防蓝藻滤网在湖泊水环境保护中的应用与探究

《资源节约与环保》2014年第6期科技论文与案例交流科技论文与案例交流摘要：以东太湖防蓝藻滤网为对象,通过水槽试验,研究了不同实验条件下滤网的透水特性，得出了滤网在不同阻水比例下的透水性曲线。利用水力学及数值拟合等手段，定量计算滤网等效曼宁糙率，发现滤网曼宁糙率系数随阻水比例的增大而呈非线性增大趋势。关键词：滤网；糙率；水槽试验；东太湖近年来，太湖蓝藻大面积爆发给城市供水带来了严重危机。为了防止蓝藻危害吴江市水源地安全，根据江苏省委、省政府要求，以太湖为水源的取水口一级保护区全部实施围栏保护工程。拟在蓝藻爆发期间，在保护桩之间通过悬挂工业滤网拦截高浓度蓝藻水团。鉴于此，本研究通过水槽实验装置，测定了滤网的阻水特性，并且得出了不同水深、阻水比例下的糙率值，可为围栏保护工程的实施提供科学决策依据。1水槽试验分析方法为定量测定滤网的透水性及糙率，本次试验在华东师范大学河口海岸学国家重点实验室的可变坡式实验水槽进行，该水槽是集波、流、沙为一体的全自动水流基础理论研究实验设备，可进行清水和浑水、恒定流和非恒定流的实验。水槽全长30m，宽0.7m，高0.5m，试验段长15m，测验段长6m。试验中单点流速测量采用SontekADV声学多普勒流速仪和ALECAEM-HR自容式电磁流速仪记录。本次水槽试验共进行五种模拟方案组次试验，分别为双层滤网全断面阻水方案、单层滤网全断面阻水方案、单层滤网又考虑底部剪掉10cm、20cm和30cm三种方案。设滤网导致的局部水头损失为ΔH，则将其等价于L长度的明渠上的沿程损失后，可基于谢才公式（式1）和曼宁公式（式2）推求相应等效曼宁糙率。v=CRJ姨（1）式中，V为断面平均流速；C为谢才系数，谢才系数基于曼宁公式（式2）推求；R为水力半径，为过水断面面积W和湿周X的比值；J为水力坡降，为明渠水面单位距离落差，等于发生沿程水头损失的上下游侧水位差与其长度L的比值C=1nR1/6（2）式中，n为曼宁糙率系数。将式2代入式1可得滤网等效曼宁糙率计算公式3：n=R2/3J1/2v=wx姨姨2/3ΔHL姨姨1/2QH（3）式中，Q为单宽流量；H为下游断面水深；W为过水断面面积，因本次试验用水槽宽度为0.50m，故有W=0.5m×H；X为湿周，因本次试验用水槽为矩形且宽度为0.50m，故有W=2H+0.5m。2试验结果试验直接测量的为上下游水头差及相应的单宽流量及流速值，仅能得到局部水头损失，若要折算成等效糙率还需假定一个明渠长度L，L的长度可任意取值，考虑不同网格长度糙率之间的换算和结果的合理性，L暂取100m。2.1双层滤网全断面阻水方案双层滤网全断面阻水方案下滤网阻水水头差与单宽流量表现为显著的乘幂关系（图1）。双层滤网全断面阻水且平均水力半径为0.165168m条件下，100m长度明渠等效曼宁糙率平均为0.51545。图1双层滤网全断面阻水方案下水头差与单宽流量的关系2.2单层滤网全断面阻水方案由图2可见，单层滤网全断面阻水方案下滤网阻水水头差与单宽流量也表现为显著的乘幂关系。将本方案下各组次试验结果代入式3得单层滤网全断面阻水且平均水力半径为0.163526m条件下，100m长度明渠等效曼宁糙率平均为0.22530。图2单层滤网全断面阻水方案下水头差与单宽流量的关系2.3滤网底部剪掉10cm方案滤网底部剪掉10cm方案下滤网阻水水头差与单宽流量仍然表现为显著的乘幂关系（图3）。阻水比例80.75%且平均水力半径为0.170993m条件下，100m长度明渠等效曼宁糙率平均为0.04495。图3单层滤网剪除底部10cm方案下水头差与单宽流量的关系2.4滤网底部剪掉20cm方案网底部剪掉20cm方案下滤网阻水水头差与单宽流量仍然表现为显著的乘幂关系（图4）。平均阻水比例61.97%且平均水力半径为0.171261m条件下，100m长度明渠等效曼宁糙率平均为0.02083。防蓝藻滤网在湖泊水环境保护中的应用与探究胡静（上海勘测设计研究院上海200434）生态环境治理173《资源节约与环保》2014年第6期科技论文与案例交流科技论文与案例交流科技论文与案例交流科技论文与案例交流图4单层滤网剪除底部20cm方案下水头差与单宽流量的关系2.5滤网底部剪掉30cm方案底部剪掉30cm方案下滤网阻水水头差与单宽流量仍然表现为显著的乘幂关系（5）。阻水比例44.17%且平均水力半径为0.172540m条件下，100m长度明渠等效曼宁糙率平均为0.01338。图5单层滤网剪除底部30cm方案下水头差与单宽流量的关系3讨论3.1滤网阻水能力与断面阻水比例的关系将本次水槽试验所得不同阻水比例条件下的等效曼宁糙率系数点绘于直角坐标系下得两者散点关系图（图6）。可见，曼宁糙率系数随阻水比例的增大而呈非线性增大趋势，相应多项式拟合方程为（相