低壓滴灌施肥條件下溫度對(duì)滴頭堵塞的影響

王浩翔，張新燕*，牛文全, ，劉 敏，李 斌

（1.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水利與建筑工程學(xué)院，陜西 楊凌 712100； 2.西北農(nóng)林科技大學(xué) 水土保持研究所，陜西 楊凌 712100）

0 引 言

滴灌施肥時(shí)，由于滴頭內(nèi)部流道尺寸微小，易被灌溉水源中的細(xì)小固體懸浮顆粒[1-3]、肥料離子反應(yīng)生成的化學(xué)沉淀[4-5]、微生物繁殖形成的生物膜等附著[6-7]，導(dǎo)致滴頭堵塞。而堵塞滴頭會(huì)加大滴灌帶上其余滴頭流量，1%～5%的滴頭發(fā)生完全堵塞會(huì)極大影響灌水均勻度，縮短滴灌系統(tǒng)的使用壽命[8]。溫度的變化可導(dǎo)致肥料特性發(fā)生變化，可能增加滴灌施肥時(shí)滴頭的堵塞風(fēng)險(xiǎn)。

【研究意義】灌溉季節(jié)、地域、灌溉水源常導(dǎo)致灌溉用水水溫存在差異。在太陽輻射等外界熱量交換的作用下，裸露在田間的黑色滴灌帶內(nèi)水溫能高達(dá)77 ℃[9]，且滴灌帶首部和尾部溫差可達(dá)20 ℃以上[10]。研究溫度對(duì)滴頭堵塞的影響，對(duì)指導(dǎo)不同地區(qū)、不同季節(jié)的灌溉施肥模式具有重要意義?！狙芯窟M(jìn)展】溫度在滴灌施肥過程中對(duì)滴頭堵塞的影響較為復(fù)雜，一般認(rèn)為溫度升高會(huì)增加顆粒碰撞幾率，促進(jìn)絮凝形成[11]，也可以加快水中鈣、鎂等離子生成碳酸鈣、碳酸鎂等的化學(xué)沉淀，加劇滴頭堵塞程度[12]。但溫度的升高降低了水的黏滯系數(shù)，又能使流體的內(nèi)能增加，減弱分子間作用力導(dǎo)致擴(kuò)散系數(shù)增大[13]，反而能增強(qiáng)滴頭的抗堵塞性能。劉璐等[11]和牛文全等[14]于冬、夏二季進(jìn)行滴頭抗堵塞試驗(yàn)，確定了夏季易堵塞的泥沙粒徑，并發(fā)現(xiàn)夏季滴頭抗堵塞性能高于冬季；冬季施肥質(zhì)量濃度對(duì)堵塞敏感性高于夏季。滴頭的抗堵塞性能不僅與溫度有關(guān)，低壓條件下（20～50 kPa）滴頭流量受溫度變化影響顯著，45 ℃較20 ℃流量增幅在16%以上[15]，但隨著壓力升至100 kPa 乃至200 kPa時(shí)，溫度對(duì)滴頭流量變化影響不大[16]。施肥改變水源的溫度、黏滯系數(shù)、固體顆粒質(zhì)量濃度、pH 值、電導(dǎo)率等參數(shù)，導(dǎo)致各類溶質(zhì)在流道內(nèi)水流紊動(dòng)作用下相互碰撞、吸附、團(tuán)聚、沉淀，增大堵塞風(fēng)險(xiǎn)[17]?！緞?chuàng)新點(diǎn)】以上研究多以全溶肥液結(jié)合泥沙進(jìn)行，沒有考慮肥料自身在不同水溫、質(zhì)量濃度等條件下的溶解特性及所攜非溶物質(zhì)情況對(duì)滴頭堵塞的影響。因此考慮肥料自身特性，細(xì)化溫度梯度并結(jié)合運(yùn)行壓力、加肥濃度對(duì)滴頭堵塞的影響還有待進(jìn)一步研究?！緮M解決的關(guān)鍵問題】在此背景下，本文選擇內(nèi)鑲貼片式滴頭，展開短周期間歇式灌水試驗(yàn)，分析溫度對(duì)水肥一體化滴灌滴頭堵塞的影響，探究不同溫度下低壓滴灌施肥的質(zhì)量濃度閾值，為不同溫度下制定合適的滴灌施肥模式提供一定依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與裝置

試驗(yàn)于2018 年10 月12 日—2019 年7 月15 日在西北農(nóng)林科技大學(xué)灌溉水力學(xué)試驗(yàn)大廳內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)滴灌帶為內(nèi)鑲貼片式滴灌帶（楊凌秦川節(jié)水灌溉設(shè)備工程有限公司），額定流量2.3 L/h，管徑16 mm，壁厚0.2 mm，滴頭為齒形迷宮流道，進(jìn)水格柵數(shù)為8，流道寬0.8 mm，流道深0.8 mm，齒高1.1 mm，齒間距3 mm，流道單元數(shù)14 個(gè)，滴頭制造偏差1.76%。每條滴灌帶長3 m，滴頭間距30 cm，每條滴灌帶含10 個(gè)滴頭。

試驗(yàn)用水為陜西楊凌示范區(qū)居民自來水，水質(zhì)情況如表1 所示。

表1 試驗(yàn)用水水質(zhì)情況 Table 1 Water quality parameters during experiment

試驗(yàn)肥料為三環(huán)果蔬專用復(fù)合肥（云南云天化股份有限公司），總養(yǎng)分≥45%，N、P2O5、K2O 質(zhì)量比為15∶5∶25，硫酸鉀型，高塔造粒，常溫下為白色顆粒，溶于水呈乳白色液體，pH 值7.33～8.10。不同溫度下復(fù)合肥溶解度見表2。

表2 不同溫度下復(fù)合肥溶解度 Table 2 Compound fertilizer solubility at different water temperatures

測(cè)試平臺(tái)參照GB/T17187—2009《農(nóng)業(yè)灌溉設(shè)備 滴頭和滴灌管 技術(shù)規(guī)范和試驗(yàn)方法》[18]、SL/T 67.1-94《微灌灌水器—滴頭》[19]以及國際抗堵塞研究標(biāo)準(zhǔn)草案[20]搭建而成，如圖1 所示。平臺(tái)由單相自吸泵（揚(yáng)程60 m，吸程20 m，最大流量3 m3/h）、單相異步攪拌泵（0.3 kW，1 390 r/min）、壓力表（上海自動(dòng)化儀表股份有限公司，量程0.25 MPa，精度0.001 MPa）、控制閥門、回流槽、120 目過濾器、電子式溫度控制器（控溫精度0.1 ℃，測(cè)控范圍-9～99 ℃）、測(cè)溫探頭、U 型加熱棒（220 V，3 kW）以及待測(cè)試滴灌帶組成。

圖1 試驗(yàn)平臺(tái)示意圖 Fig.1 Test platform schematic

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

為加速試驗(yàn)進(jìn)程，參照國際滴頭抗堵塞研究標(biāo)準(zhǔn)草案[20]，將灌水周期等比例縮短，灌水時(shí)間為1 h，每隔2 h 灌水1 次，1 d 灌水5 次，連續(xù)4 d，每組處理累計(jì)灌水20 h。每組處理結(jié)束后，將換下的滴灌帶置于遮陰通風(fēng)處風(fēng)干，并更換新的滴灌帶進(jìn)行下一組試驗(yàn)。試驗(yàn)因素水平如表3 所示，進(jìn)行完全試驗(yàn)，共80 組，每組處理3 個(gè)重復(fù)。

表3 試驗(yàn)處理 Table 3 Experimental treatments

1.3 測(cè)定指標(biāo)與方法

采用稱質(zhì)量法測(cè)量滴頭出流量，滴頭出流量計(jì)算式[20]為：

式中：Q 為單個(gè)滴頭流量（L/h）；T 為流量測(cè)量時(shí)間（min）；本試驗(yàn)中，T 為10 min；mew空燒杯質(zhì)量（g）；mtw為空燒杯及測(cè)試時(shí)間出流液體總質(zhì)量（g）。

每次灌水期間記錄各滴頭的流量，并采用電導(dǎo)率儀（HANNA HI4522-02）監(jiān)測(cè)水源pH 值、電導(dǎo)率以及滴灌帶首尾滴頭水溫動(dòng)態(tài)變化情況。將滴頭從滴灌帶首部至尾部編號(hào)1～10 號(hào)。每組處理灌水結(jié)束后統(tǒng)計(jì)堵塞滴頭占總滴頭數(shù)的百分比，并記錄堵塞滴頭編號(hào)。

1.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)與方法

平均相對(duì)流量Dra 及克里斯琴森均勻度系數(shù)CU可用于評(píng)價(jià)多個(gè)滴頭整體堵塞程度以及滴灌系統(tǒng)滴頭抗堵塞性能，計(jì)算式[21]為：

式中：qi0為第i 個(gè)滴頭初始流量（同溫度下的清水流量，L/h）；qit為第i 個(gè)滴頭在t 小時(shí)（即第t 次灌水）的出流量（L/h）；n 為單條滴灌帶總滴頭數(shù)。

微灌工程技術(shù)規(guī)范[22]規(guī)定，當(dāng)?shù)晤^流量降低25%時(shí)則認(rèn)為滴頭發(fā)生堵塞，同時(shí)規(guī)定設(shè)計(jì)灌水均勻度系數(shù)CU＞85%。各處理發(fā)生堵塞的滴頭數(shù)占該處理滴頭總數(shù)的比值稱為堵塞率。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)參數(shù)對(duì)滴頭堵塞的影響程度

從表4 可以看出，溫度、運(yùn)行壓力的P＜0.05，說明二者對(duì)滴頭平均相對(duì)流量Dra 的影響達(dá)顯著水平，是影響滴頭堵塞發(fā)生的重要因素。而加肥質(zhì)量濃度、三因素之間的交互作用均未達(dá)顯著水平（P＞0.05），說明加肥質(zhì)量濃度及三因素之間的交互作用對(duì)堵塞的影響并不明顯。

表4 試驗(yàn)方差分析結(jié)果 Table 4 Test result analysis of variance

圖2 不同溫度下Dra、CU Fig.2 Effect of temperature on Dra、CU under different temperature

2.2 溫度對(duì)滴頭堵塞的影響

2.2.1 溫度對(duì)滴頭流量及均勻度的影響

溫度對(duì)平均相對(duì)流量Dra、均勻度系數(shù)CU 的影響如圖2 所示。從圖2 可以發(fā)現(xiàn)，20 次灌水后，Dra、CU 均表現(xiàn)為40 ℃＞30 ℃＞20 ℃＞10 ℃。比較圖2（a）、圖2（c）可以發(fā)現(xiàn)，10 ℃處理在20 kPa 下第11～13 次灌水Dra 出現(xiàn)明顯上升，在50 kPa 下第12～15 次灌水Dra 出現(xiàn)明顯上升，說明10 ℃時(shí)堵塞-清洗現(xiàn)象明顯；而溫度升高至30 ℃和40 ℃時(shí)，Dra的變化相對(duì)較為平穩(wěn)。CU 隨灌水次數(shù)的變化過程（圖2（b）、圖2（d））也可以發(fā)現(xiàn)，CU 僅在10 ℃時(shí)存在回升，其余溫度條件下堵塞-清洗現(xiàn)象并不明顯。根據(jù)Dra、CU 的變化情況發(fā)現(xiàn)，10 ℃時(shí)Dra、CU降幅較大，11～13 次灌水Dra 回升明顯；雖然其余溫度下存在Dra 小幅回升現(xiàn)象，但回升幅度控制在5%以內(nèi)，且CU 變化平穩(wěn)未出現(xiàn)回升現(xiàn)象?？偟膩碚f，溫度越低Dra、CU 降幅越大，升高溫度可使Dra、CU 降幅減小并使其變化平穩(wěn)。

不同運(yùn)行壓力下升高溫度對(duì)Dra、CU 的提高程度不同。將20 次灌水后10 ℃和40 ℃下不同運(yùn)行壓力Dra、CU 變化情況列于表5。由表5 可以發(fā)現(xiàn)，相同灌水20 次條件下，溫度由10 ℃升至40 ℃時(shí)，20 kPa Dra 增加50.64%，30 kPa 增加39.97%，40 kPa增加26.77%，50 kPa 增加15.24%?？梢园l(fā)現(xiàn)，升高溫度對(duì)Dra 的提高程度隨著壓力的升高而減弱。CU也表現(xiàn)出與Dra相同的趨勢(shì)。溫度由10 ℃升至40 ℃，20 kPa CU 增加105.28%，30 kPa 增加79.98%，40 kPa增加54.32%，50 kPa 增加28.06%。由此得出，升高溫度對(duì)Dra、CU 的提高程度隨著壓力的升高而減弱。

表5 10 ℃和40 ℃下不同運(yùn)行壓力Dra、CU 變化情況 Table 5 Changes of Dra and CU under different operating pressures at 10 ℃ and 40 ℃

綜上可知，平均相對(duì)流量Dra、均勻度系數(shù)CU的降幅隨溫度降低而增大，升高溫度可使Dra、CU平穩(wěn)變化；但升高溫度對(duì)Dra、CU 的影響程度隨著壓力的升高而減弱。

2.2.2 溫度對(duì)堵塞率及堵塞滴頭分布位置的影響

溫度對(duì)堵塞率及堵塞滴頭分布位置的影響如表6所示。

表6 不同溫度下堵塞率及堵塞滴頭分布位置 Table 6 Influence of temperature on clogging rate and distribution position of clogging emitter

由表6 可見，運(yùn)行壓力相同時(shí)，溫度越低堵塞率越高。50 kPa 下40 ℃時(shí)堵塞率為13.33%，堵塞發(fā)生在第7、8、9 號(hào)滴頭；30 ℃時(shí)堵塞率為16.67%，第6 號(hào)滴頭發(fā)生堵塞；20 ℃時(shí)堵塞率為23.33%，堵塞發(fā)生于6～10 號(hào)滴頭；當(dāng)溫度降低至10 ℃時(shí)，堵塞率較40 ℃增加23.34%，堵塞發(fā)展至4 號(hào)滴頭。由此可知，溫度降低堵塞率明顯增高。溫度降低時(shí)，肥料溶解度降低，水中固體顆粒濃度增大，滴頭堵塞風(fēng)險(xiǎn)提高，在水頭損失的共同作用下，堵塞隨著溫度的降低由滴灌帶尾部向滴灌帶中部乃至首部發(fā)展。

雖然升高溫度可以明顯降低堵塞率，但不同運(yùn)行壓力下溫度升高相同幅度對(duì)堵塞率的降低程度不同。溫度由10 ℃升至40 ℃時(shí)，20 kPa 堵塞率降低50%，30 kPa 降低40%，40 kPa 降低26.77%，50 kPa 降低23.33%?？梢园l(fā)現(xiàn)，升高溫度對(duì)堵塞率的降低幅度隨運(yùn)行壓力的升高而減弱。

綜上可知，溫度越高堵塞率越低；升高對(duì)堵塞率的降低幅度隨著壓力的升高而減弱；堵塞滴頭一般分布于滴灌帶尾部，隨著溫度的降低，滴灌帶前端滴頭逐漸發(fā)生堵塞。

2.3 運(yùn)行壓力對(duì)滴頭堵塞的影響

2.3.1 運(yùn)行壓力對(duì)滴頭流量及均勻度的影響

圖3 為溫度20 ℃時(shí)不同運(yùn)行壓力下Dra（圖3（a））、CU（圖3（b））隨灌水次數(shù)的變化情況。由圖3（a）可見，20 次灌水后，運(yùn)行壓力為20、30、40、50 kPa 時(shí)，Dra 分別降至40%、50.52%、62.32%、75%?？芍獕毫υ叫?，Dra 降幅越大。且僅在50 kPa時(shí)Dra 大于75%，其余壓力均小于75%。由圖3（b）可見，20 次灌水后，運(yùn)行壓力為20、30、40、50 kPa時(shí)，CU 分別降至-19.11%、6.67%、33.33%、58.64%?？芍獕毫υ叫?，CU 降幅越大。20 次灌水后CU 在各壓力下均低于85%且在20 kPa 甚至降至負(fù)值，灌水均勻性最差?？偟膩砜?，灌水次數(shù)相同時(shí)，運(yùn)行壓力越小Dra、CU 降幅越大；50 kPa 具有最高的Dra、CU 且Dra、CU 變化相對(duì)平穩(wěn)。

圖3 20 ℃時(shí)不同運(yùn)行壓力下Dra、CU Fig.3 Effect of operating pressure on Dra and CU at 20 ℃

2.3.2 運(yùn)行壓力對(duì)堵塞率及堵塞滴頭分布位置的影響

溫度20 ℃時(shí)不同運(yùn)行壓力下堵塞率及堵塞滴頭分布位置列于表7。

表7 20 ℃時(shí)不同運(yùn)行壓力下堵塞率及堵塞滴頭分布位置 Table 7 Effect of operating pressure at 20 ℃ on clogging rate and clogging dripper distribution position

由表7 可知，運(yùn)行壓力越高堵塞率越低。50 kPa處理堵塞率最低，堵塞滴頭分布于第6、7、8、9、10號(hào)；壓力降低至20 kPa 時(shí)，堵塞率上升至60%，堵塞情況最為嚴(yán)重并由滴灌帶后半段發(fā)展至第3 號(hào)滴頭。由于水頭損失的存在，滴灌帶尾部流速相對(duì)首部較小，水流攜帶固體顆粒能力較弱，增加了固體顆粒堵塞流道的風(fēng)險(xiǎn)。運(yùn)行壓力的降低加上水頭損失的存在使得堵塞由滴灌帶尾部不斷向前半段發(fā)展?？偟膩碚f，堵塞率與運(yùn)行壓力呈負(fù)相關(guān)；堵塞一般發(fā)生于滴灌帶后半段，隨運(yùn)行壓力的降低向滴灌帶前半段發(fā)展。

2.4 加肥質(zhì)量濃度對(duì)滴頭堵塞的影響

2.4.1 加肥質(zhì)量濃度對(duì)滴頭流量及均勻度的影響

溫度恒定為20 ℃下不同加肥質(zhì)量濃度Dra 及CU 隨灌水次數(shù)的變化如圖4 所示。從圖4（a）可以發(fā)現(xiàn)，加肥質(zhì)量濃度越大，Dra 減小越大。20 次灌水后3 g/L、4 g/L 處理Dra 均維持在80%以上，且3 g/L在8～15 次灌水還存在有Dra 升高的現(xiàn)象，堵塞程度較輕；而5 g/L 則在第18 灌水后減小至75%以下，堵塞情況較為嚴(yán)重。由圖4（b）可見，CU 減小幅度隨加肥質(zhì)量濃度增大而增大。雖然20 次灌水后各加肥質(zhì)量濃度CU 均低于85%，但3 g/L 前18 次灌水CU均維持在85%以上，第20 次灌水CU 也能維持80%，灌水均勻性較好；4 g/L于第16次灌水CU 減小至85%以下并在20 次灌水后維持在75%左右；5 g/L 灌水均勻性最差，20 次灌水后CU 僅為60%且僅有7 次灌水CU 大于85%?？偟膩碚f，相同灌水20 次后，加肥質(zhì)量濃度越大Dra、CU 減小越大。3 g/L 堵塞風(fēng)險(xiǎn)較低，Dra、CU 變化相對(duì)平穩(wěn)且維持最高水平。

以20 次灌水后Dra 下降超過25%為標(biāo)準(zhǔn)，探究不同溫度下加肥質(zhì)量濃度閾值的變化情況。各溫度下以3 g/L 加肥質(zhì)量濃度為基礎(chǔ)，觀測(cè)20 次灌水后Dra變化情況。若20 次灌水后Dra 下降未超過25%，沖洗滴灌系統(tǒng)并更換新滴灌帶，同時(shí)增加1 g/L 加肥濃度，直至20 次灌水后Dra 下降超過25%。若20 次灌水后Dra 下降超過25%則認(rèn)為該加肥濃度為當(dāng)前溫度下的加肥質(zhì)量濃度閾值。不同溫度下加肥質(zhì)量濃度閾值列于表8。

由表8 可見，溫度越高，加肥質(zhì)量濃度閾值越大，水中固體顆粒質(zhì)量濃度也越高。隨著溫度由10 ℃升高至40 ℃，肥料溶解度由2.6 g/L 升至4.8 g/L，加肥質(zhì)量濃度閾值由4 g/L 相應(yīng)提高至8 g/L，固體顆粒質(zhì)量濃度也由1.4 g/L 升至3.2 g/L，說明溫度的升高能提高加肥質(zhì)量濃度閾值及水流攜帶固體顆粒的能力。溫度通過增大肥料溶解度，使得加肥質(zhì)量濃度閾值得到提高。溫度升高，肥料溶解度增大，同一加肥質(zhì)量濃度下固體顆粒質(zhì)量濃度減小，固體顆粒相互碰撞形成團(tuán)聚體堵塞流道的風(fēng)險(xiǎn)降低；同時(shí)由于溫度升高，流體內(nèi)能增加，水流攜帶固體顆粒能力提高，滴頭抗堵塞性能增強(qiáng)，加肥質(zhì)量濃度閾值得以增大。

圖4 20 ℃時(shí)不同加肥質(zhì)量濃度下Dra、CU Fig.4 Effect of fertilizer concentration on Dra and CU at 20 ℃

表8 不同溫度下加肥質(zhì)量濃度閾值 Table8 Thresholds of fertilizer concentration at different temperatures

表9 20 ℃時(shí)堵塞率及堵塞滴頭分布位置 Table 9 Effect of fertilizer concentration at 20 ℃ on clogging rate and distribution position of clogging emitters

2.4.2 加肥質(zhì)量濃度對(duì)堵塞率及堵塞滴頭分布位置的影響

表9 為20 ℃時(shí)加肥濃度對(duì)堵塞率及堵塞滴頭分布位置的影響情況。加肥質(zhì)量濃度越高堵塞率越高。3 g/L 處理堵塞率僅為6.67%，僅有第8、第9 號(hào)滴頭發(fā)生堵塞；隨著加肥質(zhì)量濃度增加至5 g/L，堵塞率升至23.33%，第6～第10 號(hào)滴頭發(fā)生堵塞。加肥質(zhì)量濃度增加時(shí)，固體顆粒碰撞形成團(tuán)聚體堵塞流道的風(fēng)險(xiǎn)增加，加上水頭損失的存在使得堵塞由滴灌帶尾部不斷向前半段發(fā)展。綜上所述，堵塞率與加肥質(zhì)量濃度呈正相關(guān)；第8、第9 號(hào)滴頭最易發(fā)生堵塞，隨加肥質(zhì)量濃度的增加而向滴灌帶中部發(fā)展。

3 討 論

溫度對(duì)滴頭堵塞的影響較為復(fù)雜。溫度升高黏滯系數(shù)增大[23]，降低了水流挾帶固體顆粒的能力。但同時(shí)溫度的升高增加了水和固體顆粒的動(dòng)能，減小顆粒間的剪切力，一定程度上破壞團(tuán)聚體，增加水流挾帶固體顆粒的能力[24]。本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，低壓滴灌施肥條件下滴頭堵塞程度對(duì)溫度變化較為敏感。溫度變化引起肥料溶解度發(fā)生較大變化，使得水源中固體顆粒質(zhì)量濃度改變，進(jìn)而影響滴頭堵塞程度。溫度升高，肥料溶解度增大，加肥質(zhì)量濃度閾值提高，水流攜帶固體顆粒能力的增強(qiáng)，滴頭抗堵塞性能提高；溫度降低，肥料溶解度減小，固體顆粒質(zhì)量濃度增加，滴頭堵塞風(fēng)險(xiǎn)增大。但溫度對(duì)滴頭堵塞的影響隨著壓力的升高逐漸減弱。當(dāng)壓力為20 kPa 時(shí)，升高溫度對(duì)滴頭堵塞風(fēng)險(xiǎn)的降低較為明顯，隨著壓力提升至50 kPa時(shí)，升高溫度對(duì)降低滴頭堵塞風(fēng)險(xiǎn)的效果減弱，說明壓力的提高使得溫度的影響逐漸減弱。當(dāng)壓力升至100 kPa 甚至200 kPa 時(shí)，溫度的改變對(duì)滴頭流量的影響甚微[21]。

溫度一定時(shí)提高運(yùn)行壓力能顯著降低滴頭堵塞風(fēng)險(xiǎn)，而加肥質(zhì)量濃度的增高則使得滴頭發(fā)生堵塞的風(fēng)險(xiǎn)增大。在低壓（<50 kPa）運(yùn)行條件下，運(yùn)行壓力的變化主要影響流態(tài)的轉(zhuǎn)捩以及流道摩阻系數(shù)f 的變化，轉(zhuǎn)捩的壓力閾值在40～45 kPa 之間[25]。當(dāng)工作壓力P≤40 kPa 時(shí)，f 隨P 的增加而減少，該情況下流態(tài)為層流；當(dāng)工作壓力P≥45 kPa 時(shí)，摩阻系數(shù)f 隨工作壓力的增加趨于穩(wěn)定，流動(dòng)變?yōu)槲闪鳎闪骱退骷羟辛Φ拇嬖跁?huì)使形成的固體顆粒團(tuán)聚體分散破碎，不利于形成更大的團(tuán)聚體，固體顆粒易隨水流出，故50 kPa 處理堵塞程度較輕。本試驗(yàn)所用復(fù)合肥為硫酸鉀型復(fù)合肥，pH 值在7.33～8.10 之間，屬于中高堵塞范圍，易加速水中鈣、鎂離子形成沉淀。加肥質(zhì)量濃度增大時(shí)，水中K+和SO42-離子數(shù)量在增大，流體黏性增大，細(xì)小的固體顆粒也在增多，顆粒間連接力增強(qiáng)[26]，易形成大的顆粒團(tuán)聚體以及硫酸鹽等沉淀，加速流道內(nèi)堵塞物質(zhì)的形成[23]；當(dāng)陽離子增加到一定值時(shí)，雙電層受靜電引力壓縮而變薄，懸浮物絮凝強(qiáng)度及沉降強(qiáng)度顯著增大[24]。同時(shí)加肥質(zhì)量濃度的增大導(dǎo)致不溶固體顆粒質(zhì)量濃度增加，使得固體顆粒相互碰撞幾率增加，易形成大顆粒團(tuán)聚體堵塞流道[27]，故加肥質(zhì)量濃度為3 g/L 時(shí)滴頭堵塞程度較輕。 本試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，堵塞情況最容易發(fā)生在滴灌帶尾部。水頭損失的存在使得滴灌帶末端流速較低，水流的脈動(dòng)強(qiáng)度較小，固體顆粒不易隨水流經(jīng)迷宮流道流出，造成滴頭堵塞。外界條件改變，例如溫度降低、運(yùn)行壓力的減小及加肥質(zhì)量濃度的增加，與水頭損失共同作用下，堵塞由滴灌帶尾部發(fā)展至中部乃至首部。 本試驗(yàn)采用溫控設(shè)備控制溫度，但由于環(huán)境因素滴灌帶首尾存在一定的溫差，雖采取一定措施使溫差控制在4 ℃以內(nèi)，仍影響溫度梯度的進(jìn)一步細(xì)化設(shè)置，試驗(yàn)裝置和管網(wǎng)布置方式有待改進(jìn)。試驗(yàn)所用復(fù)合肥在20～30 ℃溶解度有較大提升，針對(duì)這一溫度范圍，溫度的精確控制以及溫度梯度的進(jìn)一步細(xì)化設(shè)置有待改善。試驗(yàn)所用復(fù)合肥溶解度隨溫度變化影響較大，故針對(duì)不同肥料的物理、化學(xué)和生物特性探究溫度對(duì)滴頭堵塞的影響有待進(jìn)一步的深入研究。

4 結(jié) 論

1）升高溫度、提高運(yùn)行壓力、降低加肥質(zhì)量濃度能有效提高平均相對(duì)流量和均勻度系數(shù)，降低堵塞率。此外，升高溫度還能提高加肥質(zhì)量濃度閾值及水流攜帶固體顆粒的能力；但升高溫度對(duì)滴頭堵塞風(fēng)險(xiǎn)的降低程度隨運(yùn)行壓力的升高而減弱。

2）滴灌帶尾部的第8、9、10 號(hào)滴頭最易發(fā)生堵塞，隨溫度的降低、運(yùn)行壓力的減小、加肥質(zhì)量濃度的增加而逐漸影響滴灌帶中部乃至首部。

3）不同溫度下加肥質(zhì)量濃度閾值不同，10、20、30、40 ℃下分別為4、5、7、8 g/L。