進行總干管集中總過濾站進出水管道的耐壓試驗完成后，進行過濾站整體過水設備24 h 靜壓試驗。先進行進出水總管的沖洗工作，然后依次開啟過濾站 5#、4#、3#、2#閥門井中的手電兩用蝶閥，緩慢關閉主干管1#閥門井手電兩用蝶閥，為防止發(fā)生水錘現(xiàn)象，可采用電動方式關閉主干管電動蝶閥，必須嚴格按照設計給定的時間進行關閉操作，避免發(fā)生水擊現(xiàn)象[3]。待水流持續(xù)流動一段時間后，關閉5#手動兩用蝶閥，通知首部關閉干渠進水閘，保持首部清水水池水位在一個穩(wěn)定高程，24 h 后檢查總過濾站所有過水設備的密閉性，特別是進出輸管道控制蝶閥、管道伸縮節(jié)。

4.2 集中式過濾站灌溉期之前開始安全檢查檢修

每年春季灌水前，由于經過從上一年9月至5月初灌水設備停用期，在本年度灌水開始之前必須對集中式總過濾站所用設備進行運行前的檢查維修，保證站內所有運行設備在灌溉周期內盡量少發(fā)生停用故障，提高水處理效率，主要檢查以下幾項關鍵設備的是否完好：一是砂石過濾器濾料的過濾性能，打開投料口進行直觀檢查，若不合格進行更換，或者對濾料進行二次清洗處理；二是網(wǎng)式過濾器濾網(wǎng)的檢查，打開網(wǎng)式過濾器本體頂蓋，抽出濾網(wǎng)進行檢查，若有問題立即更換備用濾網(wǎng)，為降低成本換下的濾網(wǎng)進行翻新處理；三是對總干管過濾器車間內所有電氣設備進行完好性、安全性、可靠性檢查；四是檢查總干管過濾器進出水管、砂石過濾器、網(wǎng)式過濾器等設備上配置的復合進排氣閥的可靠性，這項工作尤為重要，關系到整個集中式過濾站工作的安全性、可靠性，必須進行拆解檢修。

4.3 集中式過濾站灌溉期末安全檢修

當集中式過濾站完成當年的灌溉水過濾處理任務后，由于灌區(qū)所處的地理位置為高緯度極寒地區(qū)，為保證過濾站在停用期間的站內過濾設備的安全，必須進行以下必要的安全檢查。站內所有充水設備必須進行排空檢查，保證所有進排氣閥處于正常工作狀態(tài)，所有罐體排水閥處于全開狀態(tài)，罐體及管道內在整個停用期內處于無水狀態(tài)，防止發(fā)生設備凍脹破壞。

5 結語

大型微灌區(qū)采用集中過濾站進行二次灌溉水過濾處理，相較于在每個灌溉單元（53.33～66.67 hm2）前設置分散的二次水處理過濾器，具有以下優(yōu)點：首先，采用集中二次水處理，符合現(xiàn)代農業(yè)發(fā)展方向，便于集約化管理，自動化管理。其次，由于采用3 種不同的水處理方式組合，便于不同季節(jié)水中雜質含量不同、類型不同時進行水處理。再次，采用集中式大型過濾站進行微灌水處理，可進行多種作業(yè)，實施無人值守作業(yè)，可以降低人工成本，符合現(xiàn)代農業(yè)向著集約化、現(xiàn)代化方向發(fā)展，有助于不斷提高農業(yè)灌溉水處理過程的科技含量。