周边进水沉淀池配水槽的设计计算
周边进水沉淀池是一种新池型，它具有耐冲击能力强、水力负荷高、沉降历时短、沉淀区容积利用率高等优点，但其运行效果受配水槽配水均匀性的制约，若配水槽配水不均匀，则其优越性就难以体现，因而配水槽是周边进水沉淀池的关键部位。目前常用的配水槽设计方法有等孔距法和变孔距法两种。
1 设计方法
① 变孔距法
变孔距法是将配水槽分为变宽段和等宽段，配水槽宽度在变宽段沿程逐渐减少直至等宽段，这样环槽水流在槽内流速基本保持不变，从而最大限度地降低环槽流速。槽内水深在变宽段沿程减少，到达等宽段后由于壅水现象水深又沿程微增。为了防止污泥在槽内因流速过小而沉积，应按最小时流量和最小允许流速确定配水槽起始宽度，使得任何流量下流速v都能大于最小流速。按平均时流量计算槽内各点水深并绘出相应的水面曲线图，以水面曲线 落差(dH)约1cm将水面曲线分为若干段，计算出每一段内的平均配水头和单孔泄流量，最后计算出每一段的平均孔距和孔数。
② 等孔距法
等孔距法与变孔距法以提高配水均匀稳定性为目标、最大限度降低环槽流速的设计思路不同，它强调保持槽内水深沿程不变(即H=H0)，水面沿程为水平线，槽内外水位差沿程不变，由此可知配水槽内各点配水头也沿程不变。由孔口出流量q=μA(2gZ)1/2可得各孔出流量都相等，孔口数m=Q0/q，配水孔平均间距C=L０／m(常数)。
③ 两种方法比较
采用等孔距法设计的配水槽布水孔沿池周均匀分布并与池中心对称，几何特性好，但二沉池配水槽内的水流运动属于缓流，其Fr=V/(gL)1/2＜1，由此可见水流动能沿程减少，势能必然增加，但其增加的速率比机械能损失量快，于是出现了流量沿程减少而 水流沿程壅高，这和配水均匀性相矛盾。因此必须沿程增加槽宽或变化槽底坡度以减少壅水高度ΔH。考虑到施工方便，一般采用改变槽宽来保持水深沿程不变。但由于壅水曲线 不是直线变化，而是沿程变化复杂，因此不易保证施工精度。另外槽内流速沿程减少，不利于在保证速度vmin≥0.3m/s的前提下降低速度v，当取末端流速为0.3m/s时，前端流速＞0.3m/s，而且越靠近起点流速越大，因而受施工精度、流量变化影响较大，配水均匀稳定性较差。
变孔距法虽没有等孔距法几何对称的优点，但它能够最大限度地降低流速使得计算结果与实际相符合。配水槽变宽段的槽宽沿直线变化，施工容易，而且配水均匀基本不受日常流量变化的影响，因此变孔距法较等孔距法配水的稳定性和可靠性都会增强。
2 配水槽变孔距法的设计计算
① 配水槽宽度B计算
为了防止混合液在配水槽内发生淤积，环槽流速不应低于0.3m/s[1]。为方便施工，配水槽底宜采用平底，布水孔的孔径要一样大，槽宽不宜小于0.3m。因此令变宽段vm0=0.3m/s，等宽段B=0.3m，按最小流量Qm确定配水槽宽度得：
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变宽段长度Lc=(1-0.3／B0)L0，等宽段长度LE=0.3／B0L0。
② 布水孔间距
按平均时流量Qh确定布水孔间距，把式(1)代入能量微分方程，且因流速v较小，将gH-v2≈gH，则能量微分方程可化为：
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对应于Qh的起点水深Hh0为：
Hh0≈Hm0+[1-(Hh0Qm／Hm0Qh)2]Zh0 (3)
选择合适的配水水头Zh，解式(3)方程确定相应的Hh0，代入式(2)求出H并作出水面曲线H，则距起点Li处的配水水头Z=Zh0+Hi-Hh0。该点设布水孔时，对应的单孔泄流量q由孔口的孔径d和孔上配水水头所决定，即qi=μA[KF(]2gZi[KF)]，孔距C=L０/(Qh/qi)。其中μ为流量系数，A为布水孔口断面面积。
3 应用实例
3.1 基本计算条件
某城市污水采用活性污泥法处理，二沉池采用周边进水辐流式沉淀池，根据表面负荷率要求已定沉淀池直径D=36m，由配水井进入配水槽的流量Qh=1875m3/h，为了施工方便，配水槽底坡i=0。
① 周边进水沉淀池一般用作大、中型污水处理厂二沉池，流量变化不大，Qm/Qh≥0.5，现取Qm=0.6×Qh=1125m3/h。
② 布水孔孔径d的确定
在给水中采用孔口配水时孔径一般为100mm，但周边进水沉淀池多用于污水处理厂二沉池，二沉池进水悬浮物很多，其混合液浓度都在2000mg/L～4000mg/L之间，且絮凝性能较好。为了避免堵塞孔口，配水孔的孔径采用d=100～200mm为宜。本例采用d=100 mm。
③ 配水槽为矩形过水断面，设槽内允许流速vm=0.3m/s：
B0=Hm0=（Qm／0.3）1/2=1.02m
④ 等宽段槽宽B=0.3m，长度Lc，变宽段长度IE，则：
LE=(1-0.3／B0)×L0=79.83m
Lc=L0-LE=33.27m
当L≤LＥ时，B=B0×(1-L／L0)=1.02×(1-L／L0)，当LE＜L≤L0时B=0.3m。
⑤ 计算对应于Qh的起点水深Hp0
把式(3)化为Ｈn+1h0=Hm0+[(1-Hn0×Qm)/Hm0×Qh)2]×Zh0，对该方程采用循环迭代法求解，直至｜Hn+1h0=Hhh0｜＜ε。现取初值H0h0=1.0m、Zh0=0.1m、控制因子ε=0.01，经计算得Hh0=Hn+1h0=1.0839m。
⑥ 配水槽水面曲线
将整个计算长度(沉淀池周长)分为若干段，对每一小段而言，可以把式(2)化为：
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Hi+1=Hi+ΔH(i=1,Λ，nn)
式中 nn——配水槽等分段数
ΔH——相邻两段水位差
ΔL——相邻两段长度
取长度步长ΔL=0.01m，H0=Hh0，就可计算出配水槽水面高度H，计算结果如图1所示。
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⑦ 计算孔距Ci和孔数mi
根据绘出的水面曲线图，按水面曲线落差为1cm将其分为三段，确定各段的长度Li和配水头Zi，qi、Ci和mi的计算如下：qi=μA(2gZi)1/2，Ci=L０/(Qh/qi),mi=li／Ci，其中取流量系数μ=0.062。
3.2 计算结果及分析
各段计算结果如表1所示。
表1 配水槽计算结果
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则计算配水槽进水流量为0.5225m3/s。
平均流量qi=mi×（qi／Li)。
计算结果的影响因素分析：
① 配水槽中水流除受重力、浮力和阻力作用外，同时受到离心力的作用而产生螺旋流，水流紊动加大使布水孔的流量减少，造成实际情况与计算有一定的差异。在沉淀池直径较大、配水槽内水流流速较小的情况下，计算结果才比较接近实际；
② 配水槽中的粗糙系数n一般在0.012～0.014之间，不容易精确估计，因而也会给计算结果带来一定的误差；
③ 实际水流环槽圆周流动且流动中沿布水孔泄流，属于明渠非均匀流，但计算中将它简化为直线渐变流，因而造成一定的误差；
④ 计算中认为配水槽断面上各点流速大小相等，但实际中由于液体的粘滞性和池壁的阻滞作用及离心力作用，断面上各点流速大小不相等，水流最大流速偏向槽外缘。鉴于这种情况，只有在水流平均流速较小、池直径较大时，实际同理想状态才比较一致。
4 结论
① 变孔距法配水的稳定性和可靠性比等孔距法好，基本不受日常流量变化影响，且能够很好满足配水均匀性的要求。
② 变孔距法强调流速基本不变，能够最大限度降低环槽流速，使计算结果与实际情况更加吻合。
③ 采用变孔距法设计配水槽时，槽宽沿程直线变化，易施工，而且可以把配水槽和集水槽合建，总宽度沿程不变。
参考文献：
[1]陆少鸣，杨立，徐以时. 周边进水沉淀池系统工艺设计[J].中国给水排水，1995，11(2):33-36.
[2]张智.周边进水沉淀池配水设计的若干问题[J].中国给水排水，1990，6(2):7-10.
[3]袁方，马杰.关于周边进水沉淀池配水槽设计的讨论[J].中国给水排水 ，1987，3(4):33-36.
[4]熊国立.周边进水沉淀池配水槽的水力设计[J].中国给水排水，1994，10(3):34-36.
[5]陈水娣.沉淀池配水槽的水面线分析与水力设计[J].给水排水，1996，22 (6):5-10.
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