温度对施肥滴灌系统滴头堵塞的影响

为探究不同灌水温度下水肥一体化滴灌滴头堵塞成因与过程,采用固定周期间歇滴灌的多因素完全随机试验设计方法,分别在冬、夏两个季节研究了3种不同泥沙级配浑水与3个不同施肥质量浓度组合对滴头堵塞的影响和堵塞变化过程。结果表明,灌水温度是影响滴头堵塞的重要因素,与水质交互耦合效应显著,夏季施肥和未施肥2种情况下灌溉滴头的抗堵塞性能均高于冬季,夏季有效灌水次数是冬季的1.26~1.43倍;施肥加速滴头堵塞的作用受泥沙级配和灌水温度的影响,冬季灌溉水中0.034~0.1 mm粒径粗颗粒含量越多,施肥质量浓度对堵塞的影响越敏感,夏季灌溉水中0~0.034 mm细颗粒越多,施肥质量浓度对堵塞的影响越敏感。建议灌水温度较低时,水肥一体化滴灌应控制在较低的施肥质量浓度下灌溉,适当增大次灌水时间,减少灌溉次数。     

施肥滴灌加速滴头堵塞风险与诱发机制研究

以2种内镶片式迷宫流道滴头为研究对象,采用数学分析方法、扫描电镜/能谱分析技术(SEM-EDS)和X射线衍射技术(XRD)对不同水溶性肥料滴灌后滴头流量、堵塞物表面微形貌及其化学组分进行多角度分析,研究肥料特性和流道结构对滴头堵塞过程的影响效应。结果表明:肥料特性是决定堵塞类型和诱发风险的重要因素(P0.01),流道结构对堵塞的影响需双重考虑结构尺寸及结构类型;当施肥质量分数小于等于0.5%时,施肥加速滴头堵塞的效果较小且与肥料类型关系不大,当施肥质量分数在0.5%~2.0%之间时,各肥料滴灌适用性由大到小依次为:磷肥、尿素、钾肥、复合肥,当施肥质量分数在2.0%~3.0%之间时,尿素滴灌滴头流量降幅为10.26%,显著高于施加磷肥(7.85%)、钾肥(4.07%)和复合肥(2.74%);施加尿素滴灌诱发滴头堵塞主要物质的形成机理为分子态尿素析出物与水中悬浮颗粒物形成团聚体在较差流体的运动粘度下造成的物理堵塞,磷肥主要为吸附作用加速肥料杂质团聚沉淀的物理、化学堵塞,硫酸钾施肥滴灌主要为离子交换形成的钙、镁沉淀导致流道壁面糙度升高、过水断面减小的化学堵塞过程,复合肥诱发滴头堵塞风险最低。施肥滴灌存在诱发或者加速滴头堵塞的风险,但不同肥料诱发滴头堵塞主要物质的形成机理不同,加速堵塞的风险也不同,故对于不同的肥料类型宜采用不同的抗堵塞管理策略。     

肥液种类及浓度对滴灌施肥系统水力性能的影响

为探索肥料因素对滴灌施肥系统水力性能的影响,通过试验研究了肥液种类和浓度对滴灌带滴头流量和均匀度等水力特性的影响.结果表明:滴灌出流特性受肥料溶解性能影响,溶解性能越好,影响越小;水溶肥因其全溶于水的特性,对出流基本无影响,是滴灌施肥的首选肥料种类;复合肥随浓度增大,滴头平均相对流量Dra和灌水均匀度系数CU减小,且浓...     

低压条件下滴灌带的水力特性及温度影响效应试验

通过比较低压滴灌系统与常压滴灌系统,对滴灌带的水力特性及与温度的关系做了一些试验研究。结果表明:在同一条件下,小流量的滴灌带沿程的流量变化不大,滴头的流态指数与常压比较会有不同的变化。此外试验中发现:低压条件下滴灌带滴头流量受温度变化影响显著。     

不同加气和粒径条件下浑水滴灌滴头堵塞特性研究

为探明浑水滴灌过程中水中加气对滴头堵塞的影响,以齿形迷宫流道滴头为研究对象,采用周期性间歇灌水测试方法,用最大粒径小于0.1mm的泥沙配置了5种不同的浑水,运用激光粒度分析仪和场发射扫描电镜等方法研究了滴头堵塞状况。结果表明：加气和泥沙颗粒级配对滴头堵塞具有极显著影响（P<0.01);加气提升了毛管内泥沙输移能力、促进大泥沙颗粒排出,减小淤积泥沙中值粒径,且泥沙最大粒径越小,加气对泥沙运移的影响越小,毛管淤积物质量、淤积泥沙中值粒径较未加气处理减少8.75%～31.92%、8.59%～35.64%;泥沙粒径为0.075～0.100mm时,滴头流量下降最快,泥沙为粒径0～0100mm时,滴头流量下降最慢;加气增大了水流紊动程度,促进浑水中大颗粒泥沙在流道内的输移;加气加剧了浑水中小颗粒泥沙在流道入口处黏附,加速了流道入口堵塞,滴头Dra和Cu比未加气处理低9.0～18.7个百分点和16.2～36.4个百分点,这是造成加气加速滴头堵塞的主要原因。建议进行毛管冲洗,降低流道入口堵塞风险,以提高加气滴灌滴头的抗堵塞性。     

加气对滴头堵塞行为的影响

为探明加气滴灌下滴头堵塞规律及影响因素,选用4种不同特征参数(流量Q、最小断面尺寸min(W,D)和入水栅格面积M)的内镶贴片式滴头E1,E2,E3和E4,分别在加气(AI)和未加气(CK)条件下进行了滴头堵塞测试,并通过泥沙絮凝沉降试验对其结果进行了验证.结果表明:加气和滴头结构对滴头堵塞性能具有显著影响(P<0.05).加气加剧水中泥沙颗粒的絮凝沉降、加速絮凝颗粒在毛管内和流道入口的黏附、增大滴头入口发生突然堵塞风险是造成加气加剧滴头堵塞的主要原因;当选择入口尺寸较大的E4滴头时,其流道入口堵塞风险降低、流道内泥沙絮凝沉降速率减缓而表现出加气减缓滴头堵塞,而选择入口尺寸较小的E1—E3滴头时,其毛管内泥沙絮凝沉降速率增大、滴头入口堵塞风险增高而表现出加气加剧滴头堵塞.     

温室水肥滴灌系统迷宫式灌水器堵塞试验

为探明温室滴灌灌水器堵塞的影响因素及机理,研究了灌水量和施肥量对灌水器堵塞的影响,并利用场发射扫描电镜分析了灌水器内的堵塞物质。结果表明,灌水器平均流量随着灌水量和施肥量的增加呈下降趋势,下降幅度在1.51%~14.16%之间。方差分析表明施肥量对灌水器平均流量的影响达到极显著水平(P0.01)。解剖灌水器后发现堵塞物质多沉积在流道前部。堵塞物质主要由生料带残渣、微小沙粒和白色粉末状化学沉淀物组成,其中白色粉末主要由钙、镁、碳、氧、磷元素等组成。说明本试验中灌水器堵塞主要是由物理堵塞和化学堵塞共同作用引起的。     

低压条件下滴灌毛管水头损失试验研究

对孔径0.9、1.2 mm,孔间距33 cm,管径为φ12、φ16PE滴灌毛管进行了0.25~2.4 m入口工作水头条件下的水力性能试验和分析。结果表明,在试验的工作水头下,使用达西-韦斯巴赫公式、经验公式计算出管道总水头损失值与实测值比较都有很大的偏差,通过对试验数据的回归分析,对常用的水头损失计算经验公式用以入口工作水头为变量的参数进行了修正,取得较好的计算精度。     

额定压力及低压下内镶片式滴头抗堵塞性能试验

依据ISO短周期滴头堵塞测试方法,测试了12种内镶片式齿型迷宫滴头在额定压力和低压情况下的抗堵塞性能.结果表明:滴头抗堵塞性能随着流道断面最小尺寸增加而提高,当滴头流道断面最小尺寸大于等于0.6 mm时滴头将获得较好的抗堵塞性能,但在0.04 MPa时滴头流道设计形式对滴头抗堵塞性能有更为明显的影响.在过滤器滤网孔径大小选择方面,压力为0.10 MPa时,可选用流道断面最小尺寸的1/5作为有效孔径,而压力为0.04 MPa时,则应按流道最小断面尺寸的1/7来选择.研究还表明,滴灌系统在低压运行时,可通过间歇灌溉的方式来预防和减少滴头的堵塞.     

加气对不同流道结构滴头堵塞的影响

为明确加气对滴头堵塞的影响,研究了4种不同流道结构参数的内镶贴片式滴头的流量变化和堵塞规律,分析了影响滴头堵塞的主要参数.结果表明:加气灌溉下,滴头E1～E4的毛管淤积物比未加气处理增加36％～74.65％,滴头E1～E3的流道淤积物比未加气增加10.94％～88.71％,E4则减少162.2％,加气显著影响滴头的堵塞过程(P<0.05);加气情况下,额定流量、入口栅栏面积、流道长和流道结构类型显著影响滴头堵塞,入口栅栏面积对滴头堵塞的影响最大,入口栅栏面积最大的E4滴头堵塞程度最低,入口栅栏面积较小的E1、E2和E3滴头堵塞程度相对较高;与未加气处理相比,灌溉结束时滴头E1～E3的相对流量降低20.83％～26.11％,滴头E4提高30.91％;加气滴灌滴头堵塞受入口栅栏面积的影响程度更高.加气灌溉时,应选入口栅栏面积较大的滴头,滴头宜布置在毛管顶部,避免毛管内淤积堵塞.     

化学离子对再生水滴灌灌水器堵塞的影响

为探究不同化学离子(Fe2+、Ca2+)对滴灌灌水器堵塞发生过程的影响及堵塞机制,以二级处理再生水和地下水为水源,选取标称流量为1.1~1.8L/h的4种灌水器进行灌水器堵塞试验。试验中每天灌水12h,定期测定灌水器流量,试验结束后测定灌水器生物膜干重及胞外多聚物EPS重量。结果表明:化学离子改变生物膜的形成过程和结构稳定性,增加了堵塞物质的形成和生长速度;向地下水加入Fe2+增大灌水器发生生物化学堵塞的风险,地下水同时加入Fe2+、Ca2+,灌水器以化学堵塞为主;再生水加入Ca2+提高了灌水器化学堵塞风险,加入Fe2+或同时加入Fe2+、Ca2+增加了发生生物化学堵塞的风险。     

黄河水滴灌条件下灌水器堵塞试验研究

通过控制不同环境条件,采用不同型号的滴灌带进行灌水器堵塞室内模拟试验,探索了室内引黄滴灌系统灌水器堵塞的过程和堵塞物的微生物组分。结果表明,在试验可控的环境条件变化范围内,浊度越高,温度越高,滴灌带的额定流量越小,则灌水器出流量下降越快,越容易堵塞,而堵塞导致灌水均匀性变差,灌水均匀度变小,灌水质量变差。堵塞物中均含有细菌总数和叶绿素a,随着水体浊度的增加和温度的升高,堵塞物中细菌总数逐渐增多。黄河水泥沙颗粒物和微生物的共同作用是引起灌水器堵塞的主要原因。     

大田滴灌用网式过滤器滤网堵塞成因分析

过滤器是滴灌系统中最核心的设备,其中网式过滤器以其良好的过滤性能保障了滴灌系统的正常运行,在我国新疆等西北地区农业滴灌系统中应用最广泛。但其应用过程中也存在滤网清洗不彻底以及堵塞的问题,为此,在对网式过滤器滤网堵塞成因及机理进行全面论述基础上,分别从水源水质、不同滤网类型、反清洗设计问题以及水肥一体化对滤网的化学影响等方面对滤网堵塞成因进行了详细的分析,并提出相应对策;这为今后深入研究滤网堵塞机理、解决滤网堵塞问题提供一种思路,为进一步研制更适用西北地区的农业滴灌过滤设备提供理论依据。     

地下滴灌抗根系入侵堵塞的研究进展

作物根系入侵滴头造成堵塞是影响地下滴灌系统运行的一个重要原因,目前国内外解决根系入侵堵塞的主要方法有：生产专用滴头和过滤器,滴头包括从结构上改进以防止根系入侵以及从滴头材料中添加缓释的除草荆氟乐灵来避免根系向滴头附近生长两种方式;专用过滤器是在过滤器内部安装放置除草剂氟乐灵的密封装置,过滤时氟乐灵随水进入滴头,起到防止根系入侵滴头的作用;向地下滴灌系统注入化学物质来杀死滴灌周围的根系;合理控制系统运行状况,避免出现水分胁迫等。     

泥沙粒径及压力对滴头抗堵塞性能的影响

根据滴灌实际运行情况,采用分段粒径浑水持续灌溉的试验方法,分析了泥沙颗粒粒径及进口压力对迷宫式流道滴头的流量、均匀度及堵塞的影响。结果表明:在粒径小于0.125mm的泥沙颗粒中,较小颗粒的制紊效应要大于较大颗粒的制紊效应,泥沙颗粒粒径及进口压力均是影响灌溉均匀度的因素;含沙量较低时(0.5g/L),粒径是影响滴头堵塞的主要因素,在0.030 8~0.125mm粒径范围内,粒径较小时更容易引起堵塞,进口压力不同时容易引起堵塞的敏感粒径范围不同,压力为0.15及0.105MPa时,敏感粒径为0.045~0.075mm,进口压力降至0.075MPa后,敏感粒径为0.0308~0.045mm;连续灌溉条件下压力不是影响滴头堵塞的主要因素。     

滴头流量和灌水量对滴灌土壤水分运动的影响

滴头流量和灌水量对于滴灌系统的设计具有非常重要的实际价值。通过室内试验,对不同土质、不同滴头流量情况下滴灌土壤水分运动进行了室内试验研究。结果表明,砂土条件下,滴灌湿润体呈现越来越"尖"的直立半椭球体,滴头流量的增大会使垂直湿润锋的运移更加显著。轻壤土条件下,滴灌湿润体基本上一直呈现为平卧的半椭球体,逐渐变成半球体。滴头流量的增大会使水平湿润锋的运移更加显著。在灌水量一定的情况下,滴头流量的增加在砂土条件下会加快水分在垂直方向的运移,在轻壤土条件下则会加快水分在水平方向的运移。     

低温区温室大棚滴灌系统设计的若干问题

基于低温区大棚滴灌系统设计、建设和管理的实践和研究,在揭示建设中所遇到的供水水源工程建设、灌溉水升温和灌溉水质保障等问题的基础上,研究提出了可行的解决方案。研究结果表明:敞口地下长方形升温水池升温快、成本低,风险小,应作为大棚升温设施的首选;采用更换棚顶保温材料、设置升温池封堵筛网和沉沙坑等综合措施保障滴灌系统的正常运行;温室大棚滴灌毛管布设间距取40cm更为适宜;温室大棚滴灌供水系统很有必要安装补水自动化控制系统和适当加大供水管网埋深。研究结果可为低温区温室大棚滴灌系统的设计、管理提供参考和技术支撑。     

应用Femlab软件进行滴灌灌水器的设计

利用Femlab软件可以用偏微分方程式描述各种数学、物理与工程问题或者是多重物理量问题,并可用有限元法对其进行分析。为此,重点介绍了该软件的基本原理与应用方法,包括图形绘制、网格生成、解答器等过程,以及它在滴灌设备研发中的应用。通过该软件的使用大大提高了产品设计质量和速度,降低了制造成本。