CN111512934A - 一种通过加气提高滴灌效果的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种通过加气提高滴灌效果的方法，包括以下步骤：S1,在滴灌系统的第一水箱和第二水箱上设置微纳米气泡发生器，微纳米气泡发生器的出气口没入水中；S2,打开变频泵和阀门，通过输水管将第一水箱中的水和第二水箱中的水输入到灌水器中；S3,打开微纳米气泡发生器，使传输到灌水器中的水产生微小的纳米气泡；S4,通过灌水器设的滴灌带将加气处理的水送入到植物根茎处；通过加气处理可以有效缓解灌水器堵塞程度，提高滴灌系统的均匀性，延缓灌水器和滴灌系统的使用周期。

Description

一种通过加气提高滴灌效果的方法

技术领域

本发明属于滴灌领域，尤其涉及一种通过加气提高滴灌效果的方法。

背景技术

滴灌技术是先进的现代节水灌溉技术之一，对缓解水资源紧缺有着重要意义。除了能够节约灌溉用水之外，作为一个封闭的管道系统，滴灌管网还可用来输送肥料、气体和热量，如：滴灌水肥一体化技术等。而加气滴灌技术是借助滴灌系统向植物根区输送氧气，可以有效缓解灌溉时对作物根际产生的低氧胁迫作用，改善作物根区土壤气体环境，提高土壤酶的活性，影响微生物群落，还可以促进作物根系的有氧呼吸和养分吸收，提高水分利用效率，并增加作物产量，提高作物品质。

目前，滴灌系统加气方式主要为机械加气(文丘里管、空气压缩机等)和化学加气(过氧化物，如H2O2)两种方法。而不同加气装置产生的气泡，对滴灌系统性能影响显著。研究表明，由于这些方法产生的气泡尺寸较大，并且受连接器类型、滴头流量、管道直径、滴灌带铺设长度等因素影响，较大的气泡在滴灌系统中运动不稳定，极易发生气泡的融合、破裂和逸出，导致气泡沿滴灌带分布不均匀，从而影响滴灌系统的均匀性。

发明内容

针对现有技术不足，本发明的目的在于提供一种通过加气提高滴灌效果的方法，采用微纳米气泡对灌溉水进行加气处理，可以有效缓解滴灌灌水器堵塞过程，增加滴灌系统的使用寿命；当微纳米气泡附着在物体表面时，可以减小流动过程中产生的摩擦阻力，有助于增加灌水器流道内的流速，减轻杂质在灌水器流道内的沉积，进一步减小灌水器堵塞的发生；加气处理显著增加了灌水器寿命。

本发明提供如下技术方案：

一种通过加气提高滴灌效果的方法，包括以下步骤：

S1,在滴灌系统的第一水箱和第二水箱上设置微纳米气泡发生器，微纳米气泡发生器的出气口没入水中；

S2,打开变频泵和阀门，通过输水管将第一水箱中的水和第二水箱中的水输入到灌水器中；

S3,打开微纳米气泡发生器，使传输到灌水器中的水产生微小的纳米气泡；

S4,通过灌水器设的滴灌带将加气处理的水送入到植物根茎处。

优选的，在步骤S1中，为了消除物理堵塞的影响，采用了循环供水系统，第一水箱和第二水箱连通串联连接的方式，第一水箱和第二水箱的下方通过水管相连通。

优选的，加气之后能够有效减缓灌水器的堵塞程度，灌水器堵塞影响滴灌的正常进行。

优选的，一种加气灌水器堵塞监测的方法，包括以下步骤：a,灌水器在额定压力下稳定运行30分钟；b,每隔5秒依次在监测点灌水器正下方放置雨量筒；c，12分钟后按照放置顺序和时间间隔，依次取出雨量筒，然后用量筒测量雨量筒中的水量。

优选的，灌水器堵塞监测采用里斯琴森均匀系数Cu、统计均匀系数Us评价灌水器堵塞对滴灌系统性能的影响，增加灌水器堵塞程度监测的准确性，克里斯琴森均匀系数满足下列关系：

式中C_u为克里斯琴森均匀系数，％；x_i为第i个灌水器出水量观测值，单位(ml)；ˉx为样本均值，单位(ml)；N为监测点数；

统计均匀度：

US＝100％×(1-s/-x)；

式中Us为统计均匀系数，％；s为样本观测值和标准差。

优选的，灌水器堵塞程度监测采用平均流量比Dar表示：

式中：q_i为堵塞监测过程中第i个灌水器的流量，单位为L/h；q_new为试验开始前灌水器的平均流量，L/h；n为被测灌水器个数。

优选的，上述方法采用一种加气滴灌系统，包括首部和灌水器，所述首部包括第一水箱、第二水箱、变频泵、过滤器、阀门、压力表；所述第一水箱和第二水箱靠近底部的位置通过水管连通；所述第一水箱和第二水箱设有微纳米气泡发生器，所述微纳米气泡发生器与第一水箱和第二水箱连接，提供微纳米气泡；所述第二水箱内设有输水管，所述输水管与灌水器的滴灌带连接，所述输水管上沿水流方向依次设有变频泵、过滤器、阀门、压力表；所述灌水器包括多组灌水台，多组所述灌水台均安装有多条滴灌带，多条滴灌带上均设有多个灌水滴头；所述滴灌带下方设有排水槽，所述排水槽倾斜设置，排水槽低的一端与第一水箱连接。

优选的，所述加气滴管系统工作压力稳定在0.1Mpa。

优选的，灌水器堵塞程度受灌水时长、加气处理、灌水器类型、灌水器额定流量因素影响。

优选的，所述灌水器的流量、压力满足下列关系式：

q_e＝kp^m；

式中：q_e为灌水器流量，单位为L/h；p为工作压力，单位为MPa；k为流量系数；m为流态指数；变异系数Cv,按下式计算：

式中：Sq为灌水器流量的标准差，单位为L/h；

为灌水器平均流量L/h。

优选的，灌水器平均流量比Dra反映了灌水器平均流量减小程度，Dra越小表明灌水器平均流量衰减程度越大，堵塞就越严重；通常认为当Dra≤75％时，灌水器发生堵塞。

优选的，为了定量分析灌水器平均流量比Dra与加气处理(AI)、灌水器类型(ET)、灌水器额定流量(EQ)、灌水时长(T)等各影响因素间的统计关系，进行多元线性回归分析，得到回归方程为：

Dra＝1252.325+10.033AI+18.864EQ-27.119ET-9.493T

(R2＝0.877,P<0.01)。

加气处理(AI)、灌水器类型(EQ)、灌水器流量(EQ)、灌水时长(T)等各影响因素回归系数的T检验中，其t值的显著性均为P＝0.000<0.001，表明以上各影响因素对Dra的变化影响显著。因此，多元线性回归分析结果表明，加气处理、灌水器类型、灌水器流量、灌水时长对灌水器堵塞有显著影响；在多元线性回归分析中，标准化系数的绝对值越大，表明相应的自变量对因变量的影响越大，故上述影响因素按照对灌水器堵塞影响程度由大到小排序为：灌水时长、灌水器类型、灌水器额定流量、是否加气处理。因此，当灌水器和灌溉水源一定的条件下，加气处理对滴灌灌水器堵塞有重要影响。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明一种通过加气提高滴灌效果的方法，采用微纳米气泡对灌溉水进行加气处理，可以有效缓解滴灌灌水器堵塞过程，增加滴灌系统的使用寿命；当微纳米气泡附着在物体表面时，可以减小流动过程中产生的摩擦阻力，有助于增加灌水器流道内的流速，减轻杂质在灌水器流道内的沉积，进一步减小灌水器堵塞的发生；加气处理显著增加了灌水器寿命。

(2)本发明一种通过加气提高滴灌效果的方法，通过加气处理可以有效缓解灌水器堵塞程度，提高滴灌系统的均匀性，延缓灌水器和滴灌系统的使用周期。

(3)本发明一种通过加气提高滴灌效果的方法，通过采用里斯琴森均匀系数Cu、统计均匀系数Us评价灌水器堵塞对滴灌系统性能的影响，增加灌水器堵塞程度监测的准确性。

(4)本发明一种通过加气提高滴灌效果的方法，通过限定灌水器的流量q_e、压力p之间的关系，增加灌水器监测结果的准确性，进一步提升滴灌系统的使用稳定性，延长使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将对实施方式中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1是本发明的方法流程图。

图2是本发明的滴灌系统结构示意图。

图3是本发明的灌水器堵塞影响因素回归分析回归方程系数表。

图4是本发明的滴灌系统克里斯琴森均匀系数Cu随灌水时间的变化曲线。

图5是本发明的滴灌系统统计均匀系数Us随灌水时间的变化曲线。

图6是本发明的滴灌系统均匀系数与平均流量比的关系。

图中：1、第一水箱；2、第二水箱；3、微纳米气泡发生器；4、变频泵；5、输水管；6、过滤器；7、阀门；8、压力表；9、滴管带。

具体实施方式

为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

实施例一：

如图1所示，一种通过加气提高滴灌效果的方法，包括以下步骤：

S1,在滴灌系统的第一水箱和第二水箱上设置微纳米气泡发生器，微纳米气泡发生器的出气口没入水中；

S2,打开变频泵和阀门，通过输水管将第一水箱中的水和第二水箱中的水输入到灌水器中；

S3,打开微纳米气泡发生器，使传输到灌水器中的水产生微小的纳米气泡；

S4,通过灌水器设的滴灌带将加气处理的水送入到植物根茎处。

一种加气灌水器堵塞监测的方法，在步骤S1中，为了消除物理堵塞的影响，采用了循环供水系统，第一水箱和第二水箱连通串联连接的方式，第一水箱和第二水箱的下方通过水管相连通。

加气之后能够有效减缓灌水器的堵塞程度，灌水器堵塞影响滴灌的正常进行。

包括以下步骤：a,灌水器在额定压力下稳定运行30分钟；b,每隔5秒依次在监测点灌水器正下方放置雨量筒；c，12分钟后按照放置顺序和时间间隔，依次取出雨量筒，然后用量筒测量雨量筒中的水量。

灌水器堵塞监测采用里斯琴森均匀系数Cu、统计均匀系数Us评价灌水器堵塞对滴灌系统性能的影响，增加灌水器堵塞程度监测的准确性，克里斯琴森均匀系数满足下列关系：

式中C_u为克里斯琴森均匀系数，％；x_i为第i个灌水器出水量观测值，单位(ml)；ˉx为样本均值，单位(ml)；N为监测点数。

统计均匀度：

US＝100％×(1-s/-x)；

式中Us为统计均匀系数，％；s为样本观测值和标准差。。

灌水器堵塞程度监测采用平均流量Dar表示：

式中：q_i为堵塞监测过程中第i个灌水器的流量，单位为L/h；q_new为试验开始前灌水器的平均流量，L/h；n为被测灌水器个数。

实施例二：

如图2所示，一种加气滴灌系统，包括首部和灌水器，所述首部包括第一水箱1、第二水箱2、变频泵4、过滤器6、阀门7、压力表8；所述第一水箱1和第二水箱2靠近底部的位置通过水管连通；所述第一水箱1和第二水箱2设有微纳米气泡发生器，所述微纳米气泡发生器与第一水箱1和第二水箱2连接，提供微纳米气泡；所述第二水箱2内设有输水管5，所述输水管5与灌水器的滴灌带9连接，所述输水管5上沿水流方向依次设有变频泵4、过滤器6、阀门7、压力表8；所述灌水器包括多组灌水台，多组所述灌水台均安装有多条滴灌带9，多条滴灌带9上均设有多个灌水滴头；所述滴灌带9下方设有排水槽，所述排水槽倾斜设置，排水槽低的一端与第一水箱1连接。

诉述滴管系统还包括灌水器堵塞程度监测；监测过程为使灌水器在额定压力下稳定运行30分钟，然后每隔5秒依次在监测点灌水器正下方放置雨量筒，12分钟后按照放置顺序和时间间隔，依次取出雨量筒，然后用量筒测量雨量筒中的水量。

所述加气滴管系统工作压力稳定在0.1Mpa。

灌水器堵塞程度受灌水时长、加气处理、灌水器类型、灌水器额定流量因素影响。

所述灌水器的流量、压力满足下列关系式：

q_e＝kp^m；

式中：q_e为灌水器流量，单位为L/h；p为工作压力，单位为MPa；k为流量系数；m为流态指数；变异系数Cv,按下式计算：

式中：Sq为灌水器流量的标准差，单位为L/h；

为灌水器平均流量L/h。

灌水器平均流量比Dra反映了灌水器平均流量减小程度，Dra越小表明灌水器平均流量衰减程度越大，堵塞就越严重；通常认为当Dra≤75％时，灌水器发生堵塞。

实施例三：

如图3所示，在实施例一的基础上，优选的，为了定量分析灌水器平均流量比Dra与加气处理(AI)、灌水器类型(ET)、灌水器额定流量(EQ)、灌水时长(T)等各影响因素间的统计关系，进行多元线性回归分析，得到回归方程为：

Dra＝1252.325+10.033AI+18.864EQ-27.119ET-9.493T

(R2＝0.877,P<0.01)。

加气处理(AI)、灌水器类型(EQ)、灌水器流量(EQ)、灌水时长(T)等各影响因素回归系数的T检验中，其t值的显著性均为P＝0.000<0.001，表明以上各影响因素对Dra的变化影响显著。因此，多元线性回归分析结果表明，加气处理、灌水器类型、灌水器流量、灌水时长对灌水器堵塞有显著影响；在多元线性回归分析中，标准化系数的绝对值越大，表明相应的自变量对因变量的影响越大，故上述影响因素按照对灌水器堵塞影响程度由大到小排序为：灌水时长、灌水器类型、灌水器额定流量、是否加气处理。因此，当灌水器和灌溉水源一定的条件下，加气处理对滴灌灌水器堵塞有重要影响。

实施例四

如图4-5所示，在实施例一的基础上，作对照试验，一组为加气滴灌系统，另一组为不加气滴灌系统，不加气滴灌系统除了首部不安装微纳米气泡发生器外，其它与加气系统保持一致；在加气条件下，灌水器堵塞对系统水力性能的影响，克里斯琴森均匀系数Cu、统计均匀系数Us随运行时间变化，克里斯琴森均匀系数Cu和统计均匀系数Us随工作时间的变化过程与平均流量比Dra的变化过程相似；系统均匀系数随着灌水时间的增加而减小，不同灌水器均匀系数变化不同。其中，同一类型灌水器，额定流量越大，均匀系数保持越稳定。而相同额定流量下，不同类型灌水器均匀系数下降速度不同。柱状灌水器比內镶贴片式滴灌带9均匀系数下降更为明显，而无压力补偿功能灌水器均匀系数更为稳定。经过加气处理的试验组，在相同工作时间内，均匀系数稳定性更优。

根据ASAE标准EP458，Us在80％-90％时，评价系统性能为“优”,Us小于60％时，评价系统性能为不合格。因此，加气滴灌系统，其系统统计均匀系数Us达到不合格所用的时间明显高于不加气滴灌系统。特别是滴灌带9，加气处理条件下，其Us仍略低于80％，证明其系统性能仍然表现为合格。而未加气处理的试验组，其Us则减小至将近40％，系统性能明显为不合格，已不适合继续使用；加气处理有利于使滴灌系统保持良好的均匀性，并有效延缓滴灌系统的使用寿命。

实施例五

如图6所示，滴灌系统克里斯琴森均匀系数Cu和统计均匀系数Us与平均流量比Dra之间的关系，Dra与Cu、Us之间均呈现出一定的线性关系；在滴灌系统Dra相同的条件下，是否进行加气处理对Cu和Us的影响具有明显的差异性，且这种差异性与Dra的大小呈负相关关系。从整体来看，在加气处理条件下，Cu和Us均优于不加气处理。尤其在Dra＝95％左右时，Cu和Us出现拐点以后，随着Dra的减小，加气处理对Cu和Us的积极作用表现更加明显，说明加气处理可以减小滴灌系统的Cu和Us均对Dra变化的敏感度，同时也表明加气处理不仅可以延缓灌水器堵塞，还可以使灌水器堵塞程度更加均匀，从而减轻因灌水器堵塞而引起的滴灌系统均匀性下降问题。

本发明实现了本发明一种通过加气提高滴灌效果的方法，采用微纳米气泡对灌溉水进行加气处理，可以有效缓解滴灌灌水器堵塞过程，增加滴灌系统的使用寿命；当微纳米气泡附着在物体表面时，可以减小流动过程中产生的摩擦阻力，有助于增加灌水器流道内的流速，减轻杂质在灌水器流道内的沉积，进一步减小灌水器堵塞的发生；加气处理显著增加了灌水器寿命；通过加气处理可以有效缓解灌水器堵塞程度，提高滴灌系统的均匀性，延缓灌水器和滴灌系统的使用周期；通过采用里斯琴森均匀系数Cu、统计均匀系数Us评价灌水器堵塞对滴灌系统性能的影响，增加灌水器堵塞程度监测的准确性；通过限定灌水器的流量q_e、压力p之间的关系，增加灌水器监测结果的准确性，进一步提升滴灌系统的使用稳定性，延长使用寿命。

以上所述仅为本发明的优选实施方式而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化；凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种通过加气提高滴灌效果的方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1,在滴灌系统的第一水箱和第二水箱上设置微纳米气泡发生器，微纳米气泡发生器的出气口没入水中；

S2,打开变频泵和阀门，通过输水管将第一水箱中的水和第二水箱中的水输入到灌水器中；

S3,打开微纳米气泡发生器，使传输到灌水器中的水产生微小的纳米气泡；

S4,通过灌水器设的滴灌带将加气处理的水送入到植物根茎处。

2.根据权利要求1所述一种通过加气提高滴灌效果的方法，其特征在于，在步骤S1中，为了消除物理堵塞的影响，采用了循环供水系统，第一水箱和第二水箱连通串联连接的方式，第一水箱和第二水箱的下方通过水管相连通。

3.根据权利要求1所述一种通过加气提高滴灌效果的方法，其特征在于，加气之后能够有效减缓灌水器的堵塞程度，灌水器堵塞影响滴灌的正常进行。

4.一种用于权利要求1-3所述的一种加气灌水器堵塞监测的方法，其特征在于，包括以下步骤：a,灌水器在额定压力下稳定运行30分钟；b,每隔5秒依次在监测点灌水器正下方放置雨量筒；c，12分钟后按照放置顺序和时间间隔，依次取出雨量筒，然后用量筒测量雨量筒中的水量。

5.根据权利要求4所述一种加气灌水器堵塞监测的方法，其特征在于，灌水器堵塞监测采用里斯琴森均匀系数Cu、统计均匀系数Us评价灌水器堵塞对滴灌系统性能的影响，增加灌水器堵塞程度监测的准确性，克里斯琴森均匀系数满足下列关系：

式中C_u为克里斯琴森均匀系数，％；x_i为第i个灌水器出水量观测值，单位(ml)；^-x为样本均值，单位(ml)；N为监测点数；

统计均匀度：

US＝100％×(1-s/^-x)；

式中Us为统计均匀系数，％；s为样本观测值和标准差。

6.根据权利要求4所述一种加气灌水器堵塞监测的方法，其特征在于，灌水器堵塞程度监测采用平均流量比Dar表示：

式中：q_i为堵塞监测过程中第i个灌水器的流量，单位为L/h；q_new为试验开始前灌水器的平均流量，L/h；n为被测灌水器个数。

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