輸水渠道簡(jiǎn)介

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(diǎn)的渠道。

應(yīng)用學(xué)科

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

近年來(lái)，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(jiǎn)稱PAC）的方法，對(duì)污染原水進(jìn)行預(yù)處理。由于PAC產(chǎn)生的自絮凝效應(yīng)，長(zhǎng)距離輸水渠道中，PAC的沉積影響原水預(yù)處理效果。本項(xiàng)目以原水輸水渠道中投加竹炭（PAC的類型）為對(duì)象，通過(guò)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)式雙筒裝置形成垂向水流速度梯度，開(kāi)展竹炭自凝聚試驗(yàn)研究，揭示水流條件及竹炭濃度及對(duì)其自凝聚效應(yīng)及沉降的影響機(jī)制。采用環(huán)形水槽裝置，通過(guò)開(kāi)展水流運(yùn)動(dòng)條件下的竹炭垂向輸移過(guò)程試驗(yàn)，建立自絮凝-沉降動(dòng)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(duì)PAC在輸水渠道中的輸移機(jī)制有一個(gè)更深入的認(rèn)識(shí)，也為長(zhǎng)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(shí)間對(duì)污染原水進(jìn)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(jī)理有關(guān)。本項(xiàng)目針對(duì)這一問(wèn)題，開(kāi)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(jī)理。針對(duì)傳統(tǒng)的順直水槽不能模擬長(zhǎng)距離輸水渠道中粉炭輸移沉降過(guò)程的問(wèn)題，自主研發(fā)了雙向環(huán)形水槽試驗(yàn)裝置，以時(shí)間換空間的方式，有效解決了粉炭輸移沉降過(guò)程的試驗(yàn)?zāi)M。通過(guò)試驗(yàn)研究，提出了描述環(huán)形水槽中粉炭動(dòng)態(tài)沉降過(guò)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。基本結(jié)論為：（1）粉炭動(dòng)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(wú)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(shì)不明顯，且自絮凝體密度降低，更容易隨水流作用懸浮；（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(jī)物耦合數(shù)學(xué)模型。傳統(tǒng)的燒杯實(shí)驗(yàn)?zāi)軌虼_定對(duì)于某一投加濃度的污染物吸附過(guò)程曲線及吸附平衡濃度，但是無(wú)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(jī)物耦合數(shù)學(xué)模型以環(huán)形水槽試驗(yàn)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(dòng)力學(xué)過(guò)程，解決了粉炭沉降條件下的污染物吸附效果模擬問(wèn)題。以此模型為依據(jù)，本研究對(duì)上海市黃浦江上游松浦大橋水源地—市區(qū)自來(lái)水廠之間的約40km長(zhǎng)輸水管渠中，以水源地硝基苯濃度超標(biāo)為情形，對(duì)投加粉末活性炭的應(yīng)急方案進(jìn)行了評(píng)估。當(dāng)水源地水質(zhì)嚴(yán)重超標(biāo)時(shí)（硝基苯超標(biāo)11倍），最大水流剪應(yīng)力為0.21Pa，對(duì)應(yīng)本區(qū)域30%峰值水量。當(dāng)水源地水質(zhì)超標(biāo)相對(duì)較低時(shí)（超標(biāo)2~5倍），水流剪應(yīng)力可達(dá)到0.35Pa以上（對(duì)應(yīng)實(shí)際供水量大于38%峰值水量）；根據(jù)實(shí)際輸水渠道長(zhǎng)度，在滿足粉炭吸附平衡時(shí)間的基礎(chǔ)上，可盡可能提高供水水量。 本項(xiàng)目實(shí)施至今已發(fā)表論文6篇，其中SCI收錄論文2篇。授權(quán)實(shí)用新型技術(shù)專利1項(xiàng)，申請(qǐng)發(fā)明專利1項(xiàng)。該研究為國(guó)內(nèi)城市應(yīng)急供水提供了理論依據(jù)和評(píng)估技術(shù)手段。該項(xiàng)目相關(guān)研究成果獲得周培源基金會(huì)頒發(fā)的2012年度周培源水動(dòng)力學(xué)獎(jiǎng)（三等獎(jiǎng)）。

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(jí)分配到田間或供水點(diǎn)的渠道。

應(yīng)用學(xué)科

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