引黃滴灌滴灌器堵塞室內模擬試驗研究

杜慧慧 馬太玲 于健 王利明 盧俊平 趙琳琳

摘要：針對內蒙古烏海市農林灌溉工程中滴灌帶堵塞的問題，取用該地區引黃滴灌原水進行室內模擬試驗，在不同水質及環境狀況下研究滴灌器堵塞情況，分析滴灌器堵塞的主要影響因素。經6組對比試驗研究確定，影響滴灌器堵塞的主要水質指標是濁度和微生物總數，且二者有很高的相關性;主要環境因子是水溫。含沙量越大，灌水均勻度越小，滴灌器堵塞速度越快。溫度越高，灌水均勻度變化幅度越大，進而對滴灌器流量的影響越明顯。微生物（主要測定細菌總數）附著在泥沙顆粒上，與泥沙協同作用造成對滴灌器的堵塞;而濁度的增大和水溫的升高促使微生物的數量增加。

關鍵詞：滴灌器;堵塞：室內試驗;濁度;細菌總數;水溫

中圖分類號：S275.6

文獻標志碼：A

doi：10.3969/j .issn. 1000- 1379.2019.01.033

滴灌是農田用水最節水的一種技術[1]，水得到充分利用，但滴灌器的堵塞是滴灌應用中最主要的問題，嚴重時會使整個系統無法正常工作。內蒙古烏海市屬于沙化地區，不適宜耕種，但黃河水流經烏海市，為了能夠充分利用黃河水資源，該地區發展了大量的園林和溫室，直接取用黃河水進行灌溉，而黃河水高含沙的特點，經沉淀過濾處理后，仍然會對滴灌器造成堵塞。高含沙水在滴灌系統使用是一個世界性難題，在我國沿黃地區使用黃河水滴灌較為普遍，屬于我國重點研究課題[2-5]。針對上述問題，筆者進行室內試驗模擬，主要研究不同水環境條件下滴灌器堵塞情況，分析引起滴灌器堵塞的主要因素，以期為烏海市大面積利用黃河水進行滴灌提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗裝置

試驗裝置由潛水泵、管道、閥門、調節水池及試驗用滴灌帶組成。滴灌帶選用與現場結構統一的型號，設計流量為1.6 L/h，管徑為16 mm，孔徑為0.13 mm，滴頭間距為0.3 m。鋪設3條同一型號的滴灌帶，進行平行試驗，每條滴灌帶長20 m，滴灌帶上每隔Sm設置一個滴灌器作為采樣點。試驗過程中需要控制不同的溫度，在調節池內配有兩個恒溫加熱棒。試驗裝置見圖1。

1.2 試驗內容

為了與實際滴灌用水接近，試驗中使用黃河源水進行模擬，將水體濁度分別設置為15、20、25 ntu，同時分別設置20℃和30℃兩個溫度，共6組。每組連續運行Sd，分別在每天的早9時和晚9時測定采樣點的流量。工作壓力均設定為0.06 MPa。試驗內容如下：

（1）測定不同條件下各采樣點的流量，分析不同運行條件下不同距離出水口處的流量變化。

（2）測定不同條件下運行Sd后調節池內水和滴灌器內堵塞物的細菌總數、葉綠素a含量，分析滴灌器堵塞的影響因素。

1.3 試驗過程控制

為了試驗用水的濁度在運行過程中保持不變，在調節池中設置一個小型潛水泵，攪拌調節池內的水。將所有裝置安裝好后，開啟潛水泵，調節閥門使得滴灌帶內水壓保持為0.06 MPa。壓力穩定后，測定各采樣點的流量，在整個運行過程觀測流量的變化，同時每天檢查所有滴灌器的堵塞情況。每組試驗結束后，取完全堵塞的滴灌器若干個，取下滴灌器內的堵塞物質，將堵塞物溶于一定量的超純水中，測定其濁度、細菌總數和葉綠素a含量，分析引起滴灌器堵塞的主要物質。同時分別測定每次運行前、后調節池內試驗用水的細菌總數、濁度和葉綠素a含量，分析不同運行條件下水質的變化，進一步分析滴灌器堵塞的影響因素。

1.4 灌水質量評價

評價滴灌帶對作物灌水質量的重要指標之一是灌水均勻度，通過經驗公式計算的灌水均勻度大于80%時，灌水質量較好[6]。通常用Christianson均勻度來表示，計算公式如下。

灌水均勻度的影響因素主要包括灌水地區的地質情況，地表的平整度，滴灌帶的型號及質量，滴灌用水的質量、溫度變化和水壓力變化等[7]根據我國實際使用的情況，一些學者重點研究了一些影響滴灌器堵塞的因素，如：范興科等[8-9]研究了滴灌帶的制造偏差、地形平整度偏差和水力偏差對流量變化的影響，分析認為降低滴灌器的設計流量，采用多級組合過濾模式，低壓滴灌可減少堵塞;張志澍等[10]研究認為灌水均勻度主要與管內的流態指數相關：王瑛等[11]在田間進行實測研究，認為滴灌帶鋪設長度影響灌水均勻度。

2 試驗結果與討論

試驗中盡量減少客觀條件對滴灌器堵塞的影響，根據試驗得出6組灌水均勻度變化情況，見圖2、圖3、圖4。

2.1 濁度對灌水質量指標的影響

通過分析不同濁度條件下灌水均勻度的變化，得出以下結論。

（1）濁度不變時，在運行過程中隨著時間的增加，灌水均勻度呈降低趨勢，說明滴灌帶的堵塞是逐漸積累形成的。

（2）隨著濁度的增大，灌水均勻度越來越小，滴灌器完全堵塞所需要的時間越來越短。運行過程中濁度為15 ntu時，灌水均勻度變化較緩，說明灌水質量較好：而濁度為20 ntu時，運行到最后一天時灌水均勻度明顯降低，灌水均勻度較差，會加快滴灌器的堵塞。

（3）濁度為25 ntu時，運行到第3d，不同水溫下灌水均勻度均降低到80%以下，灌水能力明顯降低，表明在試驗中該型號的滴灌帶不適用濁度大于25 ntu的水質。

2.2 溫度對灌水質量指標的影響

通過分析不同溫度條件下灌水均勻度的變化，得出以下結論：濁度不變，溫度改變，在運行過程中通過測定認為灌水均勻度變化規律基本一致。水溫為30℃時不同濁度情況下，灌水均勻度均在第3d時小于80%，說明高溫促使滴灌帶的灌水質量變差，滴灌器流量降低，在實際運行中應盡量降低水溫。

2.3 不同條件下滴灌器堵塞物質分析

每組試驗結束后取下10個完全堵塞的滴灌器，將其上的堵塞物質溶于300 mL的無菌超純水中測定其濁度、細菌總數和葉綠素a含量，分析在不同情況下滴灌器內堵塞物含量（見表1），定性分析滴灌器堵塞原因。

由表1中數據分析，滴灌用水的濁度改變，滴灌器上堵塞物的不溶物質（主要為泥沙）和葉綠素a的含量差別不大，但是細菌總數的含量隨著灌水濁度的增大有明顯的增加。分析認為，滴灌器堵塞后，不溶物質不會繼續富集，葉綠素a受光照條件的限制也不會改變，但是細菌會繼續生長，進一步加劇滴灌器的堵塞，滴灌器堵塞物質中含有葉綠素a，說明葉綠素a對滴灌器的堵塞起到了一定的作用。只要有不溶物質積聚在滴灌器內，細菌就會大量生長繁殖，加快滴灌器堵塞的速度。

通過分析認為，僅僅有泥沙不會造成滴灌器完全堵塞，當有少量泥沙聚集在滴灌器內部時，在適宜的條件下細菌會大量繁殖，形成菌膠團類的黏聚物，加速滴灌器的堵塞，導致灌水均勻度降低。細菌總數隨濁度的增大而增加，隨著溫度的升高，細菌迅速繁殖，加速了泥沙的聚集，進而加速堵塞滴灌器。微生物的參與加快了堵塞的速度，而且造成完全堵塞的現象。泥沙和微生物共同作用是造成高含沙水滴灌帶灌溉堵塞問題的重要原因。

3 結論

（1）泥沙是造成滴灌帶堵塞的主要因素之一。泥沙含量越大，越容易堵塞。本試驗研究中認為濁度小于15 ntu時灌水質量較好，灌水均勻度較好：濁度大于20 ntu時灌水質量較差，灌水均勻度較差，會加快滴灌器的堵塞。

（2）有泥沙在灌溉水中時，微生物是加速滴灌器堵塞的另一主要因素。微生物在適宜的條件下附著于泥沙表面，會大量繁殖形成黏聚物，造成滴灌器完全堵塞。

（3）自然環境中溫度越高越有利于微生物的生長繁殖，在高含沙水灌溉用水中，高溫是滴灌帶堵塞的另一個重要因素。溫度越高，越有利于細菌的繁殖，灌水均勻度在短時間內降低越明顯，滴灌器堵塞所需時間越短。

（4）在室內進行試驗，沒有充足的陽光照射，水中的葉綠素a沒有現場情況變化明顯，但是在堵塞物質中檢測到葉綠素a，葉綠素a（藻類）積聚加快了滴灌器的堵塞。

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