圆孔射流式渗灌管的研究-论文

1 / 4 圆孔射流式渗灌管的研究（宋秉彝 丁正熙 赵微平） 摘要：针对目前农田渗灌技术存在的三大问题 , 即渗孔易堵、浸润欠匀和成本较高 , 研究改微孔 “ 渗出 ” 为“ 圆孔封流 ” , 采用正交回归方法优化设计 , 并辅以管下垫膜 , 取得良好的研究成果。 关键词：圆孔封流 渗灌管 研究 渗灌是利用埋设在地下的管道 , 将灌溉水引入田间作物根系吸水层 , 主要借毛细管作用自下而上湿润土壤。理论上是一种理想的灌水方法 , 但因其特殊性 , 渗孔易堵、浸润欠匀和成本较高仍为三大难题 , 使实际应用受到限制。本研究走出微孔 “ 渗出 ” 误区 , 科学采用 “ 圆孔射流 ” , 大大提高了渗灌管的抗堵塞能力 , 再辅以管下垫膜、以蓄为主等措施 , 徘徊已久的渗灌技术正呈现出良好的应用前景。 1 材料与方法 1.1 渗灌管 渗灌管采用高压低密度聚乙烯 (HP-LDPE)和低压高密度聚乙烯 (LP-HDPE)按一定比例混合制成。其外径 16.0mm, 壁厚 0.5mm, 黑色 , 内外壁光滑 , 密度 0.915-0.935g/cm3,最高使用温度 80-95 。 1.试验方法 渗灌管主要技术参数由正交回归分析获得。考核因子2 / 4 (因变量 )为孔口流量、堵塞率。影响因子 (变 量 )为孔口直径、运行压力。因子水平见表 1。 试验清水 (对照 )取自机井 , 经压力罐沉淀；浑水的土(轻壤土 )水重量比为 1:99。 结果与分析 .1 试验结果 渗灌管运行中呈机械、化学、生物等复合型堵塞。机械堵塞试验资料 , 即不同孔径、运行压力下的清水流量、管内浑水泥沙堵塞率及埋设后管外泥沙堵塞率见表 2。 .回归分析 为了解考核因子与影响因子之间的关系性质、密切程度及数量关系 , 特做以下回归分析。 .2.1 管内泥沙堵塞 采用最小二乘法原理 , 由表 2中资料建立管内泥沙堵塞回归方程式 (1)。 y 内堵=23.3-13.3x1-5.2x2-0.8x1+1.8x2-2.0x1x2(1) 式中： y内堵 管内浑水泥沙堵塞率 ,%； x1 孔径； x2 运行压力。 经 F 检验： F=52.27 F0.01=28.24,相关特别显著。复相关系数 R=0.994。 3 / 4 由式 (1)绘管内浑水泥沙堵塞率等值线 , 见图 1。 .2.管外泥沙堵塞 由表 2中资料建立管外泥沙堵塞回归方程式 (2)。 y 外堵=2.79+0.55x1+0.83x2-0.72x1+5.22x2-0.93x1x2(2) 式中： y外堵 管外泥沙堵塞率 ,%。 经 F 检验： F=14.17 F0.01=9.01,相关显著。复相关系数 R=0.979。 由式 (2)绘管外泥沙堵塞率等值线 , 见图 2。 .2.清水流量与管内外泥沙复合堵塞 由表 2资料建立孔口清水流量回归方程式 (3)。 y 清流=3.37+0.78x1+0.82x2+0.10x1+0.20x2+0.08x1x2(3) 式中 :y清流 清水流量 , (L/h 孔 )。 经 F 检验： F=221.09 F0.01=28.24，相关特别显著。复相关系数 R=0.9997。 据此 , 式 (1)+式 (2), 获管内外泥沙复合堵塞回归方程式 (4)。 y 复堵=26.09-12.75x1-4.37x2-1.52x1+7.02x2-2.93x1x2(4) 式中 :y复堵 管内外泥沙复合堵塞率 ,%。 将式 (3)和式 (4)绘清水流量与管内外泥沙复合堵塞率4 / 4 等值线 , 见图 3。 综述与讨论 (1)由式 (4)和图 3 分析可得 , 在试验范围内孔口堵塞率 10%、孔口流量 4.5L/h左右的最佳孔径 x1为 1(无量纲 ), 即 0.64mm；最佳运行压力 x2 为 0(无量纲 ),即 0.02Mpa。若条件有变 , 复合泥沙堵塞率等值线之 “ 槽线 ”AB 与下移平行线 bc(间距 0.3), 堵 塞率等值线 10%与 20%之间区域 abcd, 可供孔径和运行压力的选择。现将试验渗流管主要技术参数列于表 3, 可供参考。 (2)本研究尚未涉及化学堵塞 , 实践中孔径选择0.6-0.8mm,或 1.0mm。但必须符合水力性能设计要求等。 (3)渗灌管管下垫 30cm 宽塑料膜后 , 经实验土壤浸润均匀度显著改善。如湿润宽度由 38.5cm 增至 52.8cm,增大37.1%。在无碍环保下可酌情考虑。