CN108271672A - 一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：实施以下三个方面的措施：1)降低微咸水中溶解盐的浓度；2)降低微咸水的pH；3)清除附着在灌水器内壁的堵塞物。本发明通过在电导率高的微咸水中加入淡水使得微咸水中的盐浓度降低，减少附着在灌水器内壁上的盐；在微咸水中加入酸性肥料，对于pH过高的微咸水在加酸性肥料的同时还加酸使得微咸水的pH降低将灌水器内壁上的盐去除；调控微咸水滴灌系统的运行压力、灌溉频率和交替灌溉淡水和微咸水等措施来减缓微咸水滴灌系统中杂质在灌水器内壁上的附着速度。

Description

一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法

技术领域

本发明涉及一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，属于农业节水灌溉技术领域。

背景技术

我国水土资源分布极不均衡，水资源危机日益加剧，农业作为第一用水大户，在提高水资源利用效率的同时，开发利用劣质水资源是保障农业生产可持续性的重要措施。自1966年以色列科学家首次提出可以采用咸水灌溉作物后，世界各国已经把合理开发利用微咸水资源作为缓解水资源供需矛盾的一条重要途径，其不仅可以提高农业抗旱增产能力，同时还有利于地下水资源的更新。目前我国地下微咸水主要分布于西北、华北等干旱和半干旱地区，天然资源为277亿m³，适宜开采量高达130亿m³，同时绝大部分地下微咸水存在于地下10～100m处，宜于开采利用，因此微咸水灌溉在我国具有很大开发利用潜力。

长期的实践应用表明，滴灌因为其精量、可控等特性被认为是微咸水灌溉最为有效的灌溉方式，除了具有明显的节水优势，相对于喷灌可以完全避免叶面因咸水烧死的现象，并且灌水器下(根区附近)的土壤含盐量较小，对作物生长提供了有利环境。灌水器是滴灌系统的心脏，其质量好坏直接决定了系统工作稳定性及灌水质量高低。滴灌的过程如图1、图2所示，水流经支管1进入到毛管3，毛管3侧壁上设置有多个灌水器4，灌水器4中设置有流道2，微咸水通过流道2滴出。为了获得良好的水力性能，往往会使得灌水器消能流道结构复杂、空间狭小，长时间使用后，微咸水中的溶解盐、颗粒物等杂质会在流道内部附着、累积导致流道堵塞，最终导致系统报废。灌水器堵塞是目前的国际性难题，严重制约了滴灌的大规模发展。

针对微咸水滴灌应用的问题，济南大学徐征和等公开了一种缓解土壤盐渍化的冬枣微咸水滴灌模式(专利号：ZL201610389869.9)，采用不超过3g/L的微咸水滴灌冬枣树，可以有效的避免微咸水滴灌中所导致土壤盐碱化问题，但未涉及微咸水滴灌系统灌水器堵塞问题；中国农业大学李云开等公开了一种防止滴灌灌水器堵塞的加酸氯控制方法及系统(专利号：ZL201410022695.3)，可有效的抑制生物膜的生长，但其所提出的加酸方法并不适宜于微咸水滴灌系统应用。总体而言，目前对于微咸水的研究多集中在作物适宜的灌溉制度以及节水控盐灌溉技术上，灌水器堵塞的研究多偏重于再生水滴灌系统的生物堵塞和高含沙水滴灌系统的物理堵塞问题，关于微咸水滴灌对灌水器堵塞的影响研究报道相对较少，针对灌水器的堵塞控制技术仅停留在加酸、磁化处理等单一解决措施，适宜的运行方法和施用模式仍不明确，缺乏系统性的调控方法，使得微咸水滴灌系统灌水器堵塞问题难以得到有效解决。

发明内容

针对背景技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够进一步解决微咸水滴灌系统灌水器堵塞问题的避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于，实施以下三个方面的措施：

1)降低微咸水中溶解盐的浓度；

2)降低微咸水的pH值；

3)清除附着在灌水器内壁的堵塞物。

所述第一方面中降低微咸水中溶解盐的浓度的方法如下：①获取适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围；②调整微咸水灌水器中的微咸水的电导率。

所述步骤①中获取适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围的过程如下：

将本地区在不同的电导率条件下的试验结果进行对比，根据系统灌水均匀度维持在80％的时间不低于200小时的电导率为参考标准。

所述步骤②调整微咸水灌水器中的微咸水的电导率的方法如下：

在微咸水滴灌系统中设置一个导电率控制系统，其包括并联的淡水管道和咸水管道，所述淡水管道和所述咸水管道均与混水管连接，所述淡水管道和所述咸水管道中均设置有逆止阀和水泵，所述淡水管道中在所述逆止阀的下游设置有水阀，所述淡水管道和所述微咸水管道中的所述水泵均与变频控制器电连接，所述混水管中设置有用于获取混配水的电导率、微咸水管和淡水管中流量和压力信息的检测传感器，所述检测传感器与智能控制器电连接，所述智能控制器与所述变频控制器和所述水阀电连接；

当混水管中混配水的电导率处于适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围时，智能控制器使得淡水管道中的水阀关闭，直接将微咸水用于滴灌；当微咸水的电导率处于适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围之外时，智能控制器根据检测传感器获取的混配水的电导率、咸水管道和淡水管道中流量和压力等信息，通过变频控制器调控淡水管道和咸水管道中水泵的流量，使得混配水的电导率在适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围内。

所述第二方面中，降低微咸水的pH值的过程如下：①设定预期的微咸水的pH区间；②将微咸水的pH调整至预期的区间。

所述步骤①中，设定预期的微咸水的pH区间的过程如下：将6.0～6.5作为预期的微咸水的pH区间。

所述步骤②中，将微咸水的pH调整至预期的区间的过程如下：

在微咸水中加入酸性的氮肥、磷肥和钾肥，所述氮肥为磷酸尿素、硝酸铵、硫酸铵或磷酸一铵；所述磷肥为磷酸尿素、磷酸二氢钾或磷酸一铵；所述钾肥为硝酸钾或氯化钾；

对于pH高于6.5的微咸水，添加纯度大于等于95％的肥料，使得施肥区域水中肥料的含量不大于0.5g/L，若水质pH仍在6.5之上，则通过加入酸性化学试剂将灌溉水的pH调控至6.0～6.5之间，在盐碱化地区的酸性化学试剂选用硫酸或盐酸，酸性土壤地区的酸性化学试剂选用土壤酸性改良剂Lineout有机酸，将体积为V的水肥混合液pH调整到预期范围的加酸量通过式(1)确定

式中，b为加酸后水质的pH，取值范围6.0～6.5；a为未加酸前水肥混合液的pH；V为待加酸的水肥混合液体积，L；n为每个酸分子一级电离的H⁺个数；c为酸性溶液的浓度，mol/L；V_酸为将体积为V的水肥混合液pH调整到b的加酸量，L。

所述第三方面中，清除附着在灌水器内壁的堵塞物的过程如下：

当滴灌系统的运行压力不低于0.06Mpa时，仅需要维持水压；当滴灌系统运行压力低于0.06Mpa时，在滴灌系统停运20小时后，利用波动水压灌溉，波动水压的波幅为0.08Mpa～0.1Mpa，波动周期为40s，持续两小时。

所述第三方面中，在作物非耐盐生长阶段采用淡水灌溉，其余阶段采用咸、淡水交替灌溉。

所述第三方面中，灌溉频率为1～4d/次，在作物长时间不需要通过滴灌系统灌水时，仍每隔4天通过滴灌系统灌水约30min，以保持毛管及灌水器内部处于湿润状态。

本发明由于采取以上技术方案，具有以下优点：本发明通过在电导率高的微咸水中加入淡水使得微咸水中的盐浓度降低，减少附着在灌水器内壁上的盐；在微咸水中加入酸性肥料，对于pH过高的微咸水在加酸性肥料的同时还加酸使得微咸水的pH降低将灌水器内壁上的盐去除；调控微咸水滴灌系统的运行压力、灌溉频率和交替灌溉淡水和微咸水等措施来减缓微咸水滴灌系统中杂质在灌水器内壁上的附着速度。

附图说明

图1为现有滴灌系统支管和毛管的结构示意图；

图2为图1中M的局部放大示意图；

图3为本发明水源电导率控制系统的示意图；

图4为本发明四种电导率下灌水均匀度随时间推移折线图；

图5为本发明四种施肥条件下灌水均匀度随时间推移折线图；

图6为本发明三种水压下灌水均匀度随时间推移折线图；

图7为本发明三种灌溉频率下灌水均匀度随时间推移折线图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明提供一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于，实施以下三个方面的措施：

第一方面，降低微咸水中溶解盐的浓度，具体过程如下：

①获取适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围

将本地区在不同的电导率条件下的试验结果进行对比，根据系统灌水均匀度维持在80％的时间不低于200小时的电导率为参考标准。

②调整微咸水灌水器中的微咸水的电导率

如图3所示，在微咸水滴灌系统中设置一个导电率控制系统，其包括并联的淡水管道5和咸水管道6，淡水管道5和咸水管道6均与混水管7连接，淡水管道5和咸水管道6中均设置有逆止阀8和水泵9，淡水管道5中在逆止阀8的下游设置有水阀10，淡水管道5和微咸水管道6中的水泵9均与变频控制器11电连接，混水管7中设置有用于获取混配水的电导率、咸水管道6和淡水管道5中流量和压力信息的检测传感器12，检测传感器12与智能控制器13电连接，智能控制器13与变频控制器11和水阀10电连接。

当混水管7中混配水的电导率处于适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围时，智能控制器使得淡水管道5中的水阀10关闭，直接将微咸水用于滴灌；当微咸水的电导率处于适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围之外时，智能控制器根据检测传感器获取的混配水的电导率、咸水管道6和淡水管道5中流量和压力等信息，通过变频控制器调控淡水管道5和咸水管道6中水泵9的流量，使得混配水的电导率在适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围内。

第二方面，降低微咸水的pH值，具体过程如下：

①设定预期的微咸水的pH区间

将6.0～6.5作为预期的微咸水的pH区间，该pH区间适宜于用滴灌系统的灌溉。

②将微咸水的pH调整至预期的区间

在微咸水中加入酸性的氮肥、磷肥和钾肥，氮肥为磷酸尿素、硝酸铵、硫酸铵或磷酸一铵；磷肥为磷酸尿素、磷酸二氢钾或磷酸一铵；钾肥为硝酸钾或氯化钾。

对于pH高于6.5的微咸水，添加纯度大于等于95％的肥料，使得施肥区域水中肥料的含量不大于0.5g/L，若水质pH仍在6.5之上，则通过加入酸性化学试剂将灌溉水的pH调控至6.0～6.5之间，在盐碱化地区的酸性化学试剂选用硫酸或盐酸，酸性土壤地区的酸性化学试剂选用土壤酸性改良剂Lineout有机酸，将体积为V的水肥混合液pH调整到预期范围的加酸量通过式(1)确定

式中，b为加酸后水质的pH，取值范围6.0～6.5；a为未加酸前水肥混合液的pH；V为待加酸的水肥混合液体积，L；n为每个酸分子一级电离的H⁺个数；c为酸性溶液的浓度，mol/L；V_酸为将体积为V的水肥混合液pH调整到b的加酸量，L。

第三方面，清除附着在灌水器内壁的堵塞物，具体过程如下：

①当滴灌系统的运行压力不低于0.06Mpa时，仅需要维持水压；当滴灌系统运行压力低于0.06Mpa时，在滴灌系统停运20小时后，利用波动水压灌溉，波动水压的波幅为0.08Mpa～0.1Mpa，波动周期为40s，持续两小时。灌溉频率为1～4天/次，在作物长时间不需要通过滴灌系统灌水时，仍每隔4天通过滴灌系统灌水约30min，以保持毛管及灌水器内部处于湿润状态。

在作物非耐盐生长阶段采用淡水灌溉，其余阶段采用咸、淡水交替灌溉。在作物的苗期采用淡水，之后采用咸淡水交替进行灌溉。

下面通过具体实施例用以说明本发明的效果，其包括以下步骤：

第一方面，降低微咸水中溶解盐的浓度，具体过程如下：

如图4所示，根据内蒙古河套灌区临河曙光试验站设置电导率分别为1.0dS/m、2.0dS/m、4.0dS/m和6.0dS/m的微咸水处理系统，期间测试滴灌系统灌水器的相对平均流量、灌水器均匀度和堵塞物干重进行对比分析，并以滴灌系统灌水均匀度维持在80％的时间不低于200h为最终控制指标，确定了微咸水滴灌系统适宜水质电导率应低于4.0dS/m。

第二方面，降低微咸水的pH

供试水源来源于内蒙古磴口县三海子湖泊地表微咸水

表1微咸水加入不同的酸后PH和电导率的变化情况

处理组	处理方法	pH	ECi/(dS/m)
				F0	微咸水(对照)	8.0	3.76
F1	微咸水+硫酸铵(施氮量0.02％)	7.5	4.67
				F2	微咸水+硫酸铵+硫酸(施氮量0.02％)	6.5	4.80
F3	微咸水+硫酸脲(施氮量0.02％)	5.7	4.60

如表2和图5所示，根据来源于内蒙古磴口县三海子湖泊地表微咸水设置四个对照组，对照组一为空白对照，即在微咸水中不添加化肥或者硫酸；对照组二为在微咸水中添加施氮量0.02％的硫酸铵；对照组三为在微咸水中添加施氮量0.02％的硫酸铵和硫酸，添加的硫酸量通过滴定法确定，添加硫酸的浓度为1mol/L；对照组四为在微咸水中添加施氮量0.02％的硫酸脲。从实验可以表明在微咸水中加酸性肥料，当微咸水加酸性肥料后pH仍很高时添加硫酸可以有效缓解灌水器堵塞。

第三方面，清除附着在灌水器内壁的堵塞物

如图6所示，根据来源于内蒙古磴口县三海子湖泊地表微咸水，根据控制变量原则设置0.1MPa、0.06Mpa和0.02MPa三种运行压力，通过测试6种灌水器的相对平均流量、灌水均匀度及堵塞物定量分析，确定了微咸水滴灌系统适宜的运行压力应不低于0.06Mpa；当滴灌系统压力低于0.06Mpa时，通过对不同波动水压的波动周期(20s、40s、60s)、波动幅度(0.06Mpa～0.08Mpa、0.08Mpa～0.1Mpa、0.1Mpa～0.12Mpa)、波动时间(1h、2h、3h)、波动间隔(10h、20h、30h、40h)影响下灌水器堵塞的速率及能耗进行分析，得出低压滴灌系统适宜采用的波动水压运行方式为系统每运行20h左右利用波动水压灌溉，波动水压的波幅为0.08Mpa～0.1Mpa，周期40s，时间为2h。

如图7所示，试验设置三种灌水频率(1天/次、4天/次、7天/次)，通过测试6种灌水器的相对平均流量、灌水均匀度及堵塞物，确定了适宜的的灌溉频率为不高于4天/次。

表2微咸水和淡水交替灌溉的实施方式

处理	灌水频率	苗期(20d)	开花期(29d)	坐果期(43d)	红熟期(20d)
						RI1	4天/次	淡	淡	淡	—
RI2	4天/次	淡	咸	淡	—
						RI3	4天/次	淡	淡	咸	—
RI4	4天/次	淡	咸	咸	—

如表2所示，结合番茄不同生育期的微咸水/淡水交替滴灌，设置了4种轮灌处理，通过滴灌系统灌水器的相对平均流量、灌水器均匀度和堵塞物干重进行对比分析，发现相对于全咸水灌溉来说，采用苗期淡水灌溉，后期淡水与微咸水进行交替滴灌可以缓解灌水器化学堵塞的发生。向日葵较为耐盐，可在整个生育期内保持咸淡水交替灌溉；枸杞和苜蓿在萌芽/出苗期宜采用淡水灌溉，后期可采用咸淡水交替灌溉。

上述各实施例仅用于对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于，实施以下三个方面的措施：

第一方面是降低微咸水中溶解盐的浓度；

第二方面是降低微咸水的pH值；

第三方面是清除附着在灌水器内壁的堵塞物。

2.如权利要求1所述的一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：所述第一方面中降低微咸水中溶解盐的浓度的方法如下：①获取适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围；②调整微咸水灌水器中的微咸水的电导率。

3.如权利要求2所述的一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：所述步骤①中获取适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围的过程如下：

将本地区在不同的电导率条件下的试验结果进行对比，根据系统灌水均匀度维持在80％的时间不低于200小时的电导率为参考标准。

4.如权利要求2所述的一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：所述步骤②调整微咸水灌水器中的微咸水的电导率的方法如下：

在微咸水滴灌系统中设置一个导电率控制系统，其包括并联的淡水管道和咸水管道，所述淡水管道和所述咸水管道均与混水管连接，所述淡水管道和所述咸水管道中均设置有逆止阀和水泵，所述淡水管道中在所述逆止阀的下游设置有水阀，所述淡水管道和所述微咸水管道中的所述水泵均与变频控制器电连接，所述混水管中设置有用于获取混配水的电导率、微咸水管和淡水管中流量和压力信息的检测传感器，所述检测传感器与智能控制器电连接，所述智能控制器与所述变频控制器和所述水阀电连接；

当混水管中混配水的电导率处于适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围时，智能控制器使得淡水管道中的水阀关闭，直接将微咸水用于滴灌；当微咸水的电导率处于适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围之外时，智能控制器根据检测传感器获取的混配水的电导率、咸水管道和淡水管道中流量和压力等信息，通过变频控制器调控淡水管道和咸水管道中水泵的流量，使得混配水的电导率在适宜用于灌水器的微咸水的电导率的范围内。

5.如权利要求1所述的一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：所述第二方面中，降低微咸水的pH值的过程如下：①设定预期的微咸水的pH区间；②将微咸水的pH调整至预期的区间。

6.如权利要求5所述的一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：所述步骤①中，设定预期的微咸水的pH区间的过程如下：将6.0～6.5作为预期的微咸水的pH区间。

7.如权利要求6所述的一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：所述步骤②中，将微咸水的pH调整至预期的区间的过程如下：

在微咸水中加入酸性的氮肥、磷肥和钾肥，所述氮肥为磷酸尿素、硝酸铵、硫酸铵或磷酸一铵；所述磷肥为磷酸尿素、磷酸二氢钾或磷酸一铵；所述钾肥为硝酸钾或氯化钾；

对于pH高于6.5的微咸水，添加纯度大于等于95％的肥料，使得施肥区域水中肥料的含量不大于0.5g/L，若水质pH仍在6.5之上，则通过加入酸性化学试剂将灌溉水的pH调控至6.0～6.5之间，在盐碱化地区的酸性化学试剂选用硫酸或盐酸，酸性土壤地区的酸性化学试剂选用土壤酸性改良剂Lineout有机酸，将体积为V的水肥混合液pH调整到预期范围的加酸量通过式(1)确定

式中，b为加酸后水质的pH，取值范围6.0～6.5；a为未加酸前水肥混合液的pH；V为待加酸的水肥混合液体积，L；n为每个酸分子一级电离的H⁺个数；c为酸性溶液的浓度，mol/L；V_酸为将体积为V的水肥混合液pH调整到b的加酸量，L。

8.如权利要求1所述的一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：所述第三方面中，清除附着在灌水器内壁的堵塞物的过程如下：

当滴灌系统的运行压力不低于0.06Mpa时，仅需要维持水压；当滴灌系统运行压力低于0.06Mpa时，在滴灌系统停运20小时后，利用波动水压灌溉，波动水压的波幅为0.08Mpa～0.1Mpa，波动周期为40s，持续两小时。

9.如权利要求8所述的一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：所述第三方面中，在作物非耐盐生长阶段采用淡水灌溉，其余阶段采用咸、淡水交替灌溉。

10.如权利要求8所述的一种避免微咸水滴灌系统灌水器堵塞的方法，其特征在于：所述第三方面中，灌溉频率为1～4d/次，在作物长时间不需要通过滴灌系统灌水时，仍每隔4天通过滴灌系统灌水约30min，以保持毛管及灌水器内部处于湿润状态。