輸水渠道

中文名稱

輸水渠道

英文名稱

canal for water conveyance

定　　義

從水源取水并輸送到灌區(qū)或供、配水點的渠道。

應(yīng)用學(xué)科

水利科技（一級學(xué)科），灌溉與排水（二級學(xué)科），灌溉（水利）（三級學(xué)科）

近年來，為確保城市供水水質(zhì)安全，采用在原水輸水渠道起始端投加粉末活性炭（簡稱PAC）的方法，對污染原水進行預(yù)處理。由于PAC產(chǎn)生的自絮凝效應(yīng)，長距離輸水渠道中，PAC的沉積影響原水預(yù)處理效果。本項目以原水輸水渠道中投加竹炭（PAC的類型）為對象，通過設(shè)計旋轉(zhuǎn)式雙筒裝置形成垂向水流速度梯度，開展竹炭自凝聚試驗研究，揭示水流條件及竹炭濃度及對其自凝聚效應(yīng)及沉降的影響機制。采用環(huán)形水槽裝置，通過開展水流運動條件下的竹炭垂向輸移過程試驗，建立自絮凝-沉降動力學(xué)方程，并考慮縱向輸移效應(yīng)，最終建立竹炭在輸水渠道的輸移數(shù)學(xué)模式。研究成果將使人們對PAC在輸水渠道中的輸移機制有一個更深入的認識，也為長距離原水輸送渠道的PAC優(yōu)化投加提供理論依據(jù)。

在原水輸水管渠中投加粉末活性炭，充分利用原水在輸水渠道中的輸送時間對污染原水進行預(yù)處理，已經(jīng)成為水源地突發(fā)污染事故條件下的應(yīng)急處理技術(shù)手段。粉炭作用效果與其在輸水渠道中的輸移機理有關(guān)。本項目針對這一問題，開展了粉末活性炭在原水輸水渠道中的輸移特征研究，取得了以下成果： 1. 闡明了粉炭的輸移沉降機理。針對傳統(tǒng)的順直水槽不能模擬長距離輸水渠道中粉炭輸移沉降過程的問題，自主研發(fā)了雙向環(huán)形水槽試驗裝置，以時間換空間的方式，有效解決了粉炭輸移沉降過程的試驗?zāi)M。通過試驗研究，提出了描述環(huán)形水槽中粉炭動態(tài)沉降過程的數(shù)學(xué)模型，確定了粉炭沉降的臨界水流條件，粉炭沉降平衡濃度與水流條件、起始投加濃度及竹炭自絮凝的關(guān)系?；窘Y(jié)論為：（1）粉炭動態(tài)沉降與水流條件有關(guān)，與粉炭起始投加濃度（<80 mg/L）基本無關(guān)；（2）隨著水流速度和投加濃度增加，粉炭自絮凝體粒徑增加，但是增加趨勢不明顯，且自絮凝體密度降低，更容易隨水流作用懸??；（3）粉炭沉降的臨界水流剪應(yīng)力為0.35 Pa，最大沉降速率為1.57×10-4 m/s。 2. 建立了原水輸水渠道中粉炭—微量有機物耦合數(shù)學(xué)模型。傳統(tǒng)的燒杯實驗?zāi)軌虼_定對于某一投加濃度的污染物吸附過程曲線及吸附平衡濃度，但是無法確定輸水渠道中粉炭沉降條件下的污染物吸附效果。本研究建立的粉炭—微量有機物耦合數(shù)學(xué)模型以環(huán)形水槽試驗確定的沉降參數(shù)為依據(jù)，綜合考慮了沿水流的縱向輸移、垂向沉降和粉炭吸附污染物動力學(xué)過程，解決了粉炭沉降條件下的污染物吸附效果模擬問題。以此模型為依據(jù)，本研究對上海市黃浦江上游松浦大橋水源地—市區(qū)自來水廠之間的約40km長輸水管渠中，以水源地硝基苯濃度超標(biāo)為情形，對投加粉末活性炭的應(yīng)急方案進行了評估。當(dāng)水源地水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)時（硝基苯超標(biāo)11倍），最大水流剪應(yīng)力為0.21Pa，對應(yīng)本區(qū)域30%峰值水量。當(dāng)水源地水質(zhì)超標(biāo)相對較低時（超標(biāo)2~5倍），水流剪應(yīng)力可達到0.35Pa以上（對應(yīng)實際供水量大于38%峰值水量）；根據(jù)實際輸水渠道長度，在滿足粉炭吸附平衡時間的基礎(chǔ)上，可盡可能提高供水水量。 本項目實施至今已發(fā)表論文6篇，其中SCI收錄論文2篇。授權(quán)實用新型技術(shù)專利1項，申請發(fā)明專利1項。該研究為國內(nèi)城市應(yīng)急供水提供了理論依據(jù)和評估技術(shù)手段。該項目相關(guān)研究成果獲得周培源基金會頒發(fā)的2012年度周培源水動力學(xué)獎（三等獎）。

中文名稱

配水渠道

英文名稱

canal for water distribution

定　　義

從輸水渠道引水并逐級分配到田間或供水點的渠道。

應(yīng)用學(xué)科

水利科技（一級學(xué)科），灌溉與排水（二級學(xué)科），灌溉（水利）（三級學(xué)科）