地下渗灌管渗水滴头堵塞试验研究正文

- 1 - 1 引 言 水是生命之源，水是维持生态系统功能和支撑地球社会经济系统发展不可替代的资源。随着水资源危机的加剧和水资源质量的下降，世界范围的水问题日益严重。我国是一个水旱灾害频繁，水资源短缺的国家，出现这种情况的根本原因是我国所处的经度、纬度位置及大的地貌构造格局导致的季风气候特点，从而水资源在时空的分布上极不均匀，变异系数 Cv 值普遍较大。水资源是水量和水质的高度和谐统一，一个特定区域内水资源的量并不完全取决于水资源的数量，还取决于水资源的质量。改革开放以来，随着工业生产的开展和人民生活水平的提高，在单纯追求高 速度的经济发展模式及高享受的生活价值观的推动下，人们从环境中大量地攫取水资源，输给环境的重污染的工业废水和有机污染严重的生活污水，造成我国水环境质量恶化，更进一步加剧了水资源短缺的局势。总结我国水资源的特点大体如下 1。 (1)水资源概况 我国水资源总量为 2855108m3，占全球水资源的 6%，仅次于巴西、俄罗斯和加拿大，居世界第四位。中国以占全球约 6%的可更新水资源， 9%的耕地支持了占全球 22%人口的温饱和经济发展。如此比例差距，导致我国在世界排名第四的水资源总量按耕地面积和人口数平均却显得相当的小， 人均水资源占有量只相当于世界人均水平的 1/4，居世界 110 位。使我国从富水国转变为贫水国。 旱灾已成为我国覆盖面最广、成灾损失最大的灾害，而且受灾面积逐年扩大。目前，全国耕地实际灌溉面积仅 40%，每年有 60%的耕地无水灌溉。今后，随着我国经济的高速增长以及工业化和城市化水平的提高，已经明显不足的水资源还要不断地向工业等非农产业转移，而且未来 30 年内，我国人口还将不断增加，人口的增加一方面会直接扩大 用水需求，另一方面又会加大对农产品需求的压力，进而加剧农业用水短缺矛盾。干旱缺水已经成为制约我国农业稳定发展和粮 食安全供给的主要因素。 (2)水资源时空分布不均 我国水资源的时间分布受季风气候的影响，降雨年内分布极不均匀，年际变化也很大，一年里降雨集中在夏季，而其他月份旱情较重；大部分地区汛期连续 4 个月降雨量占全年总降雨量的 70%左右。我国水资源的空间分布极不均匀，总体表现是东多西少， 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 2 - 东西差距较大；北方水资源贫乏，南方水资源相对丰富，南北相差悬殊。 (3)水资源配置不合理 我国水资源受降水的影响，时空分布极不不均，南方降雨在 800 2000mm，北方降雨在 200 800mm。长江流域及其以南地区耕地面积占全国的 36.5%，而水 资源总量占全国的 80.9%，长江以北地区水资源总量仅占全国的 19%。足可看出，南北水资源量相差十分悬殊，与农业耕地分布极其不匹配。 我国这种水土资源在空间分布上极不匹配的状况，要求在科学知道下，合理开发利用水土资源，并安排相适应的经济结构和控制人口的增长，以支持发展的需要，但必须十分注意保护包括天然绿洲在内的荒漠生态环境。 我国以补充灌溉为主，目前 80%的粮食产于灌溉农田，灌溉面积为 0.5108hm3，居世界首位，占全国耕地面积的 50%，灌溉用水量 约为 4000108m3，占 全国总用水量 的61.4%左右，约占世界农业总水量的 17%，是用水大户，而全国 95%的灌溉土地使用传统的漫灌和沟灌，谁的利用率仅为 30% 40%，水的浪费极为严重。在我国北方地区，水资源短缺已成为严峻的现实问题，然而，农田用水中的损失和浪费相当严重。 1.1 节水农业的概述 节水农业 是充分合理地利用各种可用水源，采取工程、农艺、管理等技术措施，是区域内有限水资源总体利用率最高及其效益最佳的农业，即节水高效的农业。要自然界的水转化为农作物产量，一般要经过以下四个环节 2： (1)合理开发农用水资源 农用水资源包括降水、地表 水、地下水、土壤水和经过净化处理的废无水。农用水资源和合理开发，是指采取必要的工程技术措施，对天然状态下的水进行有目的的干预、控制和改造，在维护生态平衡条件下，为农业生产提供一定水量的活动。 (2)修建输配水工程，将水从水源送到田间 从水源引水输送到田间是通过修建输配水工程来实现的，渠道和管道是我国农田灌溉最主要的输水工程。但传统的水渠输水渗漏损失大，所以采用渠道防渗或管道输水可大幅度减少输水损失，显著提高渠系水利用系数。但我国渠道防渗和低压管道输水所占的比例很低。因此，大力发展渠道防渗和低压管道输水是我国 节约灌溉用水的主要技术措施。 - 3 - (3)采用田间灌溉工程技术把引入田间的水均匀地分配到指定的面积上 把引入田间的水均匀地分配到指定的面积上，储存在土壤中转化为土壤水，是通过田间灌溉工程技术来实现的。但无论采用何种田间灌溉工程技术，将引入田间的灌溉水转化为土壤水的过程都会有水量的损失。从水源引水到田间灌水这两个环节为节约灌溉用水所采取的技术措施，称为工程节水措施，衡量从水源引水到田间形成土壤水过程中，灌溉水有效利用程度的指标用灌溉水利用系数来表示。它是从渠首引进灌溉水量扣除渠系和田间损失水量后与总引进灌溉水 量的比值，是集中反映灌溉工程质量、灌溉技术水平和管理水平的一项综合性指标。从水源引水到作物根层有一半以上的灌溉水在这个过程中，因渗漏、蒸发和管理不善等原因而损失了，没有被作物利用。因此，工程节水措施尽管不与作物形成产量直接发生关系，但却是当前节水农业技术的主要方面。 (4)作物从农田土壤中获取水分形成产量 作物从农田土壤中获取水分到形成产量，是通过作物对土壤水的吸收、运输和蒸腾来完成的。衡量农田水分效率程度的指标是水分生产率，它是单位面积平均产量与单位面积平均净灌溉水量和有效降水量及地下水补给量之和的比值。 因此，水分生产率是集中反映作物对水分的利用效率的一项综合性指标，是农艺措施产生的节水效果。为提高水分生产率，应采取措施提高作物的蒸腾效率，减少棵间蒸发量。为此，可采用栽培、耕作、覆盖、施肥、选育品种以及施用化学制剂等节水增产的农艺技术措施。 1.2 节水灌溉工程措施 (1)渠道防渗技术 渠道防渗技术是我国目前应用得最广泛的节水灌溉工程技术措施。通过对渠床土壤处理或建立不易透水的防护层，以减少输水渗漏损失，加快输水速度，提高灌水效率。 (2)低压管道输水灌溉技术 用塑料管或混凝土管等管道输水代替土渠输水到田间 对农田实施灌溉，可大大减少输水过程中的渗漏、蒸发损失，水的输送有效利用率可达 95%；还可减少渠道占地，提高输水速度，加快灌水进度，缩短轮灌周期，有利于控制灌水量。 (3)喷灌技术 喷灌是利用专门的设备将水加压，或利用水的自然落差将有压水通过压力管道送到田间，再经喷头喷射到空中散成细小的水滴，均匀地散布在农田上，达到灌溉目的。喷 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 4 - 灌几乎适用于灌溉所有的旱作物。但在多风情况下，喷洒会不均匀，蒸发损失增大。现阶段适合在我国大面积推广的主要有固定式、半固定式和机组移动式三种喷灌形式。 (4)微灌技术 微灌是一种新型的 最节水的灌溉工程技术，包括滴灌、微喷灌和涌泉灌。微灌可根据作物需水要求，通过低压管道系统与安装在末级管道上的灌水器，将水和作物生长所需的养分以很小的流量均匀、准确、适时、适量地直接输送到作物根部附近的土壤表面或土层中进行灌溉，从而使灌溉水的深层渗漏和地表蒸发减少到最低限度。微灌适用于所有的地形和土壤，特别适合干旱缺水的地区。微灌系统可分为固定式和半固定式两种。 (5)覆膜灌技术 覆 膜灌包括膜上灌和膜下灌。膜上灌是在地膜栽培的基础上， 把以往的地膜旁侧灌水改为膜上灌水，水沿放苗孔和地膜旁侧渗对作物进行灌溉。膜 下灌是在地膜下用滴灌供水灌溉，比膜上灌更省水。覆膜灌操作简便，便于控制灌水量，可大幅度减少土壤的深层渗漏和蒸发损失，因此能显著提高水的利用率。 (6)地下灌溉技术 地下灌溉是把灌溉水输入地面一下铺设的透水管道或采取其他工程措施普遍太高地下水位，依靠土壤的毛细管作用浸润根层土壤，供给作物所需水分的灌溉工程技术。地下灌溉根据供水方式的不同可分为地下浸润灌溉、地下管道灌溉和地下灌排两用系统。地下浸润灌溉适用于地下水位较高、地下水及土壤含盐量均较低，土壤透水性好，又有一定排水条件的地区。地下管道灌溉适用于水资源紧缺 、地下水位较深、灌溉水质较好、计划湿润土层以下有弱透水土层的地区。地下灌排两用系统适用于地下水位较浅，土壤无盐碱化的低洼易涝渍又有干旱威胁的地区。 (7)坐水种技术 坐水种技术是利 用坐水单体播种机，使开沟、浇水、播种、施肥和覆土一次完成，特别是 我国有小水源的旱地农业区。 (8)沟、畦灌是我国当前最主要的田间灌水方式，为了节水增产，可在精细平整土地的基础上大畦改小畦，长沟改短沟，以使沟、畦规格合理化。一般可比常规沟、畦减少灌水定额 50%，增产 10% 15%。有条件的地方可采用间歇灌或利用激光控制平地实现水平畦 田灌，以大幅度提高田间灌水的利用率。 为认真贯彻党的十五大精神，把发展节水农业和普及节水灌溉 新技术作为实现两个 - 5 - 转变的重要内容来抓，坚持开源与节流并举，建设与管理并重，大、中、小、微相结合，采取各种有效措施，从投入、科技和政策等方面向节水灌溉进行倾斜，加快节水灌溉普及的步伐。 近几年，我国的节水灌溉事业有了很大发展。目前，全国节水灌溉面积已达到 2533.3万 km2，其中工程节水面积为 1666.6 万 km2，在选择和确定节水灌溉技术方案时，要贯彻因地制宜的原则，在不同类型地区可造不同形式的节水灌溉模式。 随着我国 加入 WTO，机械生产经营模式必将受到来自国外的巨大冲击。比如，随着“入世” 后市场竞争的加剧，农产品首先必须质量高，成本低，机械化农业生产必须从为产量服务转化为效益服务，为质量服务。 近年来，随着全球淡水资源日趋紧缺，人们在评价一个国家的农业生产力水平时，除了产量因素外，更看重的往往是这个国家对灌溉水的有效利用程度，即 如何做到节约用水的同时实现高产。由于渗透技术的节水优势适应了山西十年九旱自然特点和农业生产条件。因此，在短短数年的时间内，我省渗灌已经发展成全国数量最多的省份。 山西粮食要实现自给与“两高一优” 农业的发展 ，就急需发展节水微灌技术 渗灌技术。渗灌就是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在末级官道上的特制灌水器， 将作物生长所需的养分以较小的流量，均匀准确地直接输送到作物根部附近的土层中的灌溉水方法，具有省水、节能、灌水均匀、增产、节约劳动力等特点，它是以渗水方式使灌溉水直接灌到作物根部，加之土壤水分受重力作用向下移动，使土表湿润范围很小，因此渗灌有以下优点： 减少土表蒸发水；克服地面毛管易于老化的缺陷；方便田间农事作业。因此，我省运城地区推广的灌溉面积，在短短的一年多时间就超过了全国 20 年时间 的发展，且占全省灌溉面积的 90%以上，但是由于盲目发展与不正之风的干扰，一度出现运城地区的公路两旁渗灌池林立，不同程度地造成配套设施和管路技术跟不上，带来如中央电视台焦点访谈中出现的问题。 因此，我们在发展渗灌 技术上一定要慎重。又因为设计渗灌系统是有困难的，其基础是以相当小的孔口，以非常小的流量；水流道和出水口必须做的非常小，在大多数情况下，滴头出水口的直径小于1mm，平均为 0.5mm。显然，这样小的出水口和地表以下的工作状况长久必定会引起堵塞。堵塞时渗灌中最严重的问题，它足以使整个系统停止工作，对作物造 成严重的损害，因此渗灌的主要问题是滴头的堵塞 3、 4。 为了探明埋入 地 相 邻 管 道堵塞的原因，以及寻找解决堵塞的途径 ， 于 去年 在 试区进 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 6 - 行了渗灌试验。 今年 ， 本文 在去年的基础上 重新做了这一试验，尝试着寻找更多堵塞的原因，以便得到 广泛的推广与应用。 2 试验的相关资料 2.1 试验 田 的 有 关资料 渗灌区为农大农学院试验田，地块面积 200168m2，约为 50 亩，形成地块较整齐，地势平坦，地面坡度小于 5%，依据农学院提供的有关资料，土壤质地为壤土，容重为1.41g/cm3，田间持水量为 25%。 2.2 气象资料 该区全部种植小 麦。据太谷县气象资料分析，本区多年平均降水量约为 500mm，降水不足且年季分配不均，全年降水量的 60%集中于 7 9 月份， 3 6 月份为干旱季节，降雨很少，约为全年降雨的 10%，所以小麦的关键生育阶段受旱突出。 3 试验前的准备工作 3.1 试验布置 在农大试区 建一水池，系砖壁水池，室内壁为水泥抹面，防渗，池容积 2m（长） 2 m（宽） 1.5m（高），可供 20m（长） 10m（宽）的试区灌水二至四次。池最低处有清污排水管，距池底 0.1m 处为出水管，干管始端配有水泵，还配有阀门和连通 2 条装有水表的 支管。在支路上分别接 长度为 20m 的毛管 6 条，在干管终端配有压力表。考虑到田间耕作的综合因素，确定埋深为 40cm。试验布置如图 1： 3.2 实验材料 (1)滴头 滴头质量的好坏，直接关系到整个渗灌系统的质量。滴头的种类很多，但综合其流量及经济性的考虑，以做到因地制宜，合理利用，在此次试验中，选择了以下两种毛管 - 7 - 与滴头一体的渗灌管。 针孔式：自制。即直接在管径为 16mm 的毛管上打孔，孔径为 1mm，工作压力为0.05 0.15MPa，滴头流量为 9.5L/H，滴头艰巨为 0.33m，管长为 20m。 管上式：由绿源公司提供（引进以 色列技术）工作压力为 0.01 0.35 MPa，管径为 12mm，管长为 20m。 (2)干管、毛管、支管及连接件 渗灌系统中应尽量避免使用钢管、铸铁管、水泥管或石棉水泥管 系易于产生化学反应和锈蚀的管道。因此，主要选择塑料管，以上管材均为硬质塑料管。 (3) 塑料编织布、谷物和秸秆 (4) 动力设备及辅件 水泵最大扬程 36m，水表、压力表、阀门 。 3.3 测试仪器及工具 LNW 50C 智能中子土壤水分仪，钢管（内径 60mm，管长 1200mm），铁锹，卷尺，取土器如图 2、图 3 所示： 取土器使用方法：手握取土器的 柄把，在要测的土壤正上方地表处，把其刃部接触 地表，然后握着柄把向稍大的角度旋转，当其头部空腔装满土后，将其提出，用木棍从取其土壤中将土拔出，然后重复上述动作，知道打至所要测试的土壤位置。 图 1 蓄水池试验布置图 蓄水池2m2m1 号管3 号管20m20m123456针孔式管上式1.5m1.5m1.5m1.5m 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 8 - LNW 50C 智能中子土壤水分仪是利用放射性的中子源进行探测的，是一种智能化一起。这种仪器末端带有电线，线头附近有一个纺锤形的探头，里面是放射源。使用时，将要测得土壤用取土器打到位置上，在取土器打下的洞中 放入钢管（ 以防仪器探头的放射性）。将仪器的探头放入钢管中，仪器底座放在刚关上，使探头与被测土壤接触，打开仪器电源，进行测量，测量示意图如 图 4： 3.4 试验步骤 3.4.1 渗灌管路的分组 针孔式滴头和管上式剔透渗灌管路各分为三组。第一组：将毛管与土壤直接接触。第二组：滴孔处缠有 10cm 长的塑料编织布。第三组：滴孔处铺有 20cm 长的谷物秸秆。 3 0 c m4 0 c m5 0 c m6 0 c m7 0 c m1234图 2 取土器示意图 注： 1 刃部 2 取土器头部 3 取土器测量杆 4 柄把 5 取土壕 5151859045220 90图 3 取土器的 头部示意图 - 9 - 3.4.2 蓄水 池 供水 系统布置 打开蓄水池的排水口，将杂物清除干净，放自来水冲洗干净，放净池内残留脏水，再将水源（自来水），充满蓄水池。将埋没的渗灌管道末端露 出的堵头打开，打开水泵进行加压供水。将管道冲洗几遍， 直到 流出的水清为止。 3.4.3 确认管道情况堵塞并标记 确定管道无堵塞后，盖上支、毛管末端的堵头，并标记为支、毛管号（见 图 1），关上阀门。 3.4.4 土壤水分含量的测定 (1)为了了解埋没在地下渗灌滴头的堵塞情况， 拟采取“土壤水分含量比较法”。 在判断地下渗灌滴头是否堵塞时，不可能把每个要测的滴头都挖出来， 所以在这里我们应用“土法”。这种方法的优点是判断滴头是否堵塞不需 把滴头挖出来观察，从而大大节省了时间和降低了工作强度。 (2)测试中需使用 LNW 50C 智能中子土壤水分仪。它测出的值是一个指数，并不是土壤的水分含量，但它却能体现土壤水分含量的大小。由于此次试验，我们并不需要具体的土壤水分含量的数值，仅仅是用来比较，所以可以用指数代替土壤水分含量值。 智能中子土壤水分仪铝管图 4 土壤水分测量示意 图 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 10 - 3.4.5 取参照 值 首先要测出各毛管上的滴头在未进行渗灌前的滴头处土壤的水分含量、指数。一次作为指数比较的参照值。由于土壤质地、性质和地块地形不完全相同，因此，参照值也必然不会处处相同，为了使试验要更加准确、接近实际情况，每根毛管取 3 个参照点。见表 3。在这里，连去年的表 （表 2） 一并附上。 操作：由于只有 6 根钢 管，因此每次只能测 6 个值，这样需先两支毛管，再测两支。用取土器分别在两支毛管上的 6 个被测滴头处正上方打下去，直到待测深度 40cm 处，用土壤水分仪测出值，重复上述动作，挨个测出这 6 个数值，再取其他滴头处的指数，然后记录 数据，同下一步渗灌后的实验数据并入一表 （表 1） ，以利比较。此实验做完后，用铁片或其他物体将挖的洞盖住，防止土壤中水分蒸发，以备下一步骤试验。 表 1 渗灌实验表 3.4.6 供水时间的确定 打开干管上的水流控制阀门，调节好水量后， 就别在再动了 ，进行田间渗灌供水 6小时。 3.4.7 滴头堵塞程度的测试 经过 6 小时的渗灌后，再次测试上述滴头处的土壤水分含量，并记录数据，把每组渗灌后的测量值与渗灌前的测量值的差值进行比较，选出差值最小的滴头和较小的滴头，认为这些滴头是有堵塞的可能，这样，就可以挖开那些被认为堵塞了的滴头，观察是否受堵和堵塞的原 因。记录数据见下表 2 、表 3： 综上所述： 从以上试验可以看出，泥沙的沉淀堵塞和作物根系的深入和缠绕堵塞是比较严重的。因此有必要主要针对这两种堵塞情况分析原因，做到有的放矢，以提出 合理 有效的解决方案。 一号管 （针孔式） A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 三号管 （管上式） A1 A2 A3 B1 B2 B3 C1 C2 C3 距离 5m 10m 15m - 11 - 表 2 2008 年 滴孔处土壤水分测量表 滴孔形式 测试点 （滴头编号） 土壤水分仪测量值 渗灌前后差值 堵塞现象描述 程度 针 孔 管 （ 1 号管） 渗灌 前 灌后 后 （后 -前） A1 712 870 158 管中沉淀有泥沙，并伴有根系伸入滴孔 3 A2 690 944 254 个别根系伸入 滴孔 2 A3 669 1308 639 B1 730 1260 530 几乎无堵塞，从现象上看不出来 1 B2 682 1030 348 滴孔处有部分土壤 小颗粒 2 B3 703 1308 677 C1 630 988 358 管中有少量泥沙 2 C2 592 1013 421 滴孔处有微量细小泥沙 1 C3 698 894 196 管中有悬浮状土壤颗粒堵塞滴孔 3 管 上 式 （ 3 号管） A1 476 722 246 A2 448 668 220 现象 不明显 1 A3 433 538 105 有作物根系缠绕，并有少量根伸入滴孔 2 B1 578 906 328 管中有少量藻类物质 3 B2 503 1042 539 B3 436 684 248 管中有细小土壤颗粒 2 C1 473 792 319 滴孔处个别地方有粘状土壤 2 C2 541 974 433 C3 632 1094 462 几乎无堵塞 1 注： A：毛管直接与土壤接触 B：毛管滴孔处缠有 10cm 的塑料编织布 C：毛管滴孔旁铺有 20cm 的谷物秸秆 灌溉时间为 6 小时 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 12 - 表 3 2009 年 滴孔处土壤水分测量表 滴孔形式 测试点 （滴头编号） 土壤水分仪测量值 渗灌前后差值 堵塞现象描述 程度 针 孔 管 （ 1 号管） 渗灌 前 灌后 后 （后 -前） A1 490 510 20 管 路几乎全部堵塞 4 A2 540 840 300 滴孔中个别根系及少量泥沙 2 A3 512 726 214 滴孔处有土壤小颗粒 3 B1 576 1040 464 B2 503 782 279 管中有少量藻类物质 2 B3 487 923 436 管中几乎无堵塞 1 C1 607 823 216 滴孔处有少量泥状土壤颗粒 3 C2 516 984 468 C3 424 644 220 管中有少量藻类物质及泥沙 3 管 上 式 （ 3 号管） A1 431 702 271 管中有微量细小泥沙 2 A2 513 694 183 A3 476 526 50 有作物根系缠绕，并有少量根伸入滴孔 4 B1 491 906 415 现象不明显 1 B2 402 614 212 塑料布上有少量浮状泥沙 2 B3 565 868 303 C1 497 692 195 管中有少量粘状泥沙及少量藻类 3 C2 513 845 332 现象不明显 2 C3 612 1022 410 注： A：毛管直接与土壤接触 B：毛管滴孔处缠有 10cm 的塑料编织布 C：毛管滴孔旁铺有 20cm 的谷物秸秆 “ ” 为没有挖开观察的滴头 堵塞程度分级为： 1：几乎无堵塞，从现象上看不出来。 2：堵塞程度较轻，有水滴，但速度慢。 3：堵塞较 严重，滴水很慢。 4：完全堵塞。 - 13 - 4 滴头堵塞的影响因素综合 分析 由于在这问题上，到目前为止，国内外都没有取得重大突破，但各国都在研究，本人仅发表个人分析意见。 4.1 水源水质对 滴头堵塞的 影响 4.1.1 悬浮状固体颗粒 的影响 用于渗灌的自然水（河水、净水、泉水、湖水）中的各种悬浮状 固体颗粒的成分可能包括大小不同的土粒、沙粒，来自井壁上的淤泥，顺水流带进管道并通过水泵进入系统的固体物质，积聚在蓄水池内的腐烂物以及从管道和渠道衬砌上剥落下来的碎屑 。 根据直径大小对颗粒进行分类，见 表 4 不论以上颗粒的大小怎 样，它们都有一个共同的特点，那就是它们的比重都要比水大，很容易从水中沉淀下来。 表 4 固体颗粒分类表 颗粒尺寸（ mm） 2.0 1.0 0.5 0.25 0.1 0.05 0.002 砾石 很粗 粗 中粗 细 很细 粉砂 粘粒 4.1.2 软泥 对滴头堵塞的影响 (1)铁细菌软泥。铁细菌能在管内（无论何种材质的输水管道）造成“软泥”，这种由铁细菌造成的软泥实际上就是含铁的化合物。如果使用铁质管道，则更容易受到铁细菌的侵蚀。 (2)其 他微生物软泥。除铁细菌 外 ，还有藻类、硫细菌、硫酸盐、还原菌、真菌以及菌胶团 等微生物，能在输水管道中形成软泥，藻类遍及整个天然水源。这些藻类体积小，繁殖快，又难于滤出和控制。 (3)化 学物质的沉淀。灌溉水中不可避免的存在各种浓度的化学物质。虽然水中溶解的化学物质的种类是繁多的，但是关系最大的是钙和碳酸氢盐。 有些地方的灌溉水取自地下水，由于石灰岩层是良好的含水层，所以在这些地区从井中抽出的水一般含有丰富的钙和碳酸氢盐。如 CaCO3，这样就会在所流经的灌溉系统内 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 14 - 沉淀，要是这种沉淀发生在滴头的窄流 道内火出水口出，就会造成堵塞。 (4)金属水管的电化学腐蚀。由于渗灌系统中都会用到金属管道 ，其中又普遍存在着电化学反应，因此，化学腐蚀不可避免。其反应式如下：阳极： Fe Fe2+2e 阴极： 2H+2e H2 式中 Fe 为铁原子， Fe2+为 2 价铁离子， Fe（ OH） 2为不 溶 物 ， H+为 1 价氢离子， e 为电子。 (5)固体颗粒的长大。水体中悬浮的微 小 颗粒自身有一种使表面游离能量缩小的倾向，并且随着表面能量的缩小，微粒与微粒之间相互靠拢，碰撞而形成混凝，致使微粒因合并而长大。水体中的悬浮颗粒发生混凝作用还有两个 原因 ：一是水中的悬浮颗粒几乎都是带电荷的，由于静电子力的作用而是本来很微小的颗粒可能一层层加厚长大。二是由于水体中溶解性电解质的存在，减低了微粒的等电位，破坏了那些憎水性微粒的稳定性而发生混凝作用。 4.2 作物根系 对滴头堵塞的影响 渗灌是近年来推广的节水效果较好的一种灌溉技术。但由于它是在地表以下完成工作，必然要与作物根系接触 。严重时，扎入的滴头，管道系统用不了几年就会被迫报废。 根据国内外大量的实验材料，一年化作物根系分布有如下特点： (1)当滴头紧靠作物旁边时， 根以半径呈对称形分布，如 果滴头在两 株作物中间， 根系失掉对称性，向滴头方向发育， 见图 5： 图 5 作物根系发育图 (2)根系向水、肥、气、热状况良好的滴头附近和表层发育，最显著地特点是土壤表层中的根密度很高，毛根非常发达。紧靠滴头，直至离滴头 10cm 远处，深度在 0 10cm以内，取出的土样中，根重占总根重的 25%，距离滴头横向和深度的加大， 根的重量显著下降，距离滴头 30cm，深 30cm 处的土样，根重只占总根重的 2%。 这就是作物根系的“亲水性”。一切生物都离不开水源，而作物的“亲水性”尤其表现突出，作物根系会顺着滴水口的“水源”生长， 直至扎入长粗 长密的根须，堵塞滴头为止。 - 15 - 4.3 滴头及系统 布置 对滴头堵塞的影响 渗灌的成功与否在很大程度上取决于能否得到可靠的滴头，这样的滴头要有非常小的流量。而滴头却得做的尽可能大，并在一定得压力下进行，使毛管在要求的水头损失和两端水头差的前提下工作 ，要有合理的长度。正基于以上提及的许多特性想不矛盾，所以要设计一个好的滴头是困难的。因此，滴头设计的是否合理也是影响滴头堵塞的一个重要因素，而且灌溉系统的布置、管道安装的是否合理也非常重要，如果能进行优化设计，布置就会有效地防止堵塞 。 4.4 毛管与土壤直接接触 程 度对滴头堵塞的影响 根据去年和今年的 土壤水分 测量表 （表 2、表 3） 可以看出，毛管与 土壤 直接接触的管路堵塞比较严重。原因是渗灌后，管路中长时间没有水时，周围的土壤对管路有压力作用，并且土壤不断地向管路靠拢，对管路形成挤压，导致堵塞。 5 减少滴头堵塞的几种途径 随着渗灌灌溉系 统广泛推进，出现的问题也越来越多，其中堵塞问题最为严重。前面 已经说过，到目前为止，世界各国都没有在这方面取得重大突破，笔者认为最重要的是做到以防为主 ， 尽可能把堵塞消灭在发生之前。通过对以上堵塞因素的分析，提出几点 针对堵塞的防范措施，供大家讨论 、研究。 5.1 水质过滤 (1)充入集水池的水可以先过滤，尽量采用自来水和清洁的井水作为灌溉水源 (2)蓄水池中充满水沉淀 1 2 日再使用 (3)采用密闭系统，水池、水箱要加盖，以防赃物入内，藻类孽生。 (4)在布置管路系统时，全部零件染成黑色，可在一定程度上防止水藻生长和藻类繁殖。 (5)在蓄水池出水口安装过滤装置来预防堵塞，效果也是挺明显的。本试验就简单的使用塑料编织布在出水口处 包两层，效果很明显。如果有条件的话，可以利用网筛过滤器。 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 16 - (6)不在渗灌系统中施加 产生颗粒沉淀的化肥 、农药。如需要施加难溶性肥料 时，如磷酸钙，可把肥料装入编织袋，把袋口扎紧，放在蓄水池中，逐渐溶解，最后将剩渣埋入土中。同时，为了防止不同的化肥在条件适当时发生反应生成不溶或难溶物质，要将化肥分开施用 ，并且在灌水结束前要完全用完。这样，剩余的灌溉水就能将残留的肥料从系统中冲洗出去。 (7)尽量避免使用金属管道及使用酸性液（含有 H+），从而可减轻金属水管的电化学反应，以保证渗灌系统能更有效地工作。 5.2 防止作物根系的堵塞 渗灌是埋于地表以下工作，作物根系寻找“水源”而伸入滴孔的现象严重，这是造成堵塞滴头的一个重要原因。由于本次试验时间仓 促，而且条件也不成熟，因此在这里引用“ 中国科学院南京土壤研究所”的徐富安等的 关于渗灌滴头作物根系堵塞的实验 5。 试验安排在葡萄园进行。根据葡萄根系的生长情况，渗灌管道埋入地下 25cm 处，沿线有十八颗葡萄树，在 5 个月的葡萄生长重要时间内，显示 滴头滴水量不断下降，滴头逐渐有堵塞现象，而且滴水量少的比滴水量大的滴头堵塞情况严重。 初步试验表明，根系扎入滴孔是造成堵塞的主要原因。因此试验中采取了一些物理的和化学的防止方法。实验表明，化学方法虽然一定程度上阻止了根系的生长，但更糟的是会一直作物的生长，所以必须采取 一些物理方法才能更合理的防止滴头堵塞。 5.2.1 滴头的选择 采用“切口式”滴头，渗灌时，管道内压力使切口微微张开而滴水，当灌水结束时，随着管内压力消失，切口闭合，根系无法进入，本实验采用的“管上式”也对防止根系扎入有明显效果。 5.2.2 疏水材料的运用 在滴孔四周涂上疏水材料，灌溉结束时，滴孔四周水膜即时消失，滴头四周处于干燥状态，根系不会顺管道外壁扎入滴孔。 5.3 系统设施及安装上的预防 - 17 - 5.3.1 蓄水池的安装 建大中型水塔或位于坡地上部的中小型蓄水池，尽量提高工作压力，并把支、毛 管末端露出地面，“死” 封改为用堵头“活”封，并没冲洗阀。 5.3.2 滴头结构的改善 改善滴头结构，选择滴头出流孔顺直的孔口滴头或改善滴头周围的环境，例如我们在农大 试区采用的“针孔式”滴头，可把渗水孔径稍微扩大，相对不易堵塞，又不影响滴水效果。渗水孔眼朝向为上、左、右，由于泥沙的重力作用而向下沉淀，从而不易产生管内沉淀泥沙的堵塞。 5.3.3 塑料编织布的运用 在滴孔处缠两层塑料编织布。这种材料渗水性好，防止土壤颗粒进入滴孔，同时也能防止作物根系进入滴孔，但也有缺点，那就是如果水源水质不好，那么 水中的一些颗粒就被塑料编织布挡住，从而 导致滴头堵塞。 5.3.4 谷物秸秆的使用 在管路旁铺放谷物秸秆，它可以有效的缓解土壤对管路的压力，也可以防止根系和土壤颗粒进入滴孔。但在一开始渗漏时，水要先沿 秸秆流动，等 秸秆浸湿后再向周围扩散 。 土壤水分的移动规律有两个因素影响，这里所说的是较平整的土壤：一方面受供水速度的影响；另一方面受土壤对水的入渗能力的影响；当土壤的供水速度小于土壤入渗能力，土壤对水的入渗情况取决于 土壤的渗吸能力。本次实验是在供水速度一定，土壤的渗吸能力一定的情况下进行的。本次试验的土壤是轻土壤，其容重为 1.3g/cm3 左右，田间持 水量为 21% 27 %，孔隙度为 50.94%等其他的物理性质。从试验过程中得出土壤开始时，较干燥土壤的入渗速率较大，随着时间的增加，入渗的增多，入渗速率逐渐减慢，土壤中的含水量随时间的增加而逐渐增多，直到增加到 某一饱和值时，水分含量才停于某一动态平衡状态下，如图 6 所示。 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 18 - 注： 输水点 水峰移动线 10cm 20cm 图 6 地理式渗灌 水峰移动过程图 5 15 30 60 120 240480图 a 毛管直接与土壤接触 51020 3060 120240480图 b 滴孔处缠有两层 10cm 长的塑料编织布 20 40801 6 03 2 05 0 0图 c 滴孔处铺放有 20cm 的谷物秸秆 - 19 - 6 渗灌的防堵措施及发展趋势 6.1 过滤 “过滤” 对于防止滴头堵塞的效果是最明显的，能采取多级过滤会更好。 6.2 作物根系对滴头的影响 作物根系也是渗灌系统堵塞的主要因素之一。采取积极地防堵措施将延长渗灌管道的寿命。 比如，在滴孔处铺放谷物秸秆和在滴孔处缠塑料编织布都具有明显的防堵效果。 6.3 堵头的活封 支、毛管末端都用堵头活封，试验证明也是科学的，便于定期不定期的加压，冲洗管道做到最大程度上的防堵。 6.4 其他措施 其他措施对本系统效果不太明显，也可作为参考，继续供大家讨论、研究。 我国节水农业技术 发展的趋势是： (1)广泛应用节水灌溉工程技术 。 渠道防渗、低压管道输水灌溉、喷灌、微灌、覆膜灌、波涌灌、水平畦田灌等是节水效果最显著的节水灌溉工程技术，今后将会得到更广泛的应用，特别是低压管道输水灌溉、喷灌和微灌在农田灌溉中的比重有较大幅度的上升。渠道防渗技术：随着我国化学工业的发展和机械施工技术的进步，膜料衬砌的比重将日益增大，实现从开挖渠床、铺设塑料薄膜知道填土或浇筑混凝土保护层都由机械完成。衬砌渠道逐步由单一材料向复合此案料发展，梯形断面向弧形断面发展，并将研究开发出许多结构新颖、省材、抗冻、抗变形、 防渗效果好的衬砌方法。低压管道输水灌溉技术：随着我国经济实力的增强，除在井灌区继续发展水平更高的低压管道输水灌溉外，以管代渠，在渠灌区实现渠系管道化将是一个主要的发展趋势。为此将开发出性能更优、价格低廉的适合井灌区和渠灌区应用的各种口径的新型管材、管件以及田间灌溉应用的放水设备、量水设备和安全保护设备。喷灌技术：目前我国以轻小型移动喷灌机组为主，控制面积占到全部喷灌面积的 80%。今后半固定喷灌面积将有较大幅度增加；喷灌技术向低压、节能方向发展；喷灌设备可靠性有显著提高，且日趋标准化、系列化、通用化；喷灌 自动控制，如恒压喷灌技术、中心 地下 渗 灌管渗水滴头堵塞试验研究 - 20 - 支轴及平移式自走喷灌机的应用将有较大发展。微灌技术：目前应用最广泛的是采用固定式微灌经济作物和保护地蔬菜。今后我国微灌面积将有较大的发展，设备的抗堵塞性能有显著提高，地下滴灌技术将取得突破，微灌技术将从主要应用于经济作物向大田粮食作物扩展，在干旱缺水的粮食产区将成为主要的灌溉手段。田间节水地面灌溉技术：目前，传统的地面灌包括畦灌、沟灌、格田淹灌和漫灌，仍是世界上特别是发展中国家普遍采用的灌水方法，约占全世界总灌溉面积的 90%，我国则达 98%。今后我国传统的沟畦灌仍会占主要地 位，但大部分都进行技术改造，节水效果会有明显提高。覆膜灌、波涌灌、水平畦田灌等先进的节水地面灌溉技术所占的比例会有较大提高，覆膜灌在棉田上将广泛应用；波涌灌、水平畦田灌的设备我国将能批量生产，从目前的试验阶段转入在生产中推广应用，发挥节水增产效益 。 (2)节水高效灌溉制度研究与应用取得新的进展 。 节水高效灌溉制度是根据作物的需水规律，把有限的灌溉水量在灌区内及作物生育期内进行最优分配，达到节水高产高效的目的。节水高效灌溉制度包括灌水时期、灌水定额、轮灌周期等内容。我国将在开展根据水与作物生长、发育及产量形式间的 关系，通过有限水量在作物生育期内的最优分配，以提高有限灌溉水量向作物根系吸水转化和光合产物向经济产量转化的效率为目标，进而达到高产和高的水分生产率等的研究方面取得重要进展，并将成果在生产中应用，获得显著节水 增产 效益。根据灌溉对象的生长发育规律及生产和实际需要，有目的地不充分供给水分，使作物经受水分胁迫，在特定时期限制某些方面的生长发育，达到节水又增产的调亏灌溉技术也将进入实用。今后，我国绝大多数灌区都将实施节水灌溉制度，在水资源紧缺的地区，非充分灌溉、调亏灌溉等会有大规模发展 。 (3)节水灌溉工程技术与农艺节 水高效技术紧密结合 。 在节水灌溉工程技术基础上结合采用农业节水高效技术，发挥综合优势，达到节水、高产、高效是当前世界各国研究的一个重点。我国在提高节水灌溉工程给水的同时，也会将有更多的注意力放在农艺节水高效技术的研究上。今后，我国只注意单一发展节水灌溉工程技术的局面将会发生根本改变，绝大多数灌区都会在修建节水灌溉工程的同时，在田间应用农艺节水高效技术，使灌溉水的生产效率有大幅度的提高。 (4)重视开发多种灌溉水资源 。 随着工业和城市生活用水量的增加，农业用水将日趋紧张，要保持和增加灌溉面积，除大规模发展节水灌溉外 ，还必须充分开发多种灌溉资源。今后，我国雨水汇集利用技术将会有较大的提高，不但在西北地区窑窖灌溉面积有很大发展，而且在南方旱地农业区也会得到大规模发展。在华北地区，由于地下水位大幅度下降，盐碱问题不复存 - 21 - 在。修建平原水库，拦蓄雨洪，回补地下水，发展灌溉将是一种主要的开发灌溉水资源措施。劣质水包括含有一定盐分的地下水、城市生活污水和某些工业废水，经过处理后可用作灌溉水源。我国对劣质水的处