滴灌系統堵塞原因及應對

朱建冬

隨著節水灌溉技術在農業生產中的應用，滴灌更因其節水、省工及增產效果顯著而被廣泛推廣，在浙江省建德市草莓、蔬菜等行業應用面積超過667 hm2。然而由于重應用輕維護或者本身設計及投入方面的不足，滴灌設施在應用了一二個季節后，普遍出現堵塞現象，影響了滴灌系統的正常使用。現對這一現象進行原因分析并提出相應措施。

堵塞是指灌溉水中的泥沙、化學沉淀物或生物等物質在滴灌系統的管道或者滴頭流道中依附和堆積，減小或者完全封堵過水斷面，造成灌水不正常現象。堵塞的發生是物理、化學和生物三種因素相互作用的結果，控制好任何一個因素都可以減輕其他因素引起的堵塞。物理堵塞是由水體中無法過濾掉的懸浮無機物質顆粒(如沙粒、淤泥、黏土等)、有機物質(如動物的代謝物、蝸牛、塑料碎末等)和微生物殘體(如藻類、原生動物等)引起的。對于地下滴灌系統，在關閉過程中系統產生的負壓，會將毛管周圍的土壤顆粒通過滴頭出口吸入流道內，造成灌水器堵塞。生物堵塞是指生物因素(如藻類、細菌、微生物分解物，還有一些植物根系等)在流道壁面附著成長形成生物膜，流體中的其他雜質往往會在細菌群落生長很好的流道拐角處與生物膜發生相互的粘附累積，最終導致灌水器堵塞。生物堵塞也包括地下滴灌植物根系入侵造成的直接堵塞。化學堵塞是指溶于水中的化學物質(如可溶性鹽類、氫氧化物和硅酸鹽等)，在一定條件下相互作用，變成難溶性物質在流道內沉淀，如富含重碳酸鹽和鈣離子的水質易形成碳酸鈣沉淀造成灌水器的堵塞。

如何防止堵塞？

（1）優化設計灌水器流道內部結構是提高其抗堵塞能力的基礎。可以通過改變流道和出口結構提高灌水器的抗堵性能。流道轉角的結構參數對滴頭抗堵塞性能的影響較大，其次是流道寬等。當流道轉角為60°時，灌水器流態指數相對較小，抗堵性能相對較強，建議迷宮流道灌水器設計時采用60°轉角。流道寬的合理取值為1.0～1.2 mm。對于地下滴灌系統產生的負壓泥吸現象，一般采用在干管、支管及滴灌管等局部高點處安裝真空破壞閥消除負壓，或在毛管末端安裝沖洗閥，有的學者還建議采用無紡布包扎滴頭等，這些方法都取得了較好的效果。另外，還可通過設計灌水器合理出口達到減小負壓堵塞的目的。

改善灌水器結構特征應著眼于抗堵塞、易清洗這一目標，發展大流量、可拆卸、可降解、大流道和紊流型灌水器。如以色列Netafim公司的Tiran片式灌水器，采用了特殊的迷宮結構，當額定流量為2 L/h時，流道深度和寬度分別達到1 mm和1.18 mm，而長度卻只有109 mm。

（2）強化水質處理是解決堵塞的前提。水質處理辦法包括物理處理、化學處理和生物處理3種類型。考慮到滴灌過程中水質的變化，須在一年當中選幾個時間對水質進行抽樣檢查，根據水質改變和相關規范調整處理方法。

物理處理：常用的過濾器有篩網式、砂石式、離心式和疊片式過濾器。一般的用戶都采用單一的網式過濾，一些大的過濾站則采用多組過濾器聯合的方式。過濾器類型及其組合布設方式要根據水質、灌水器流量、要求的水頭損失來選擇。當水中雜質主要為泥沙時，采用工程措施結合過濾措施進行攔堵，過濾器多為離心式和網式過濾器的組合，篩網目數120目即可滿足要求；水中雜質主要為有機物、藻類或淤泥，過濾器選擇多為砂石過濾器和疊片過濾器的組合。

化學處理：化學處理是指在滴灌水源中加入一種或多種化學物質以抑制生物的生長繁殖，或與水中某些化學離子相互反應改變其性質，以達到預防滴頭堵塞的一種方法。使用該方法必須考慮水質的化學成分、pH值和溫度，否則達不到預期效果，甚至起到相反的作用。

比如在氨含量高的污水中應使用加氯的處理方法處理水質，因為氯氣和氨反應生成的氯胺在控制生物代謝生長方面比單一滴加氯氣的效果好80倍。對于鐵含量較高的水源，加氯或加酸均不合適，因為水質中的氧化鐵很快會被氧化成三氧化二鐵，造成更為嚴重的堵塞。可以通過向水中加入硅酸鈉來結合鐵離子，但這種處理方法僅限于鐵離子含量＜10 mg/L且Ca、Mg含量低的情況，因為高pH值的硅酸鹽溶液可能引起碳酸鹽的沉淀。化學方法常用的藥劑為氯氣、次氯酸鹽、鹽酸、硫酸、專門的化合物和除草劑等，處理成本相對較低，但是該方法最大的缺點是其安全性差，有可能引起一系列化學污染和毒害作用。

（3）提高管理運行水平是可控范圍內最容易實現、代價成本最低的防止滴灌系統堵塞的關鍵。

合理布設：為保證灌水的均勻度，各級管道應設計適宜的縱坡，干、支、毛三級管道盡量相互垂直，以使管道長度和水頭損失最小。

地下滴灌系統的滴灌帶埋深間距和埋深深度對作物生育期內生長特性指標有很大的影響，需要根據不同生育期作相應的調整，布設時灌水器出水口應盡量靠近作物根部。

定期清洗：安裝運行過程中要定時檢查水表流量是否均勻，如果有較大波動則認為過濾器堵塞，應及時對其沖洗。沖洗的頻率要根據具體的水質條件和標準進行設計安排。對于薄壁可拆洗的滴灌管，當使用污水灌溉且沖洗水流流速在0.5 m/s以上時，沖洗的頻率為14 d 1次，其抗堵塞效果很好。在極端的環境條件下，甚至可以每天都對滴灌系統進行沖洗。