滴头结构和滴头类型对滴头堵塞的影响

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滴灌是目前为止农业灌溉最为节水的现代化精量灌溉技术,其具有省水节能、自动化程度高、增加作物产量和省时省工等优点,能有效缓解干旱区、半干旱区农业用水矛盾。滴头是滴灌系统的核心部件,其通过复杂狭小的流道结构将有压水流消能后,均匀稳定的滴入土壤。然而,地表水等浑水含沙率较高,极易导致滴灌系统滴头堵塞,从而影响灌溉效益,限制滴灌技术的推广使用。目前,有关水质和工作压力对滴头堵塞影响的研究较多,而滴头类型对滴头堵塞影响的研究鲜见报道。为了探明滴头类型对浑水滴灌系统滴头堵塞的影响过程,本研究选取了1种非压力补偿内镶片式滴灌带E4(简称片式滴头)、3种非压力补偿内镶圆柱滴灌带E1、E2、E3(简称圆柱滴头)和3种压力补偿内镶片式滴灌带E5、E6、E7(简称补偿片式滴头),配置了2种浑水进行周期性间歇灌水试验。研究了不同类型灌水器在试验期间流量变化规律,分析了影响不同类型灌水器抗堵塞性能的关键结构参数以及不同类型灌水器关键流道结构参数与滴头堵塞物质和抗堵塞性能的关系,进而提出了滴头结构系数,明确滴头类型对浑水滴灌系统滴头堵塞的影响。为引黄灌区浑水滴灌实践和不同类型滴头流道结构优化设计以及在同一地区不同水质情况下使用滴灌带提供理论参考。主要结论如下:(1)滴头流道结构是影响不同类型滴头抗堵塞性能的主要因素,其中最小断面是滴头最为关键的结构参数。不同类型滴头堵塞程度随着滴头最小断面减小而增大。当滴头最小断面尺寸在0.73mm以上时,2种浑水试验后,不同类型滴头均未发生堵塞。(2)滴头流道结构会对滴头堵塞物的质量造成重要影响。浑水2试验后,圆柱式滴头和压力补偿片式滴头堵塞物质量分别为0.0185-0.0668g和0.0056-0.0267g,其中,圆柱式滴头中E3的堵塞物质量与E1和E2有显著性差异。圆柱式滴头和压力补偿片式滴头堵塞物的质量随着滴头最小断面增大而减小,而随着滴头流道长度增大而减小。(3)滴头类型是影响滴头堵塞的重要因素,滴头结构系数可作为衡量不同类型滴头抗堵塞性能的重要指标,滴头抗堵塞性能随着结构系数增大而提高。当结构系数相同时,2种不同浑水试验后圆柱滴头的相对流量均大于片式滴头,当结构系数为2%时,2种浑水试验后,圆柱滴头的相对流量分别为91.66%和79.63%,而片式滴头的相对流量仅为75.84%和65.08%。滴头抗堵塞性能不可仅以是否压力补偿进行判别,需综合考虑滴头类型、滴头结构系数以及水质等因素。(4)随着灌水次数的增加,片式滴头比圆柱滴头更容易发生大部分滴头整体堵塞现象。当结构系数不小于1%时,圆柱滴头相对流量和灌水均匀度相关曲线斜率均大于1,而片式滴头的小于1,圆柱滴头Dra与Cu的拟合直线斜率分别为1.14、1.41和0.65,片式滴头分别为0.41、0.82、0.81和0.45。采用圆柱滴头的毛管内更容易沉积泥沙,减小泥沙进入滴头,而采用补偿片式滴头的毛管,泥沙相对不易沉降在毛管内,更多的泥沙易通过滴头流道排出毛管。(5)不同类型滴头堵塞物质量随着结构系数增大而减小,圆柱滴头和片式滴头结构系数由大到小依次为E1、E2、E3和E4、E5、E7、E6,而2种浑水试后滴头堵塞物质量由大到小依次为E3、E2、E1和E6、E7、E5、E4。
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