圆孔射流式渗灌管的研究（宋秉彝,丁正熙,赵微平）

发布时间：2022-02-22 15:23:44 浏览数：次

摘要：针对目前农田渗灌技术存在的三大问题, 即渗孔易堵、浸润欠匀和成本较高, 研究改微孔“ 渗出” 为“ 圆孔封流” , 采用正交回归方法优化设计, 并辅以管下垫膜, 取得良好的研究成果。

关键词：圆孔封流渗灌管研究

渗灌是利用埋设在地下的管道, 将灌溉水引入田间作物根系吸水层, 主要借毛细管作用自下而上湿润土壤。理论上是一种理想的灌水方法, 但因其特殊性, 渗孔易堵、浸润欠匀和成本较高仍为三大难题, 使实际应用受到限制。本研究走出微孔“ 渗出” 误区, 科学采用“ 圆孔射流” , 大大提高了渗灌管的抗堵塞能力, 再辅以管下垫膜、以蓄为主等措施, 徘徊已久的渗灌技术正呈现出良好的应用前景。

1 材料与方法

1.1 渗灌管

渗灌管采用高压低密度聚乙烯(HP-LDPE)和低压高密度聚乙烯(LP-HDPE)按一定比例混合制成。其外径16.0mm, 壁厚0.5mm, 黑色, 内外壁光滑, 密度0.915-0.935g/cm3,最高使用温度80-95℃。

1.2 试验方法

渗灌管主要技术参数由正交回归分析获得。考核因子(因变量)为孔口流量、堵塞率。影响因子(变量)为孔口直径、运行压力。因子水平见表1。

试验清水(对照)取自机井, 经压力罐沉淀；浑水的土(轻壤土)水重量比为1:99。

2 结果与分析

2.1 试验结果

渗灌管运行中呈机械、化学、生物等复合型堵塞。机械堵塞试验资料, 即不同孔径、运行压力下的清水流量、管内浑水泥沙堵塞率及埋设后管外泥沙堵塞率见表2。

2.2 回归分析

为了解考核因子与影响因子之间的关系性质、密切程度及数量关系, 特做以下回归分析。

2.2.1 管内泥沙堵塞

采用最小二乘法原理, 由表2中资料建立管内泥沙堵塞回归方程式(1)。

y内堵=23.3-13.3x1-5.2x2-0.8x1 2+1.8x2 2-2.0x1x2……(1)

式中：y内堵——管内浑水泥沙堵塞率,%；

x1——孔径（无量纲）；

x2——运行压力（无量纲）。

经F检验：F=52.27＞F0.01=28.24,相关特别显著。复相关系数R=0.994 3。

由式(1)绘管内浑水泥沙堵塞率等值线, 见图1。

2.2.2 管外泥沙堵塞

由表2中资料建立管外泥沙堵塞回归方程式(2)。

y外堵=2.79+0.55x1+0.83x2-0.72x1 2+5.22x2 2-0.93x1x2……(2)

式中：y外堵——管外泥沙堵塞率,%。

经F检验：F=14.17＞F0.01=9.01,相关显著。复相关系数R=0.979 5。

由式(2)绘管外泥沙堵塞率等值线, 见图2。

2.2.3 清水流量与管内外泥沙复合堵塞

由表2资料建立孔口清水流量回归方程式(3)。

y清流=3.37+0.78x1+0.82x2+0.10x1 2+0.20x2 2+0.08x1x2……(3)

式中:y清流——清水流量, (L/h·孔)。

经F检验：F=221.09＞F0.01=28.24，相关特别显著。复相关系数R=0.9997。

据此, 式(1)+式(2), 获管内外泥沙复合堵塞回归方程式(4)。

y复堵=26.09-12.75x1-4.37x2-1.52x1 2+7.02x2 2-2.93x1x2……(4)

式中:y复堵——管内外泥沙复合堵塞率,%。

将式(3)和式(4)绘清水流量与管内外泥沙复合堵塞率等值线, 见图3。

3 综述与讨论

(1)由式(4)和图3分析可得, 在试验范围内孔口堵塞率《10%、孔口流量4.5L/h左右的最佳孔径x1为1(无量纲), 即0.64mm；最佳运行压力x2为0(无量纲),即0.02Mpa。若条件有变, 复合泥沙堵塞率等值线之“槽线”AB与下移平行线bc(间距0.3), 堵塞率等值线10%与20%之间区域abcd, 可供孔径和运行压力的选择。现将试验渗流管主要技术参数列于表3, 可供参考。

(2)本研究尚未涉及化学堵塞, 实践中孔径选择0.6-0.8mm,或1.0mm。但必须符合水力性能设计要求等。

(3)渗灌管管下垫30cm宽塑料膜后, 经实验土壤浸润均匀度显著改善。如湿润宽度由38.5cm增至52.8cm,增大37.1%。在无碍环保下可酌情考虑。

(4)圆孔射流式渗灌管生产成本较低, 在一定面积上试用该系统有望将设备投资控制在7500元/hm2以下。

作者简介：宋秉彝（1926-）, 男, 研究员。

来源：《北京水利》2005年第6期

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