蔡金榜，朱亮
(河海大學水文水資源及環境學院，江蘇南京 　210098)

　　摘　要：敘述了周邊進水沉淀池配水槽的等孔距和變孔距配水兩種設計方法，從其優缺點分析上可知變孔距法的穩定性和可靠性更強。結合實例詳細介紹了變孔距法的具體計算過程并研究了影響計算結果精度的因素。
　　關鍵詞：沉淀池；配水槽；變孔距法；等孔距法
　　中圖分類號：X703.3
　　文獻標識碼：C
　　文章編號：1000-4602(2002)05-0053-03

　　周邊進水沉淀池是一種新池型，它具有耐沖擊能力強、水力負荷高、沉降歷時短、沉淀區容積利用率高等優點，但其運行效果受配水槽配水均勻性的制約，若配水槽配水不均勻，則其優越性就難以體現，因而配水槽是周邊進水沉淀池的關鍵部位。目前常用的配水槽設計方法有等孔距法和變孔距法兩種。

1 設計方法

　　① 變孔距法?
　　變孔距法是將配水槽分為變寬段和等寬段，配水槽寬度在變寬段沿程逐漸減少直至等寬段，這樣環槽水流在槽內流速基本保持不變，從而最大限度地降低環槽流速。槽內水深在變寬段沿程減少，到達等寬段后由于壅水現象水深又沿程微增。為了防止污泥在槽內因流速過小而沉積，應按最小時流量和最小允許流速確定配水槽起始寬度，使得任何流量下流速v都能大于最小流速。按平均時流量計算槽內各點水深并繪出相應的水面曲線圖，以水面曲線 落差(dH)約1cm將水面曲線分為若干段，計算出每一段內的平均配水頭和單孔泄流量，最后計算出每一段的平均孔距和孔數。?
　　② 等孔距法?
　　等孔距法與變孔距法以提高配水均勻穩定性為目標、最大限度降低環槽流速的設計思路不同，它強調保持槽內水深沿程不變(即H=H₀)，水面沿程為水平線，槽內外水位差沿程不變，由此可知配水槽內各點配水頭也沿程不變。由孔口出流量q=μA(2gZ)^1/2可得各孔出流量都相等，孔口數m=Q0/q，配水孔平均間距C=L_０／m(常數)。
　　③ 兩種方法比較
　　采用等孔距法設計的配水槽布水孔沿池周均勻分布并與池中心對稱，幾何特性好，但二沉池配水槽內的水流運動屬于緩流，其Fr=V/(gL)^1/2＜1，由此可見水流動能沿程減少，勢能必然增加，但其增加的速率比機械能損失量快，于是出現了流量沿程減少而 水流沿程壅高，這和配水均勻性相矛盾。因此必須沿程增加槽寬或變化槽底坡度以減少壅水高度ΔH。考慮到施工方便，一般采用改變槽寬來保持水深沿程不變。但由于壅水曲線 不是直線變化，而是沿程變化復雜，因此不易保證施工精度。另外槽內流速沿程減少，不利于在保證速度vmin≥0.3m/s的前提下降低速度v，當取末端流速為0.3m/s時，前端流速＞0.3m/s，而且越靠近起點流速越大，因而受施工精度、流量變化影響較大，配水均勻穩定性較差。?
　　變孔距法雖沒有等孔距法幾何對稱的優點，但它能夠最大限度地降低流速使得計算結果與實際相符合。配水槽變寬段的槽寬沿直線變化，施工容易，而且配水均勻基本不受日常流量變化的影響，因此變孔距法較等孔距法配水的穩定性和可靠性都會增強。?

2 配水槽變孔距法的設計計算

　　① 配水槽寬度B計算?
　　為了防止混合液在配水槽內發生淤積，環槽流速不應低于0.3m/s[1]。為方便施工，配水槽底宜采用平底，布水孔的孔徑要一樣大，槽寬不宜小于0.3m。因此令變寬段vm0=0.3m/s，等寬段B=0.3m，按最小流量Qm確定配水槽寬度得：
　　
　　變寬段長度Lc=(1-0.3／B0)L₀，等寬段長度LE=0.3／B₀L₀。?
　　② 布水孔間距?
　　按平均時流量Qh確定布水孔間距，把式(1)代入能量微分方程，且因流速v較小，將gH-v2≈gH，則能量微分方程可化為：?

　　

　　對應于Qh的起點水深Hh0為：
　　?H_h0≈H_m0+[1-(H_h0Q_m／H_m0Qh)²]Z_h0?　　(3)?
　　選擇合適的配水水頭Zh，解式(3)方程確定相應的H_h0，代入式(2)求出H并作出水面曲線H，則距起點Li處的配水水頭Z=Zh0+Hi-Hh0。該點設布水孔時，對應的單孔泄流量q由孔口的孔徑d和孔上配水水頭所決定，即qi=μA[KF(]2gZi[KF)]，孔距C=L０/(Qh/qi)。其中μ為流量系數，A為布水孔口斷面面積。

3 　應用實例

3.1 基本計算條件
　　某城市污水采用活性污泥法處理，二沉池采用周邊進水輻流式沉淀池，根據表面負荷率要求已定沉淀池直徑D=36m，由配水井進入配水槽的流量Qh=1875m³/h，為了施工方便，配水槽底坡i=0。?
　　① 周邊進水沉淀池一般用作大、中型污水處理廠二沉池，流量變化不大，Qm/Qh≥0.5，現取Qm=0.6×Qh=1125m³/h。?
　　② 布水孔孔徑d的確定?
　　在給水中采用孔口配水時孔徑一般為100mm，但周邊進水沉淀池多用于污水處理廠二沉池，二沉池進水懸浮物很多，其混合液濃度都在2000mg/L～4000mg/L之間，且絮凝性能較好。為了避免堵塞孔口，配水孔的孔徑采用d=100～200mm為宜。本例采用d=100 mm。?
　　③ 配水槽為矩形過水斷面，設槽內允許流速vm=0.3m/s：
?　　　　B₀=H_m0=（Qm／0.3）^1/2=1.02m?
　　④ 等寬段槽寬B=0.3m，長度Lc，變寬段長度IE，則：
　　　?L_E=(1-0.3／B₀)×L₀=79.83m?
?　　　L_c=L₀-L_E=33.27m?
　　當L≤LＥ時，B=B0×(1-L／L0)=1.02×(1-L／L0)，當LE＜L≤L0時B=0.3m。?
　　⑤ 計算對應于Qh的起點水深Hp0
　　把式(3)化為Ｈ_n+1h₀₌H_m0+[(1-Hⁿ₀×Q_m)/H_m0×Qh)²]×Z_h0，對該方程采用循環迭代法求解，直至｜Hⁿ⁺¹_h0=H^h_h0｜＜ε。現取初值H0h0=1.0m、Zh0=0.1m、控制因子ε=0.01，經計算得Hh0=Hn+1h0=1.0839m。?
　　⑥ 配水槽水面曲線
　　將整個計算長度(沉淀池周長)分為若干段，對每一小段而言，可以把式(2)化為：

　　

　　　　?Hi+1=Hi+ΔH(i=1,Λ，nn)
　　式中 ?nn——配水槽等分段數
　　　　　ΔH——相鄰兩段水位差?
　　　　　ΔL——相鄰兩段長度
　　 取長度步長ΔL=0.01m，H0=Hh0，就可計算出配水槽水面高度H，計算結果如圖1所示。?

　　⑦ 計算孔距Ci和孔數mi
　　根據繪出的水面曲線圖，按水面曲線落差為1cm將其分為三段，確定各段的長度L_i和配水頭Z_i，q_i、Ci和mi的計算如下：qi=μA(2gZi)^1/2，Ci=L_０/(Qh/qi),mi=li／Ci，其中取流量系數μ=0.062。?
3.2 計算結果及分析
　　各段計算結果如表1所示。

表1 配水槽計算結果 段名 長度(m) 起點水深(m) 孔泄流量(10-3m³/s) 孔距(m) 孔數 平均流量[JP5][10^-3m³/(m·s)] 一 44.88 1.0839 6.304338 1.36 33 4.635526 二 25.60 1.0739 5.925005 1.28 20 4.628910 三 42.62 1.0639 5.99129 1.21 35 4.598389 合 計 113.1 　 　 　 88 　

　　則計算配水槽進水流量為0.5225m³/s。
　　平均流量?qi=mi×（qi／Li)。
　　計算結果的影響因素分析：?
　　① 配水槽中水流除受重力、浮力和阻力作用外，同時受到離心力的作用而產生螺旋流，水流紊動加大使布水孔的流量減少，造成實際情況與計算有一定的差異。在沉淀池直徑較大、配水槽內水流流速較小的情況下，計算結果才比較接近實際；
　　② 配水槽中的粗糙系數n一般在0.012～0.014之間，不容易精確估計，因而也會給計算結果帶來一定的誤差；?
　　③ 實際水流環槽圓周流動且流動中沿布水孔泄流，屬于明渠非均勻流，但計算中將它簡化為直線漸變流，因而造成一定的誤差；
　　④ 計算中認為配水槽斷面上各點流速大小相等，但實際中由于液體的粘滯性和池壁的阻滯作用及離心力作用，斷面上各點流速大小不相等，水流最大流速偏向槽外緣。鑒于這種情況，只有在水流平均流速較小、池直徑較大時，實際同理想狀態才比較一致。?

4 　結論

　　① 變孔距法配水的穩定性和可靠性比等孔距法好，基本不受日常流量變化影響，且能夠很好滿足配水均勻性的要求。?
　　② 變孔距法強調流速基本不變，能夠最大限度降低環槽流速，使計算結果與實際情況更加吻合。
　　③ 采用變孔距法設計配水槽時，槽寬沿程直線變化，易施工，而且可以把配水槽和集水槽合建，總寬度沿程不變。

參考文獻：

　　[1]陸少鳴，楊立，徐以時. 周邊進水沉淀池系統工藝設計[J].中國給水排水，1995，11(2):33-36.
　　[2]張智.周邊進水沉淀池配水設計的若干問題[J].中國給水排水，1990，6(2):7-10.
　　[3]袁方，馬杰.關于周邊進水沉淀池配水槽設計的討論[J].中國給水排水 ，1987，3(4):33-36.
　　[4]熊國立.周邊進水沉淀池配水槽的水力設計[J].中國給水排水，1994，10(3):34-36.
　　[5]陳水娣.沉淀池配水槽的水面線分析與水力設計[J].給水排水，1996，22 (6):5-10.

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　　收稿日期：2001-09-17