摘要 本文主要从优化消毒的角度介绍优化清水池水力条件的必要性和原理，以及时间停留函数在清水池研究中的应用。根据Froude相似定律，以笔架山示范工程的清水池为原型设计中试模型，并进行不同条件下的示踪实验，证明不同清水池导流板设置的条件对t10/T的影响，并据此建议原型清水池的设计条件。通过对深圳水务集团的若干清水池进行示踪研究，得到各个清水池的停留时间分布函数和t10/T等参数，并对实验结果进行了讨论。
关键词 消毒、清水池、t10/T、停留时间分布函数
Abstract: The study presented here illustrates the principle and necessity of hydraulic optimization design for clearwell with the application of Residence Time Distribution. Pilot-scale models of full-scale clearwell in Bijiashan demonstration project were constructed according to the similarity law of Froude. Tracer tests showed that t10/T could be improved with baffle walls and the results have been applied to the design of full-scale clearwell. Other discussions of Residence Time Distribution and t10/T are given for tracer tests conducted in four current clearwells in Shenzhen Water Group.
Keyword: disinfection, clearwell, t10/T, Residence Time Distribution
近年来由于全世界范围对消毒副产物的重视，使清水池设计的改进成了减少消毒副产物的重要手段[1,3,5,6]。主要的手段是改进清水池内水力学条件，使清水池内流态尽可能接近理想推流，评价指标为t10/T值，T为水力停留时间， t10/T值越高，清水池内流态越好。t10的意义和确定方见文献[1]，也可以通过CFD（计算流体力学）软件计算。
除了t10/T之外，另外几个参数也可以用来衡量清水池的水力效率，分别是t90/T，σt2 。t90/T也是衡量水力特性的重要参数，t10/T往往代表的是短流的程度。而t90/T主要代表循环流的程度。两者越接近1流态就越接近活塞流（理想推流）。通过停留时间分布(RTD)计算无因次方差σt2 ，示踪实验的方差又称离散指数[5]，是对示踪实验整体的时间分布函数曲线的数据做统计分析。由于方差是表示时间分散程度的量度，方差越小，停留时间分布越窄，越趋于其平均停留时间，此时的流体越接近于活塞流；相反方差越大，停留时间分布越宽，流动状况就越接近于全混流。
目前对于影响清水池水力效率的研究在国内还少见报道，彭期冬[4]用PLIF技术来研究清水池内部溶质输移扩散情况。国外对清水池水力条件的研究则比较多。Bishop[5]采用1/24和1/42的比尺对清水池进行缩小模型的研究，并发现通过增加清水池中的隔板数，提高L/W（长宽）比，可以增加t10/T值。Hannoun[6]等在1998年用CFD来优化清水池的接触时间，包括圆形和矩形清水池的挡板对接触时间的影响，也发现清水池内流道的长宽比是影响t10/T主要因素。因此本试验将通过中试和实际清水池示踪试验研究清水池流道长宽比对t10/T值的影响。
1.试验材料和方法
1.1中试研究
实际清水池的示踪实验由于实验条件受限制（进出水量不平衡，出水余氯不稳对电导率的影响，试验条件难改变等），试验中可改变的因素不多，所以需要设计物理比例模型进行进一步的研究。中试实验可以通过改变廊道的数量，进口流量等参数，来研究它们与t10/T值的关系。
1.1.1 药品
示踪剂为NaF，配制成浓度为40g/L的投加液，投加量以清水池为全混式、投加后NaF浓度为2mg/L计算。
1.1.2仪器
ORION290A型氟离子电极
1.1.3 实验设计及实验过程
一般敞开的自由液面的水力结构可以按照Froude相似定律来设计中试模型来设计（式3）
 (3)
式中：V：流速，m/s
g：重力加速度，m/s2
L：长度,m。
中试模型的原型为深水集团863示范工程的二号清水池。二号清水池为低位清水池，设计进水水量为32万m3/d，调蓄容积为5.12万m3，调蓄能力为16 %。清水池共分两座，结构一样，中试实验只模拟其中一座。中试的清水池与原型的清水池的无量纲数弗劳德数（Froude）相同，考虑到试验场地尺寸，以及后续实验的用水量，采用比尺为38，根据这一比尺，模型相对原型的几何尺寸比例如表1：
表1 中试模型与原型比例参数
| 模型参数 |
比尺 |
比例 |
| 长度 |
L |
1:38 |
| 面积 |
L2 |
1:1444 |
| 体积 |
L3 |
1:54872 |
| 速度 |
L0.5 |
1:6.2 |
| 时间 |
L0.5 |
1:6.2 |
| 流量 |
L2.5 |
1:8889 |
物理模型采用表1中所列的缩减比例，设计中试清水池几何尺寸和水力特性如表2，模型示意图见图1。
表2 物理模型几何尺寸和水力特性
| |
长度(m) |
宽度(m) |
高度(m) |
管径(mm) |
自由液面高度(m) |
| 中试模型 |
3 |
1 |
0.6 |
50 |
0.37 |
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