不同類(lèi)型灌水器在硬水滴灌條件下的堵塞特征

劉燕芳，李 丹，吳普特※,2，張 林，朱德蘭，陳俊英

0 引 言

灌溉水水質(zhì)偏硬是中國(guó)許多利用地下水進(jìn)行滴灌的地區(qū)面臨的一個(gè)重要問(wèn)題[1-2]。研究發(fā)現(xiàn)，使用硬水進(jìn)行滴灌時(shí)，水中發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成的化學(xué)沉淀會(huì)引發(fā)灌水器堵塞，影響滴灌系統(tǒng)運(yùn)行[3-5]，且水質(zhì)越硬，堵塞越嚴(yán)重[6]。而當(dāng)硬水滴灌系統(tǒng)中施入化肥時(shí)，堵塞的情況會(huì)更加嚴(yán)重[7]。

滴灌系統(tǒng)的堵塞主要發(fā)生在其核心部件灌水器中。研究表明，灌水器內(nèi)部結(jié)構(gòu)的形式和尺寸是影響其水力性能和抗堵塞性能的關(guān)鍵因素[8-10]。Van Lier等[11]提出灌水器的抗堵塞性能與其流道尺寸有關(guān)，流道尺寸越大，抗堵塞性能越強(qiáng)。Ahmed等[12]研究發(fā)現(xiàn)，灌水器的堵塞情況隨著流態(tài)指數(shù)的增大和流量的減小而越發(fā)嚴(yán)重。Ravina等[13-15]研究認(rèn)為，相同的灌水時(shí)間內(nèi)，大流量的灌水器抗堵塞性能優(yōu)于小流量灌水器。吳顯斌等[16]研究發(fā)現(xiàn)，再生水滴灌條件下，灌水器流量的降幅與流道長(zhǎng)度、流道截面積呈正相關(guān)關(guān)系。劉海軍等[17]研究發(fā)現(xiàn)，壓力補(bǔ)償孔口式灌水器更適宜再生水滴灌。而 Dura-Ros等[18]提出大流量灌水器不易堵塞，是否壓力補(bǔ)償與堵塞性能關(guān)系不大。另外，有研究還發(fā)現(xiàn)，灌水器制造偏差、流道水力直徑等因素對(duì)灌水器的抗堵塞性能也有一定影響[15,19]。針對(duì)齒型迷宮流道灌水器，Li等[20-23]通過(guò)室內(nèi)試驗(yàn)研究了流道結(jié)構(gòu)參數(shù)（包括流道寬、流道深、齒間距、齒高度、齒角度，齒尖偏差量等）對(duì)灌水器水力性能和抗堵塞性能的影響。魏正英等[24-25]通過(guò)對(duì)流道內(nèi)流體進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了流體的流場(chǎng)分布和固體顆粒的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，提出流道內(nèi)水流緩水區(qū)、低速區(qū)和渦旋區(qū)的顆粒物濃度較高，易發(fā)生顆粒物沉積繼而引發(fā)流道堵塞。穆乃君等[26-27]通過(guò)對(duì)齒型流道進(jìn)行抗堵塞性能測(cè)試發(fā)現(xiàn)，用單一的流道結(jié)構(gòu)參數(shù)表征灌水器的抗堵塞性能存在局限性，而結(jié)構(gòu)特征參數(shù)如斷面最小尺寸、水力半徑和齒間距則可在不同程度上較好地表征灌水器的抗堵塞性能。可見(jiàn)，灌水器堵塞與灌水器類(lèi)型、額定流量、內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)尺寸、是否存在水流低速區(qū)等因素都有一定的關(guān)系，但憑借單一的因素并不能準(zhǔn)確判斷灌水器的抗堵塞性能，需要綜合考慮灌水器的多方面因素才能對(duì)其抗堵塞性能做出合理評(píng)價(jià)。

筆者前期研究了硬水滴灌水質(zhì)對(duì)堵塞的影響[6-7]，本文從灌水器自身結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，選擇了 6種不同類(lèi)型的灌水器，對(duì)其在硬水滴灌條件下的運(yùn)行狀況和抗堵塞性能進(jìn)行研究，并利用SPSS軟件分析了影響堵塞的關(guān)鍵因素，旨在為硬水滴灌系統(tǒng)灌水器的設(shè)計(jì)和選型提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 灌水器特征參數(shù)

本試驗(yàn)選擇了市場(chǎng)常見(jiàn)的 5種不同類(lèi)型的滴灌灌水器和自研的大流量灌水器作為研究對(duì)象，規(guī)格參數(shù)見(jiàn)表1，外形照片見(jiàn)圖1。其中min（W,H）為過(guò)水截面最小尺寸，指灌水器內(nèi)所有過(guò)水截面（包括進(jìn)水口柵欄的單個(gè)過(guò)水截面）里截面寬W和深H中的最小者[26-27]，截面幾何參數(shù)定義如圖2中所示。對(duì)于E1和E3，min（W, H）為迷宮流道的深；對(duì)于 E2，min（W, H）為進(jìn)水口柵欄的單個(gè)過(guò)水截面的寬；對(duì)于E4、E5和E6，min（W, H）為灌水器出水口旁泄水小槽的深。各參數(shù)中，額定壓力和額定流量為廠家給定，流態(tài)指數(shù)、流量系數(shù)和制造偏差系數(shù)為清水試驗(yàn)測(cè)得，迷宮流道長(zhǎng)和過(guò)水截面最小尺寸為讀數(shù)顯微鏡JC-10（上海力華儀器制造有限公司，測(cè)量精度±0.01 mm，量程4 mm）測(cè)定，隨機(jī)挑選3個(gè)灌水器測(cè)量，取最小值[28]。參考目前研究中廣泛采用的影響灌水器抗堵塞性能的特征參數(shù)，初步確定5個(gè)特征參數(shù)：是否壓力補(bǔ)償、額定流量、是否有進(jìn)水口柵欄、流道長(zhǎng)和min（W, H）作為研究因素，這5個(gè)參數(shù)主要反映了灌水器的類(lèi)型、過(guò)流能力和過(guò)濾能力等方面的特征。

圖1 試驗(yàn)用灌水器Fig.1 Emitters for experiment

圖2 過(guò)流截面幾何參數(shù)定義Fig.2 Definition of geometric parameters of flow passage sections

表1 試驗(yàn)用灌水器的特征參數(shù)Table 1 Characteristic parameters of tested emitters

1.2 硬水滴灌試驗(yàn)

試驗(yàn)在西北農(nóng)林科技大學(xué)中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院灌溉水力學(xué)試驗(yàn)廳內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)裝置為循環(huán)滴灌系統(tǒng)，如圖3所示，該系統(tǒng)由水箱、180目網(wǎng)式過(guò)濾器（80 μm）、水泵、供水管道、壓力表、閥門(mén)、水流回收槽和布置其上的12條毛管構(gòu)成。毛管長(zhǎng)約6 m，每2條毛管安裝1種待測(cè)灌水器。12條毛管的安裝位置隨機(jī)。對(duì)于E1、E4、E5和E6，灌水器安裝間距為0.5 m，兩條毛管共安裝26個(gè)灌水器；灌水器E2和E3的安裝間距為0.33 m，分別安裝36個(gè)灌水器。由于安裝毛管較短且排列緊密，故忽略灌水器的水力流量偏差，認(rèn)為所有灌水器的工作條件相同，因此將滴灌系統(tǒng)上的同種灌水器視為相同試驗(yàn)條件下的重復(fù)，則E1、E4、E5和E6各為26個(gè)重復(fù)，E2（滴灌帶）和E3（滴灌管）各為36個(gè)重復(fù)。

滴灌系統(tǒng)灌水時(shí)間為2014年10月—2015年1月和2015年5月—2015年7月，期間由于冬季極端氣候條件而暫停灌水。系統(tǒng)工作壓力為100 kPa，灌水頻率為每周灌水1次，每次運(yùn)行4 h，共進(jìn)行灌水26次。每次灌水時(shí)用水銀溫度計(jì)測(cè)量水溫，最低和最高溫度分別為 14.5和 27.8 ℃，平均溫度為 20.5 ℃。為保證灌溉水硬度，每次運(yùn)行重新配水，運(yùn)行結(jié)束后超純水清洗水箱和水流回收槽[17]。

滴灌用水設(shè)置硬水和超純水（對(duì)照）2個(gè)水平，分別記為W1和W2。本試驗(yàn)不關(guān)心灌水器內(nèi)的堵塞物質(zhì)成分，而關(guān)注不同類(lèi)型灌水器的堵塞規(guī)律，因此為了獲得明顯的試驗(yàn)效果，加速堵塞進(jìn)程，本試驗(yàn)滴灌用水硬度較高，為500 mg/L，由超純水和化學(xué)試劑CaCl2（554.9 mg/L）、NaHCO3（840.1 mg/L）配制而成。

圖3 試驗(yàn)平臺(tái)布置示意圖Fig.3 Layout diagram of experimental platform

1.3 測(cè)試指標(biāo)與方法

由于測(cè)試毛管較短（僅6 m）且灌水器制造偏差較小（見(jiàn)表 1），因此可認(rèn)為灌水器流量下降主要是由堵塞造成的，故可通過(guò)監(jiān)測(cè)灌水器流量的變化來(lái)評(píng)估其堵塞狀況。本試驗(yàn)采用稱質(zhì)量法測(cè)定灌水器流量，每2周測(cè)定1次。待滴灌系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定后，用電子天平（精度 0.1 g）稱取10 min內(nèi)量杯接取的灌水器出水量，換算為灌水器流量L/h。

將一種灌水器的平均流量占額定流量的百分比定義為該灌水器的平均相對(duì)流量

式中qr為一種灌水器的平均相對(duì)流量，%；n為灌水器總數(shù)；qi為第 i個(gè)灌水器的流量，L/h；q0為灌水器額定流量，L/h。

[29]，界定單個(gè)灌水器流量降低25%時(shí)發(fā)生了堵塞。滴灌系統(tǒng)運(yùn)行期間，記錄每個(gè)灌水器發(fā)生堵塞所需的時(shí)間，并對(duì)發(fā)生堵塞的灌水器數(shù)目進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，以堵塞率[27]評(píng)價(jià)該種灌水器的運(yùn)行狀況。灌水器的堵塞率定義為灌水期間發(fā)生堵塞的灌水器數(shù)目除以該處理下灌水器的總數(shù)目所得的比值，%。

1.4 回歸分析方法

本試驗(yàn)利用 SPSS 18.0軟件對(duì)灌水器流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，采用有序回歸分析方法（ordinal regression）尋找影響灌水器堵塞的主要因素。以影響灌水器堵塞的灌水器類(lèi)型（是否壓力補(bǔ)償）和額定流量等特征參數(shù)作為自變量，以有序分類(lèi)的灌水器堵塞發(fā)生的時(shí)間作為因變量，進(jìn)行回歸分析，用Wald檢驗(yàn)自變量對(duì)因變量是否有影響，找出硬水滴灌條件下顯著影響灌水器堵塞的特征參數(shù)。由于滴灌系統(tǒng)運(yùn)行至第10次灌水后，各類(lèi)型灌水器的堵塞狀況已經(jīng)基本不變，因此只選取前 2～10次灌水時(shí)的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

根據(jù)灌水器發(fā)生堵塞的時(shí)間，因變量y可有序的分類(lèi)為：y=1代表第2次灌水發(fā)生堵塞、y=2代表第4次灌水發(fā)生堵塞、y=3代表第6次灌水發(fā)生堵塞、y=4代表第8次灌水發(fā)生堵塞、y=5代表第 10次灌水發(fā)生堵塞、y=6代表灌水期間一直未發(fā)生堵塞。而表1中的5個(gè)特征參數(shù)：灌水器類(lèi)型、額定流量、是否有進(jìn)水口柵欄、迷宮流道長(zhǎng)和過(guò)水截面最小尺寸min（W,H）是影響因變量的5個(gè)自變量[30-31]。

2 結(jié)果與分析

2.1 堵塞規(guī)律分析

滴灌系統(tǒng)運(yùn)行期間灌水器平均相對(duì)流量隨運(yùn)行時(shí)間的變化過(guò)程如圖4所示，從圖4a中可以看出，超純水滴灌條件下，6種類(lèi)型的灌水器在系統(tǒng)運(yùn)行期間的平均相對(duì)流量均未發(fā)生明顯變化，在額定流量附近波動(dòng)，說(shuō)明該條件下未發(fā)生灌水器堵塞；而硬水滴灌條件下（圖4b），所有類(lèi)型灌水器的平均相對(duì)流量均發(fā)生了不同程度的下降。其中灌水器E1和E6在灌水期間平均相對(duì)流量以較小的幅度緩慢下降，在系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束時(shí)分別降至40.2%和48.0%。而灌水器E2、E3、E4和E5則不同，在前10次灌水期間，它們的平均相對(duì)流量以較大的幅度隨著灌水次數(shù)的增加迅速下降至20%左右；在第10次灌水之后降幅變小，系統(tǒng)運(yùn)行結(jié)束時(shí)，4種灌水器的平均相對(duì)流量分別僅為10.2%、3.2%、1.2%和1.4%。由此可知，從平均相對(duì)流量下降情況來(lái)看，灌水器E1和E6在灌水期間的運(yùn)行狀況比E2、E3、E4和E5好。

如表 2所示為硬水滴灌條件下不同灌水次數(shù)時(shí)的灌水器堵塞率，從圖中可以看出，在第2次灌水時(shí)，E3和E4最先發(fā)生堵塞，堵塞率分別為53.6%和15.4%，在第4次灌水時(shí)2種灌水器堵塞率均達(dá)到100%，直至第18次灌水結(jié)束。故與其他4種灌水器相比，E3和E4的抗堵塞性能最差。其他4種灌水器E1、E2、E5和E6在第4次灌水時(shí)出現(xiàn)堵塞，堵塞率分別為4.2%、47.2%、65.4%和27.0%。之后4種灌水器的堵塞率不斷上升，其中，E5、E2和 E6的堵塞率分別在第 6、12和 18次灌水時(shí)達(dá)到100%，而E1的堵塞率一直較低，直至灌水試驗(yàn)結(jié)束。由此可知，從堵塞率來(lái)看，灌水器E1的抗堵塞性能最優(yōu)，其次為E6、E2和E5。另外灌水器E2在堵塞率達(dá)到100%（第12次灌水）后略有下降，這是因?yàn)橛袀€(gè)別堵塞的灌水器堵塞部位被沖開(kāi)、出現(xiàn)流量回升導(dǎo)致的。

圖4 試驗(yàn)期間灌水器平均相對(duì)流量變化Fig.4 Change in average relative flow rate of emitter during experimental period

表2 不同灌水次數(shù)時(shí)的灌水器堵塞率Table 2 Emitter clogging ratio at different irrigation time

由圖4、表 2可知，在灌水期間，灌水器 E1和 E6的平均相對(duì)流量相差不大，而E6的堵塞率卻比E1高出許多，這是因?yàn)椋珽6發(fā)生堵塞（流量降低 25%）的灌水器個(gè)數(shù)較多，但發(fā)生堵塞的灌水器仍然具有出流能力，保持部分出流量，導(dǎo)致該種灌水器的平均相對(duì)流量比較高。

2.2 影響灌水器抗堵塞性能的主要特征參數(shù)

對(duì)灌水器多個(gè)特征參數(shù)的有序回歸分析結(jié)果如表 3所示。從表3“顯著性”一列中可以看到，5個(gè)影響因素里，min（W, H）對(duì)應(yīng)的P<0.01，達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明灌水器min（W, H）是影響灌水器堵塞的關(guān)鍵因素；min（W, H）的參數(shù)估計(jì)值8.424為正值，說(shuō)明min（W, H）越大，因變量y的取值也越大，意為min（W, H）越大，其發(fā)生堵塞需要經(jīng)歷的灌水次數(shù)越多，即越難發(fā)生堵塞。這與文獻(xiàn)[26-27]的研究結(jié)果是一致的。表3中還可看出，其他影響因素均未達(dá)到顯著水平，說(shuō)明其他因素在本試驗(yàn)中對(duì)灌水器堵塞的影響不明顯，即灌水器類(lèi)型、額定流量、迷宮流道長(zhǎng)度不是影響灌水器堵塞的主要因素，但不能據(jù)此認(rèn)為這些因素對(duì)灌水器堵塞沒(méi)有影響。

再用SPSS 18.0軟件對(duì)因變量y和min（W, H）進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示兩變量在置信度（雙側(cè)）為 0.01時(shí)，相關(guān)性是顯著的，相關(guān)系數(shù)r為0.722，這與有序回歸分析的結(jié)果一致。

表3 以特征參數(shù)為自變量以堵塞發(fā)生時(shí)間為因變量的有序回歸分析結(jié)果Table 3 Ordinal regression results with characteristic parameters as independent variables and with time when clogging occurred as dependent variable

2.3 灌水器內(nèi)min(W, H)截面處的堵塞情況

灌水試驗(yàn)結(jié)束后，將所有的灌水器進(jìn)行解剖，觀察內(nèi)部堵塞情況并統(tǒng)計(jì)，用相機(jī)（Canon PowerShot SX500 IS，1 600萬(wàn)像素，日本佳能）對(duì)典型堵塞灌水器拍照（見(jiàn)圖 5）。

從圖 5中可以看到灌水器內(nèi)部水流經(jīng)過(guò)的地方都有白色物質(zhì)的沉積和附著，尤其在圖5a中的流道內(nèi)壁上可以清楚地看到白色物質(zhì)形成的附著層，這與文獻(xiàn)[6]中提到的情況一樣。根據(jù)文獻(xiàn)[6]可知，試驗(yàn)所用的硬水中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，生成了白色沉淀物。在灌溉水流經(jīng)灌水器內(nèi)部時(shí)，這些化學(xué)沉淀附著于灌水器內(nèi)壁，經(jīng)過(guò)一定時(shí)間的累積形成附著層。

對(duì)于E1，灌水器內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)為迷宮流道，發(fā)生堵塞的位置多為流道的進(jìn)水口處，如圖5a所示，占所有堵塞情況的 75%。通過(guò)測(cè)量可知，此處截面與齒型迷宮流道齒尖處截面同為min（W, H）截面，流道寬、深分別為1.0、0.8 mm。但對(duì)比兩處發(fā)現(xiàn)，相同截面條件下，流道進(jìn)水口結(jié)構(gòu)有一定長(zhǎng)度，形成了一個(gè)狹長(zhǎng)的過(guò)水通道，通道中由于邊壁條件穩(wěn)定，靠近壁面的水流流速較低且紊動(dòng)不足，導(dǎo)致固體顆粒易在內(nèi)壁附著，發(fā)育成了較厚的附著層堵塞過(guò)水?dāng)嗝妫瑥膱D5a中也可以看到此段流道附著層較流道其他部分略厚；而在齒尖處，由于齒尖偏差量非常小[23]，同時(shí)此處水流流速大、紊動(dòng)劇烈[24]，附著層不宜發(fā)育，故此處不宜發(fā)生堵塞。

對(duì)于E2，灌水器內(nèi)部主要結(jié)構(gòu)包括進(jìn)水柵欄和迷宮流道 2部分，但所有的灌水器均在柵欄處發(fā)生了堵塞，如圖5b所示。觀察發(fā)現(xiàn)，所有E2灌水器的進(jìn)水柵欄前都發(fā)生了如圖 6中所示的嚴(yán)重堵塞，這正是由于進(jìn)水柵欄的單個(gè)過(guò)流截面尺寸過(guò)小造成的。對(duì)比E1的堵塞情況可知，雖然進(jìn)水柵欄的過(guò)流截面并沒(méi)有形成狹長(zhǎng)通道，但由于截面的min（W, H）值過(guò)小，僅為0.5 mm，仍然導(dǎo)致了比較嚴(yán)重的堵塞。

E3灌水器同 E2一樣，主要包括進(jìn)水柵欄和迷宮流道 2部分結(jié)構(gòu)，灌水器內(nèi)最小過(guò)水截面為迷宮流道的過(guò)流截面，尺寸為1.0 mm×1.0 mm。由于進(jìn)水柵欄的單個(gè)過(guò)流截面尺寸較大（見(jiàn)表 1），故此處并未發(fā)生堵塞。但在進(jìn)水柵欄之后、迷宮流道的首部處發(fā)生了嚴(yán)重的堵塞（見(jiàn)圖5c），占所有堵塞情況的97.2%。觀察此處發(fā)現(xiàn)，雖然迷宮流道寬深尺寸一定，但流道首部（即進(jìn)水柵欄和迷宮流道兩部分的連接處，見(jiàn)圖 7a）的截面形狀是一個(gè)不規(guī)則的菱形，如圖7b矩形框中所示。該截面形狀的內(nèi)角中有兩個(gè)角度較小的銳角，由于水的黏滯性，銳角區(qū)域內(nèi)的水流流速較慢，成為“低速區(qū)”（或稱“緩水區(qū)”），而根據(jù)魏正英等[24-25]的研究結(jié)果，此區(qū)域極易發(fā)生顆粒物沉積附著繼而引發(fā)流道堵塞。由此可見(jiàn)，除截面尺寸外，截面的形狀也是影響堵塞發(fā)生的一個(gè)因素。

灌水器E4和E5為同類(lèi)型壓力補(bǔ)償式灌水器，內(nèi)部結(jié)構(gòu)主要包括彈性墊片、壓力補(bǔ)償腔和泄水小槽3部分。供水壓力改變時(shí)，灌水器通過(guò)彈性墊片的微小形變、不同程度地封堵泄水小槽的過(guò)流截面來(lái)保持流量的穩(wěn)定，該泄水小槽的過(guò)流截面是灌水器內(nèi)過(guò)流的min（W, H）截面。統(tǒng)計(jì)顯示，這 2種灌水器的堵塞均發(fā)生在此處，如圖5d、5e所示。灌水器E4和E5在此處的截面尺寸分別為 1.0 mm×0.1 mm、1.0 mm×0.2 mm。雖然截面具有1.0 mm的寬度，但0.1 mm和0.2 mm的截面深度過(guò)小，且當(dāng)灌水器工作時(shí)，由于彈性墊片的封堵，流道深度會(huì)進(jìn)一步減小，故這種類(lèi)型的灌水器易在此處發(fā)生堵塞。

E6灌水器與E4和E5的結(jié)構(gòu)類(lèi)似，只是E6灌水器在腔體結(jié)構(gòu)之前增加了迷宮流道。解剖后發(fā)現(xiàn)，化學(xué)沉淀在迷宮流道內(nèi)壁形成了較均勻的附著層，但由于其過(guò)流截面尺寸較大，為2.0 mm×2.0 mm，故附著層的厚度并未對(duì)流道的過(guò)流產(chǎn)生明顯影響，亦未發(fā)生沉積物堵塞流道的情況。而在泄水小槽處，由于過(guò)流截面尺寸較小，為0.5 mm×1.5 mm，附著層的厚度影響了過(guò)流截面尺寸，導(dǎo)致了灌水器流量發(fā)生下降，如圖5f所示。可以推測(cè)，隨著系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間的增加，不斷增厚的附著層終將堵塞該截面。

綜上所述，6種灌水器的堵塞均發(fā)生在了具有min（W,H）的截面處，這與本文回歸分析的結(jié)果一致。但是，當(dāng)灌水器內(nèi)多處具有min（W, H）的截面時(shí)，堵塞發(fā)生在易沉積附著固體顆粒的“低速區(qū)”或“緩水區(qū)”，例如狹長(zhǎng)的過(guò)流結(jié)構(gòu)、截面形狀的銳角區(qū)域。因此在灌水器內(nèi)過(guò)流結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，應(yīng)當(dāng)避免 2個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是過(guò)小的 min（W, H）尺寸，即W、H的實(shí)際尺寸不能過(guò)小；另一個(gè)就是水流的“低速區(qū)”或“緩水區(qū)”，在沿水流方向上，保證水流紊動(dòng)，減少顆粒物沉積附著，在過(guò)水截面形狀上，中心點(diǎn)距各邊的距離要接近，當(dāng)截面形狀為矩形時(shí)，W和H的差值要盡量小。

圖5 不同灌水器內(nèi)部的堵塞照片F(xiàn)ig.5 Clogging photo inside different emitters

圖6 E2灌水器進(jìn)水口柵欄堵塞Fig.6 Clogging on water inlet fence of emitter E2

圖7 E3灌水器迷宮流道入水口Fig.7 Water inlet of labyrinth passage on emitter E3

3 結(jié) 論

研究了硬水滴灌條件下 6種灌水器的流量變化和堵塞情況，分析了影響灌水器堵塞的特征參數(shù)，得到如下結(jié)果：

1）硬水滴灌條件下，6種灌水器的平均相對(duì)流量隨著灌水時(shí)間增加逐漸降低，堵塞率隨著灌水時(shí)間增加逐漸升高。其中，E1和 E6平均相對(duì)流量下降幅度較小，相較于其他4種灌水器表現(xiàn)出較好的抗堵塞性能，而E1堵塞率在灌水期間一直保持較低水平，是運(yùn)行狀況最優(yōu)的灌水器；E3和 E4在灌水期間最早發(fā)生堵塞，且堵塞率一直較高，是抗堵塞性能最差的2種灌水器。

2）有序回歸分析顯示，影響灌水器堵塞的主要特征參數(shù)為過(guò)水截面最小尺寸min（W, H）（P<0.01）；且灌水器發(fā)生堵塞需要的時(shí)間與min（W, H）成正相關(guān)關(guān)系，即min（W, H）越大，越難發(fā)生堵塞，灌水器的抗堵塞性能越好。灌水器解剖結(jié)果顯示堵塞主要發(fā)生在灌水器內(nèi)過(guò)水截面最小尺寸min（W, H）處，印證了回歸分析結(jié)果。而當(dāng)灌水器內(nèi)存在多處具有min（W, H）截面的區(qū)域時(shí)，堵塞發(fā)生在易沉積附著固體顆粒的“低速區(qū)”或“緩水區(qū)”。

建議，硬水滴灌時(shí)，應(yīng)選擇過(guò)水截面最小尺寸 min（W, H）較大的灌水器，同時(shí)灌水器中應(yīng)避免出現(xiàn)易引發(fā)固體物沉積的截面形狀和過(guò)流結(jié)構(gòu)。

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