含沙水磁化处理减缓滴头堵塞机理研究

牛文全 赵 雪 王照熙 张文倩 吕 畅 董爱红

(1.西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室， 陕西杨凌 712100；2.中国科学院水利部水土保持研究所， 陕西杨凌 712100； 3.西北农林科技大学水利与建筑工程学院， 陕西杨凌 712100)

0 引言

滴灌是最有效的一种节水灌溉方式，但滴头堵塞问题一直是制约滴灌应用的重要因素，特别是采用黄河水等劣质水源进行灌溉时[1-4]。黄河水中细微粒泥沙含量高，中游地区粒径小于0.05 mm泥沙总量高达70%以上[5]。细微粒泥沙特殊的电化学性质，在水中易发生絮凝作用，形成絮团，而细微粒泥沙的絮凝沉降是造成滴头物理堵塞的根本原因。解决黄河水滴灌的滴头堵塞问题，对促进农业发展具有重要意义。

关于延缓滴头堵塞的措施，主要有过滤、酸液冲洗、压力疏通、定期维护管理等，此外，还出现了一些新型水处理技术，如利用磁化处理水技术软化水质来进行抗堵塞管理[6]。但目前关于磁化处理水技术尚处于初级阶段，其减缓滴头堵塞的作用机理尚未明晰。研究表明，水以一定的速度(1.2～2.5 m/s)流经磁场形成磁化水，磁场给水提供能量，使水分子间氢键断裂，水分子由团簇状变成单个极性水分子[7]，水的性质发生改变，水中溶解氧含量提高4～6 mg/L，溶解度提高20%～70%，水的电导率至少提高2%，澄清速度提高20%～90%[8]，浑水ξ-电位下降，水中悬浮颗粒碰撞概率增大，水流渗透能力和携沙能力增强，且水磁化后约6 h内，其效果基本保持稳定[9]。磁化处理可加速全尾砂沉降、提高污水的澄清速度、溶解去除老垢等[10-12]，并广泛应用于煤泥浮选和水质净化等。因此，含沙水磁化处理后，会影响水中悬浮泥沙的运动沉降轨迹，进而影响滴头堵塞。此外，不同磁化强度对水流性质的影响程度也不同[13-14]。

目前关于含沙水磁化处理对滴头堵塞影响的研究较少，也尚未发现关于黄河水磁化处理对滴灌影响的研究报道。为此，本文拟探究4种磁化强度和4种粒径级配泥沙组合下滴头堵塞的变化情况，并从微观角度分析悬浮泥沙在滴灌管网中的运移沉降过程，以揭示磁化处理对滴头堵塞的减缓机理，并探明减缓滴头堵塞的最优磁化强度，为引黄水滴灌滴头堵塞防治提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与装置

本试验采用广泛应用于西北地区的内镶贴片式迷宫流道滴灌带(杨凌锦川管业科技有限公司)，毛管为PE材料，壁厚0.16 mm、管径为16 mm。滴头结构为：流道宽度0.60 mm、齿高1.20 mm、齿间距1.50 mm、流道深1.10 mm、流道单元数为6个、滴头间距为30 cm。工作压力为60 kPa时，滴头流量为1.4 L/h。滴头水力性能曲线如图1所示，滴头流态指数x为0.430 6，流态指数x越小说明滴头流量对进口压力越不敏感[15]。

图1 水力性能曲线Fig.1 Hydraulic performance curve

试验用浑水配制：试验用水为杨凌区自来水，水质参数如表1所示，符合灌水标准。

表1 试验用自来水水质参数Tab.1 Water quality parameters of tap water for test

泥沙取自渭河陕西杨凌段河漫滩地河床泥沙，经自然烘干，剔除树枝、杂草等较大杂质后进行研磨，结合前期对比调查结果[16]，本试验泥沙可基本模拟引黄灌区实际泥沙。泥沙粒径是引起迷宫灌水器堵塞的主要原因[17-18]，不同河段、不同季节黄河泥沙含量不同，机械组成不同，诱发滴头堵塞风险的机理不同。研究指出，粒径D为0.075～0.100 mm和0.030～0.038 mm的泥沙易引起堵塞[19]，为了揭示不同粒径组成的相互作用，确定影响滴头堵塞的主导泥沙粒径范围，将渭河泥沙颗粒进行研磨过筛处理，以过滤后最大粒径为0.100 mm表征全颗粒级配泥沙(记为D1)，将过筛后小于0.100 mm的泥沙分为3组，其粒径范围分别为0.075～0.100 mm、0.038～0.075 mm和小于0.038 mm，分别记为D2、D3、D4，并用MS2000型激光粒度分析仪(APA2000型，马尔文公司)测定试验用泥沙机械组成，当大于0.05 mm的泥沙颗粒含量较高时，非常容易造成滴头堵塞，而一般天然沙，泥沙粒径大于0.03 mm或小于0.01 mm时絮凝作用不明显[20]，故为便于后续滴头堵塞及絮凝沉降的结果探讨，泥沙机械组成划分如表2所示，下文中粗颗粒泥沙指粒径大于0.05 mm的泥沙，细颗粒泥沙指粒径小于0.03 mm的泥沙。

表2 试验用泥沙机械组成Tab.2 Composition of sediment machinery used in test

试验用磁化器为永久性磁体(包头鑫达磁性材料厂生产)，采用烧结汝铁硼制成，磁体呈方形，对称式布置，保证水流能够垂直通过磁感线，参考农业其他方面关于磁化强度的影响及永磁体的成本，磁化强度选用0.2、0.4、0.6 T，并经数字特斯拉计(HT20型，东莞市泰仕电子有限公司)进行校准。

抗堵塞测试平台参照SL/T 67.1—1994《微灌灌水器滴头》、GB/T 17187—2009《农业灌溉设备滴头和滴灌管技术规范和试验方法》[21]搭建而成，如图2所示。试验平台并联设置6条毛管，每条毛管前端设置控制阀，平台左侧布设储水桶，储水桶容积为140.5 L，通过水泵将储水桶中含沙水抽出进行抗堵塞试验，设置压力表监测试验水压。需对含沙水进行磁化处理时，关闭毛管进口端阀门阻止水流流入毛管，将磁化器固定于输水管路，确保水流从储水桶流出流经磁场返回储水桶中，以此进行磁化循环处理。

图2 抗堵塞测试平台Fig.2 Anti-blocking test platform1.储水桶 2.搅拌机 3.输水管路 4.磁化器 5.水泵 6.压力表 7.阀门 8.回水槽 9.滴灌带 10.滴头 11.磁化循环装置

絮凝沉降试验所用含沙水通过磁化循环装置进行配置(图2)。磁化循环装置右侧布设储水桶，其容积为10 L，储水桶上配置小型搅拌机(额定转速500 r/min)，左侧布设自吸式水泵(额定流量4 m3/h)，水泵连接PVC输水管路(外径32 mm，内径26 mm)，磁化装置布设在回水管外侧，保证水流垂直穿过磁场，未磁化时，将磁化器移除后重复上述操作。

1.2 试验设计与方法

1.2.1抗堵塞试验

设置4种磁化强度0(M0)、0.2(M1)、0.4(M2)、0.6 T(M3)与4种粒径级配的含沙水(表2)全组合处理共计16组，为突出物理堵塞并减小生物堵塞在堵塞中占比，本试验采用短周期间歇性灌水试验，每组处理共计6条毛管即6次重复。以宁夏黄河水引水渠口泥沙质量浓度0.6～1.1 g/L之间为依据[22]，为加速滴头堵塞缩短试验进程，设置泥沙质量浓度3.0 g/L。为增加试验结果的普适性，选取全颗粒级配泥沙(泥沙编号D1)，泥沙质量浓度设置1.0 g/L，磁化强度为M0和M2进行验证试验。据研究，当压力在40～100 kPa变化时，压力对于灌水均匀度的影响不显著，其变化范围在1%以内，生产实际中可以适当降低毛管的工作压力以达到降低造价的目的[23]，故本试验设置工作压力为60 kPa，控制精度为2%。毛管全长6 m，每条毛管含20个滴头，测试时间为1 h，灌水间隔30 min，在每次灌水持续30 min时，以相邻两个滴头为一组，采用电子秤(质量误差为0.1 g)采集60个滴头的流量，采集时间为10 min，采集结束后用温度计测量每次灌水时的灌溉水温以进行温度修正。磁化处理组在每次灌水间隔期时，关闭毛管前端阀门，将灌溉水源通过磁化器循环30 min，循环结束后，打开阀门，开始灌水，每组处理共计20次灌水[24]。待灌水结束后，将每条毛管平均分成前部、中部、后部3组，每组长2 m，剖开毛管，收集毛管中淤积泥沙，装入锡纸碗，并置于105℃干燥箱(上海森信实验仪器有限公司)干燥，将相同处理的土样混合，平均分成3份，即3次重复，用MS2000型激光粒度分析仪(APA2000型，马尔文公司)测量其机械组成。

1.2.2絮凝沉降试验

试验因素同抗堵塞试验，每组处理重复4次，试验温度(25±1)℃。在10 L储水桶内配置相应浓度的含沙水，采用磁化循环装置，将试验用含沙水循环磁化15 min，循环过程中用搅拌机对含沙水进行搅拌以使水沙混合均匀，为了避免循环流动过程中温度及絮凝的影响，非磁化处理组也循环流动15 min。循环结束后取上层水样，置于1 000 mL玻璃量筒(高30 cm，内径6.5 cm)内静置，分别在静置0、5、10、15、30、45、60、90、120 min时，采用移液管法在距量筒底1/3处取10 mL水样，置于浊度仪(AQ3700型，Orion公司)中，测量含沙水浊度。同时，从搅拌桶中取适量水样，置于乌氏粘度计(合肥申谊玻璃制品有限公司)中测量含沙水的运动粘滞系数(μ)，并用水质测试仪(HI5522型，意大利哈纳公司)测量水样温度和电导率(EC)等。

1.3 评价指标

为消除温度对滴头流量的影响，采用流量-温度公式[1]修正，用相对流量评价滴头堵塞及灌水质量情况，平均相对流量计算式为

(1)

式中Dra——平均相对流量，%

n——滴头总数

灌水均匀度采用克里斯琴森均匀系数Cu表示，计算公式为

(2)

式中qi——第i个滴头流量，L/h

采用中值沉速来反映泥沙沉降速度[25]，即根据各水深h′处浊度降至初始浊度的50%时所需时间的平均值t0.5得到的沉速ω50，可表示为

ω50=h′/t0.5

(3)

1.4 数据处理

采用SPSS 23.0软件进行显著性分析及方差分析，不同处理间比较采用最小显著性差异法进行检验，多重比较采用LSD法，Matlab软件进行曲线拟合，Origin 2020软件进行图形绘制。

2 结果与分析

2.1 磁化处理对滴头平均相对流量及灌水均匀度的影响

图3为磁化处理前后，不同粒径级配含沙水滴灌滴头Dra和Cu随灌水次数的变化趋势，其标准误差为0.37%～4.02%。磁化处理减缓了滴头Dra和Cu的下降趋势，提高了中后期灌水(灌水4～14次后)滴头Dra和Cu(p<0.01)。

图3 磁化处理下滴头平均相对流量和灌水均匀度变化曲线Fig.3 Variation curves of average relative flow rate and irrigation uniformity of dripper under magnetization treatments

磁化处理对含沙水D1滴灌时滴头堵塞的减缓作用最大(p<0.01)，当以含沙水D1滴灌时，未磁化组在灌水20次后滴头Dra和Cu分别降至73.10%和50.67%，而磁化组在灌水20次后，滴头Dra和Cu仅降至85.83%和74.62%，比未磁化处理分别提高了17.41%和47.27%。含沙水D2和D3分别在灌水6次和12次后，磁化处理与未磁化处理间呈现出极显著差异(p<0.01)，灌水结束时，含沙水D2和D3磁化处理后滴头Dra和Cu比未磁化处理时分别平均增加9.26%、11.15%和4.92%、4.26%。灌水前中阶段(灌水14次内)，含沙水D4磁化处理后滴头Dra和Cu小于未磁化处理，随后未磁化组的滴头Dra和Cu快速下降，磁化组则下降缓慢，灌水结束时，磁化处理的滴头Dra和Cu分别比未磁化处理平均提高4.80%和10.60%。

除含沙水D4外，M2处理的磁化效果显著高于M1和M3处理(p<0.05)，且M1和M3处理间差异不显著。

2.2 磁化处理对不同毛管位置滴头堵塞率的影响

为识别不同毛管位置滴头堵塞率，将测试毛管等距离分成前、中、后3段，不同毛管位置堵塞滴头的数量占整条毛管堵塞滴头数量百分比即为滴头堵塞率(N)，不同处理下N的变化情况如图4(图中不同小写字母表示处理间差异显著(p<0.05))所示。其标准误差为1.50%～13.6%。

由图4可知，磁化处理显著增加了毛管前段堵塞滴头的数量，减少了毛管中后段堵塞滴头的数量。未磁化时，含沙水中细颗粒或粗颗粒泥沙含量越多时，毛管前中段N越大，这是由细颗粒泥沙的絮凝作用与粗颗粒泥沙较易靠重力作用在毛管中沉积所致；磁化处理后堵塞滴头在毛管中的分布位置提前，含沙水D1、D2、D3和D4处理下毛管前段N平均值分别提高了11.77%、20.37%、15.56%和23.15%。不同含沙水处理下，毛管前段(含沙水D2、D3、D4)或前中段(含沙水D1)的N均在M2时最大。

图4 磁化处理下不同毛管位置滴头堵塞率Fig.4 Clogging rate of dripper at different capillary positions under magnetization treatment

2.3 磁化处理对毛管淤积泥沙中值粒径的影响

表3为磁化处理前后毛管淤积泥沙的中值粒径，中值粒径反映了泥沙粒径的一般水平。由于含沙水D2中泥沙均为粗颗粒泥沙，采用MS2000型激光粒度分析仪进行测试时，泥沙粒径分布在同一范围内，区分度过低，无法计算其中值粒径。

由表3可知，磁化处理减小了毛管前中段淤积泥沙的中值粒径，增大了毛管后段淤积泥沙的中值粒径，说明磁化处理加剧了细颗粒泥沙在毛管前段的沉降，即磁化后细颗粒泥沙的絮凝作用增强。磁化处理对毛管前中段淤积泥沙粒径的影响随磁化强度的增加呈先增加后减小的趋势，M2处理下，毛管前中段淤积泥沙的中值粒径平均变幅最大，为16.58%，M1和M3处理下，其平均变幅分别为9.99%和7.90%。含沙水D1、D4条件下磁化处理对毛管前中段淤积泥沙中值粒径的影响达到极显著水平(p<0.01)，其中含沙水D4磁化处理后平均变幅最大，为24.07%。

表3 磁化处理下不同毛管位置淤积泥沙中值粒径Tab.3 Median particle size of sediment deposited at different capillary positions under magnetization treatment

2.4 磁化处理对不同粒径级配泥沙沉降过程的影响

图5为磁化处理对不同粒径级配的泥沙颗粒絮凝沉降过程的影响。不同沉降时间浊度测试值的标准误差为0.04%～3.34%。

由图5可以看出，磁化处理后悬液相对浊度的下降速度增加，即磁化处理加剧了泥沙沉降(p<0.01)。磁化处理对细颗粒含量高的含沙水(D1、D4)沉降的加剧趋势明显高于其他含沙水，沉降前中期(30～60 min)，磁化处理对含沙水D4沉降过程的加剧作用最大，这是因为含沙水D4中泥沙粒径均为0.05 mm以下，无粗颗粒泥沙，磁化处理对其加速作用较大，随着沉降时间增长，磁化处理对含沙水D1沉降过程的加剧作用逐渐变大，因为前期含沙水D1中存在部分对絮凝作用敏感性小的粗颗粒泥沙，随着沉降时间的延长粗颗粒泥沙逐渐沉降完全，而含沙水D1中细颗粒泥沙(粒径小于0.03 mm)含量最高，故沉降120 min时其降幅最大为29.44%；磁化处理对细颗粒含量少的含沙水(D2)沉降的加剧作用最小，沉降120 min时浊度降幅为8.85%；含沙水D3和D4静置结束时(120 min)，悬液相对浊度降幅分别为17.20%和14.96%。除含沙水D3外，M2处理时加剧沉降的效果显著大于M1和M3处理时(p<0.05)，且M1与M3处理间之间差异不显著。

图5 磁化处理下不同粒径级配泥沙相对浊度变化曲线Fig.5 Variation curves of relative turbidity of sediment with different particle size gradations under magnetization treatment

表4为磁化处理对不同粒径级配泥沙中值沉速的影响。磁化处理极显著地增加了泥沙沉降的中值沉速(p<0.01)。细颗粒泥沙含量较多的含沙水D4磁化处理后中值沉速的增幅最大，平均为30.06%；细颗粒泥沙含量最少的含沙水D2磁化处理后中值沉速的增幅最小，平均为5.85%；含沙水D1和D3磁化处理后泥沙中值沉速平均增幅分别为16.51%和21.60%。除含沙水D1外，泥沙沉降的中值沉速平均值均在M2处理时最大；含沙水D1的中值沉速在M1处理时达到最大，这可能是因为含沙水D1中同时包含粗颗粒和细颗粒2种粒径泥沙，沉降前期，磁化处理对含沙水D1中2种粒径泥沙的影响途径不同，磁化处理通过影响含沙水中离子浓度等因素影响细颗粒泥沙的絮凝作用而通过影响水的粘滞系数和密度等影响粗颗粒泥沙的沉降，不同的作用机制下，最优磁化强度有所不同。实际中，磁化处理对不同粒径段泥沙絮凝沉降的影响机制更为复杂，且随时间的变化其最优磁化强度也会存在偏差。

表4 磁化处理下不同粒径级配泥沙中值沉速Tab.4 Median settling velocity of sediment with different particle size gradations under magnetization treatment cm/h

对各组中值沉速计算值进行方差分析，结果如表5所示。磁化强度、粒径级配及两者间的交互作用对中值沉速的影响均达到极显著水平(p<0.01)。且磁化强度与粒径级配对泥沙沉降中值沉速的影响存在一定的交互作用。

表5 不同磁化强度和粒径级配处理下泥沙沉降中值沉速方差分析Tab.5 Variance analysis of sediment settlement median settlement velocity under treatment of different magnetization intensities and particle size gradations

2.5 磁化处理对水的电导率和粘滞系数的影响

表6为磁化处理对水的电导率及粘滞系数的影响。磁化后，含沙水的电导率和粘滞系数增加，增幅分别为0.03%～8.05%和0.09%～5.87%，其中磁化处理对电导率的影响达到极显著水平(p<0.01)。细颗粒泥沙含量较高的含沙水D4磁化处理后电导率的增幅显著高于其他含沙水，平均增幅为4.67%；磁化处理对不同含沙水间粘滞系数的影响差别不大。4种含沙水的电导率和粘滞系数均在磁化强度为0.4 T时增幅最大，最大值分别出现在含沙水D4和D3中，变化率分别为8.05%和5.87%。

表6 磁化处理下水的电导率和粘滞系数Tab.6 Conductivity and viscosity of water treated with magnetization

3 讨论

3.1 磁化处理减缓滴头堵塞的机理

一般认为，灌溉水质与灌水器堵塞直接相关[26]，灌溉水磁化后，水分子平均间距增大，使一部氢键的约束力降低，或者直接断裂，水中自由单体水分子数量增多，水分子的渗透性和流动性增强[27]。磁场给水分子提供部分能量，使水分子热运动加剧[8]，水的扩散系数增大，宏观表现为滴头流量增加，滴头抗堵塞性能提高。此外，水磁化后水中离子间存在极化作用，致使离子间的水合外壳被磁场破坏，导致晶粒生成速度加快、体积变小、晶粒量增加，且水中盐类离子在磁场的作用下存在磁滞效应，盐类的溶解度发生改变[28]，减小了滴头化学堵塞的发生概率。

本试验为模拟引黄灌区高含沙流域，泥沙含量较高(3.0 g/L)，细微粒含量多，颗粒间的絮凝沉降是造成滴头物理堵塞的根本原因。絮凝形成的直接原因是颗粒间的碰撞[29-30]，小粒径是泥沙形成絮凝的基本条件，阳离子是泥沙能够形成絮凝的根本动力，不同的离子浓度也决定了不同的絮凝程度以及絮团尺度[31]。含沙水流经磁场后，磁场对粒子做功，增大了粒子内能[32]，增加了悬浮液中离子的流动性和扩散迁移率，使粒子更活跃，碰撞概率增加，同时磁化处理后水中盐类的溶解度增加，水体阳离子含量增加，泥沙颗粒絮凝作用增强。此外，磁场能够干扰胶体颗粒周围的双离子层及其Zeta电位[33-35]，降低颗粒表面的水化膜作用[27]，水化斥力降低，故磁化处理后颗粒絮凝作用增强。

李建军等[36]研究表明，泥沙絮团在水中的沉降速度主要取决于絮团密度、含沙水密度和粘滞系数，磁化后絮团密度变大、水密度减小[37]，絮团沉速加快。本试验发现磁化处理后含沙水粘滞系数升高(表6)，一方面，粘滞系数升高会阻碍悬浮泥沙的沉降，但由于阻碍作用十分微小，还不足以改变絮凝沉降的加剧趋势，另一方面，粘滞系数升高增强了水流的拖曳能力，泥沙颗粒容易随水排出，不易在滴头流道内淤积造成堵塞。

3.2 磁化处理对不同粒径级配泥沙浑水的作用机理

滴头堵塞由泥沙沉降和泥沙输出共同决定，为了更好地分析含沙水磁化处理对滴头堵塞的减缓机理，本试验以不同粒径级配的泥沙为研究对象，探究磁化后其滴头堵塞及絮凝沉降等的变化规律。

本试验发现富含不同粒径级配的含沙水磁化后，滴头堵塞的减缓情况不同，浑水中细颗粒泥沙含量越多，磁化处理对滴头堵塞的减缓作用及絮凝沉降的加剧作用越大。这是因为磁化处理后泥沙颗粒表面电位下降，泥沙颗粒趋向凝聚，形成絮团，特别是对细颗粒泥沙。研究表明，泥沙表面电荷数量随着泥沙粒径的减小明显增加[38]，故磁化处理对细颗粒泥沙絮凝作用的影响更大。此外，细颗粒泥沙表面张力较大，灌水期时，易在水流紊动作用下形成絮团结构，灌水停止时，滞留在流道中的絮团结构在重力作用下沉降并依附在流道壁面造成滴头堵塞[24]，而粗颗粒泥沙的絮凝作用较弱，主要依靠重力作用沉积在流道内造成滴头堵塞。磁化处理后，含沙水D1、D4絮凝沉降明显加剧，这是因为其粒径小于0.03 mm的泥沙颗粒占比均达到60%以上，细颗粒泥沙表面带有更多的负电荷，磁化处理后对其絮凝沉降的影响更大，但此粒径泥沙受水的布朗运动作用明显，很难依靠自身重力自然沉降，易随水流走[39]，故灌水前期，含沙水D4滴头流量下降缓慢；但含沙水D1中不仅含有65.3%的细颗粒泥沙且含有20%左右粒径大于0.05 mm的粗颗粒泥沙，一方面，粗颗粒泥沙易在迷宫流道内沉降淤积造成滴头堵塞，故含沙水D1在灌水初期，滴头平均相对流量和灌水均匀度下降较为明显，另一方面，含沙水D1中同时包含粗颗粒泥沙和细颗粒泥沙，这种粒径级配的泥沙颗粒在随水流运动中易形成以大颗粒为骨架、小颗粒填充的稳定堵塞物且这种堵塞物间重叠紧密，孔隙小，稳定性强[40]。此外，由于磁化处理后泥沙絮凝作用增强，浑水D1中形成了较多大尺径的絮团结构，改变了原有泥沙粒径级配，泥沙粒径趋向单一，不易形成稳定的堵塞结构，且泥沙絮团结构较为松散，稳定性差，下次灌水时易被水流冲散，难以造成严重堵塞，故含沙水D1磁化处理后滴头堵塞情况减缓最明显。而含沙水D4中无粗颗粒泥沙，泥沙颗粒难以在毛管中沉降，易随水流走，磁化处理后，泥沙颗粒的絮凝作用增强，故在灌水前期，磁化处理加剧了滴头堵塞，但随着灌水时间的延长，沉降在毛管前端的絮团结构逐渐增多堆积成泥沙床，阻碍泥沙运动，且磁化处理后水流的拖曳能力增强，促使部分泥沙颗粒随水排出滴头，进而减缓滴头堵塞。

上述试验结果是在泥沙质量浓度为3.0 g/L条件下取得的，但实际滴灌工程中泥沙浓度较低。在泥沙质量浓度为1.0 g/L、磁化强度为0.4 T条件下，也发现磁化处理在灌溉30次后，滴头的平均相对流量依然大于75%，而未磁化处理在灌水24次后，平均相对流量则小于75%(图6)。

图6 磁化处理下滴头平均相对流量Fig.6 Average relative flow of dripper under magnetization

由图6可知，磁化处理显著减缓了滴头平均相对流量的下降趋势，抑制了滴头堵塞的发展速度。泥沙质量浓度为1.0 g/L的试验结果与较高泥沙含量(3.0 g/L)的基本一致，说明本试验结果能够反映磁化对于滴头堵塞的影响趋势。

3.3 不同磁化强度对滴头堵塞的减缓机理

本试验结果表明，磁化强度为M2时，对滴头堵塞的减缓作用最大，但M1和M3处理时差别不显著，说明随着磁化强度的增加，其作用效果存在一个峰值，而峰值约在0.4 T。这是因为磁化处理后，水的结构发生改变，但其变化程度并非随磁化强度的增加而增加，而是随磁场强度的增加，呈周期性的变化，这一现象可用拉摩定律来解释[41]。刘芳玲等[13]通过探究磁化强度与水表面张力系数的关系指出，溶液表面张力系数并不是随磁化强度的增加呈直线变化，而是存在多个谷值，说明磁化处理的效果随磁化强度的增加呈波动变化。王全九等[14]研究了磁化强度为0.1、0.2、0.4、0.8 T对土壤水盐运移的影响，发现磁化强度为0.4 T时土壤累积入渗量最大、入渗用时最短，磁电一体活化水的含水率、脱盐率、盐分淋洗效率达到最大，含盐量和土壤滞留盐分浓度最低。徐莉等[42]发现，不同对象的最佳磁感应强度不同，与磁化强度也不呈正相关关系，且不同试验对象最适宜的最佳磁化强度不同，今后还需要进行进一步深入探究。

综上，建议采用黄河水等细颗粒泥沙含量高的水源滴灌时，采用磁化强度为0.4 T的磁体进行磁化处理，并定期进行毛管冲洗，以减缓滴头的堵塞。

4 结论

(1)磁化处理减缓了滴头平均相对流量和灌水均匀度的下降趋势，且其减缓作用随磁化强度的增加呈先增后减的趋势，磁化强度为0.4 T时，减缓滴头堵塞的效果最大。

(2)磁化处理对不同粒径级配泥沙浑水的影响不同，对细颗粒泥沙含量较多的含沙水滴灌的影响最显著。磁化处理后毛管前中段淤积泥沙中值粒径减小，沉降过程加剧，泥沙粒径越小，效果越大。磁化强度为0.4 T时，磁化处理后泥沙沉降速度的增幅最大。

(3)磁化处理增加了毛管前段堵塞滴头的数量，不同含沙水处理下毛管前段滴头堵塞率分别提高了11.77%、20.37%、15.56%和23.15%，且磁化强度为0.4 T时，毛管前中段滴头堵塞率最大。建议采用磁化水进行滴灌，并定期冲洗毛管，以减缓滴头堵塞的风险。