滴灌系统堵塞原因及应对

朱建冬

随着节水灌溉技术在农业生产中的应用，滴灌更因其节水、省工及增产效果显著而被广泛推广，在浙江省建德市草莓、蔬菜等行业应用面积超过667 hm2。然而由于重应用轻维护或者本身设计及投入方面的不足，滴灌设施在应用了一二个季节后，普遍出现堵塞现象，影响了滴灌系统的正常使用。现对这一现象进行原因分析并提出相应措施。

堵塞是指灌溉水中的泥沙、化学沉淀物或生物等物质在滴灌系统的管道或者滴头流道中依附和堆积，减小或者完全封堵过水断面，造成灌水不正常现象。堵塞的发生是物理、化学和生物三种因素相互作用的结果，控制好任何一个因素都可以减轻其他因素引起的堵塞。物理堵塞是由水体中无法过滤掉的悬浮无机物质颗粒(如沙粒、淤泥、黏土等)、有机物质(如动物的代谢物、蜗牛、塑料碎末等)和微生物残体(如藻类、原生动物等)引起的。对于地下滴灌系统，在关闭过程中系统产生的负压，会将毛管周围的土壤颗粒通过滴头出口吸入流道内，造成灌水器堵塞。生物堵塞是指生物因素(如藻类、细菌、微生物分解物，还有一些植物根系等)在流道壁面附着成长形成生物膜，流体中的其他杂质往往会在细菌群落生长很好的流道拐角处与生物膜发生相互的粘附累积，最终导致灌水器堵塞。生物堵塞也包括地下滴灌植物根系入侵造成的直接堵塞。化学堵塞是指溶于水中的化学物质(如可溶性盐类、氢氧化物和硅酸盐等)，在一定条件下相互作用，变成难溶性物质在流道内沉淀，如富含重碳酸盐和钙离子的水质易形成碳酸钙沉淀造成灌水器的堵塞。

如何防止堵塞？

（1）优化设计灌水器流道内部结构是提高其抗堵塞能力的基础。可以通过改变流道和出口结构提高灌水器的抗堵性能。流道转角的结构参数对滴头抗堵塞性能的影响较大，其次是流道宽等。当流道转角为60°时，灌水器流态指数相对较小，抗堵性能相对较强，建议迷宫流道灌水器设计时采用60°转角。流道宽的合理取值为1.0～1.2 mm。对于地下滴灌系统产生的负压泥吸现象，一般采用在干管、支管及滴灌管等局部高点处安装真空破坏阀消除负压，或在毛管末端安装冲洗阀，有的学者还建议采用无纺布包扎滴头等，这些方法都取得了较好的效果。另外，还可通过设计灌水器合理出口达到减小负压堵塞的目的。

改善灌水器结构特征应着眼于抗堵塞、易清洗这一目标，发展大流量、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，采用了特殊的迷宫结构，当额定流量为2 L/h时，流道深度和宽度分别达到1 mm和1.18 mm，而长度却只有109 mm。

（2）强化水质处理是解决堵塞的前提。水质处理办法包括物理处理、化学处理和生物处理3种类型。考虑到滴灌过程中水质的变化，须在一年当中选几个时间对水质进行抽样检查，根据水质改变和相关规范调整处理方法。

物理处理：常用的过滤器有筛网式、砂石式、离心式和叠片式过滤器。一般的用户都采用单一的网式过滤，一些大的过滤站则采用多组过滤器联合的方式。过滤器类型及其组合布设方式要根据水质、灌水器流量、要求的水头损失来选择。当水中杂质主要为泥沙时，采用工程措施结合过滤措施进行拦堵，过滤器多为离心式和网式过滤器的组合，筛网目数120目即可满足要求；水中杂质主要为有机物、藻类或淤泥，过滤器选择多为砂石过滤器和叠片过滤器的组合。

化学处理：化学处理是指在滴灌水源中加入一种或多种化学物质以抑制生物的生长繁殖，或与水中某些化学离子相互反应改变其性质，以达到预防滴头堵塞的一种方法。使用该方法必须考虑水质的化学成分、pH值和温度，否则达不到预期效果，甚至起到相反的作用。

比如在氨含量高的污水中应使用加氯的处理方法处理水质，因为氯气和氨反应生成的氯胺在控制生物代谢生长方面比单一滴加氯气的效果好80倍。对于铁含量较高的水源，加氯或加酸均不合适，因为水质中的氧化铁很快会被氧化成三氧化二铁，造成更为严重的堵塞。可以通过向水中加入硅酸钠来结合铁离子，但这种处理方法仅限于铁离子含量＜10 mg/L且Ca、Mg含量低的情况，因为高pH值的硅酸盐溶液可能引起碳酸盐的沉淀。化学方法常用的药剂为氯气、次氯酸盐、盐酸、硫酸、专门的化合物和除草剂等，处理成本相对较低，但是该方法最大的缺点是其安全性差，有可能引起一系列化学污染和毒害作用。

（3）提高管理运行水平是可控范围内最容易实现、代价成本最低的防止滴灌系统堵塞的关键。

合理布设：为保证灌水的均匀度，各级管道应设计适宜的纵坡，干、支、毛三级管道尽量相互垂直，以使管道长度和水头损失最小。

地下滴灌系统的滴灌带埋深间距和埋深深度对作物生育期内生长特性指标有很大的影响，需要根据不同生育期作相应的调整，布设时灌水器出水口应尽量靠近作物根部。

定期清洗：安装运行过程中要定时检查水表流量是否均匀，如果有较大波动则认为过滤器堵塞，应及时对其冲洗。冲洗的频率要根据具体的水质条件和标准进行设计安排。对于薄壁可拆洗的滴灌管，当使用污水灌溉且冲洗水流流速在0.5 m/s以上时，冲洗的频率为14 d 1次，其抗堵塞效果很好。在极端的环境条件下，甚至可以每天都对滴灌系统进行冲洗。