[摘 要]沧州支线压力箱涵段共设有6个城市分水口，在箱涵进口增设旋转式滤网设备可以彻底解决调流阀堵塞问题，达到为水厂输送清水的目标。
[关键词]压力箱涵 增设滤网 水力计算
中图分类号：TK263 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）02-0301-01
1 概述
石津干渠是河北省南水北调配套工程跨市干渠工程之一，主要供水对象为石家庄市、衡水市、沧州市以及干渠沿线各县和大浪淀水库、衡水湖周边县（市）。沧州支线压力箱涵为石津干渠的重要组成部分，箱涵起始桩号为120+430，终点桩号210+366.499，途径衡水和沧州两个地区，线路总长89.944km。供水目标包括衡水市的武强、阜城、景县以及沧州市的交河、东光、吴桥、泊头和青县，并最终输水到大浪淀水库。箱涵进口至武强节制闸流量为17m3/s，武强节制闸至阜城分水口流量为14m3/s，阜城分水口至箱涵出口为流量13m3/s。
目前，南水北调中线总干渠河北省段已经建成通水，南水北调中线河北省配套工程也在紧张地建设中，部分工程已经建设完成，部分分水口门已投入分水运行，实现了向沿途市、县水厂输水的目标。
配套工程运行中实际发生严重阻塞的情况共有两处：一处是高昌分水口下游配套工程中调流阀（输水至保定市第一地表水厂），首次小流量输水运行至一个月时，调流阀淤堵非常严重；另一处是田庄分水口门下游配套所接的石家庄市西北水厂，据水厂清污工人反映，水厂拦污网格清污工作强度大大增加。
2 问题产生的原因及解决方法
（1） 产生问题的原因
石津干渠没有行洪功能，沿线排水口均进行封堵，工程边界设防护墙、隔离网等保证工程封闭运行。污物主要来源为南水北调中线总干渠来水以及黄壁庄水库来水所携带的输入性污物和工程日常运行过程中沿途落入渠中的自生性污物。污物种类主要为杂草、树叶、秸秆、树枝、塑料袋、小型鱼类等，其特点为持续产生，并且污物种类季节性变化较大。另根据类似工程运行经验，渠道长期稳定运行后，夏季渠水中会滋生水藻，成为威胁安全输水的另一杂物来源。各种类型的污物随水流经石津干渠进入沧州支线压力箱涵进口。
（2） 解决方法
沧州支线压力箱涵进口布置一道拦污和清污为一体的回转式清污机，拦污栅栅条间距60mm，其设置目的是为了拦截较大污物，根据类似工程运行情况表明，该设备对个体较小、软体污物拦截效果不佳，造成下游对水质要求较苛刻的调流阀堵塞，部分污物随水流到达水厂。要解决拦截较小污物的问题，只能设置网式拦污清污设备，才能彻底解决调流阀堵塞问题，实现为水厂输送清水的目标。因此，为保证输水安全，在箱涵进口增设拦污清污设施，对杂物进行彻底拦截是非常必要的。
网式拦污清污设备种类繁多，有些不能满足工程安装的要求；有些虽然拦污效果好，但是阻水面积大，不能满足过流要求。经比选，选择过流能力和清污效果较好的外进内出侧向进水板框式旋转滤网。
因沧州支线压力箱涵进口连接段及进口闸室已建成，清污设备尚未安装，拟定在进口闸室原回转式清污机位置布置板框式旋转滤网，在其上游斜坡段设置回转式清污机，以减轻旋转滤网清污量，并起到保护旋转滤网的作用。
3 水力设计
箱涵进口水头损失计算流量采用箱涵输水的加大流量17m3/s，水头损失主要由六部分组成，分别为第一道拦污栅损失hj1、旋转滤网进口损失hj2、旋转滤网过网前水流90°转弯损失hj3、旋转滤网过网损失hj4、旋转滤网过网后水流90°转弯损失hj5、旋转滤网出口损失hj6。
（1）第一道拦污栅损失hj1
根据《水力计算手册》（武汉水利电力学院水力学教研室编）中表1-3-4拦污栅局部水头损失公式如下：
式中：hj1-拦污栅局部水头损失（m）；
ζ-局部能量损失系数；
v-拦污栅位置处流速（m/s），本工程拦污栅位置处流速约0.52m/s；
g-重力加速度（m/s2），取g=9.81m/s2；
β-柵条形状系数，根据表1-3-4，取2.42；
s-柵条厚度，本工程拦污栅采用不锈钢，柵条厚度取6mm；
b-柵条间距，为柵条净距与柵条厚度之和，60+6=66mm；
α-拦污栅倾角，取75°。
经计算，拦污栅（柵条净距60mm）无污物时局部水头损失为0.0013m。
（2）旋转滤网进口突缩损失hj2
箱涵进口检修闸2孔，安装2台旋转滤网，单台旋转滤网设计流量8.5m3/s，水流在旋转滤网进口处分成两个流道，总过水面积减小，流速增大，产生局部水头损失，该水头损失采用《水力学》中渠道收缩局部水头损失系数法进行计算：
单孔宽度由3.4m突变为1.9m。
式中：hj2-水头损失（m）；
ζ-局部能量损失系数，依据《水力学》，取0.4；
v1-收缩前流速（m/s），v1=0.43m/s；
v2-收缩后流速（m/s），v2=0.77m/s；
g-重力加速度（m/s2），取g=9.81m/s2；
经计算，旋转滤网进口突缩水头损失为0.021m。
（3）旋转滤网过网前水流方向改变90°损失hj3
采用管道三通堵头局部损失系数法计算：
式中：hj3-水头损失（m）；
ζ-局部能量损失系数，按照三通堵头局部损，取2；
v-流速，0.77m/s；
经计算，进入旋转滤网前水流方向改变90°水头损失为0.06m。
（4）旋转滤网过网损失hj4
按照经验公式分别计算不同阻塞率下的水头损失，阻塞率取0%、25%，公式如下：
式中：hj4-水头损失（m）；
vn-阻塞率n%时的平均流速（m/s）；
An%-阻塞率n%时的滤网过水面积（m2）；
Q- 通过滤网的流量（m3/s）；
经计算，旋转滤网阻塞率为0%时的水头损失0.025m，旋转滤网阻塞率为25%时的水头损失0.044m。
（5）进入旋转滤网后水流方向改变90°损失hj5
采用管道急转弯局部损失系数法计算：
式中：hj5-水头损失（m）；
ζ-局部能量损失系数，按照急转弯损失，取0.99；
v-流速（m/s）；
经计算，进入旋转滤网后水流方向改变90°水头损失为0.011m。
（6）旋转滤网出口扩大损失hj6
采用《水力学》中渠道扩大局部水头损失系数法计算：
单孔宽度由1.5m突变为3.4m。
式中：hj6-水头损失（m）；
ζ-局部能量损失系数，依据《水力学》，取0.75；
v1-扩大前流速（m/s），v1=0.99m/s；
v2-扩大后流速（m/s），v2=0.44m/s；
g-重力加速度（m/s2），取g=9.81m/s2；
经计算，旋转滤网出口扩大水头损失为0.04m。
4 结语
经计算在旋转式滤网不受污物阻塞情况下，新增加水头损失为0.156m；考虑旋转式滤网受污物阻塞25%时情况下，新增加水头损失为0.183m。
初设阶段箱涵设计水头损失为11.50m，实际水头损失11.72m，富裕水头0.22m，因此增设旋转式滤网拦污栅后仍可满足设计过流要求，对上游渠道水位没有影响。
参考文献：
[1] 李炜.水力计算手册（第二版）.武汉大学水利水电学院水力学流体力学研究室；
[2] 吴持恭.高等学校教材，水力学（第二版），成都科技大学水力学教研室；
作者简介：
王会梅（1976-），女（汉族），天津蓟县人，高级工程师，主要从事水利水电工程水工设计工作。
