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根灌系统的技术、经济优势
自2001年6月以来,根灌技术成果先后在泉州洛江、新疆库尔勒、哈密、和田策勒、克拉玛依等地进行了应用性试验。试验结果表明,根灌系统节水节肥效果十分突出,灌溉水利用率可达至95%以上,氮肥转化率达到60%,每亩地每年只要260m3灌溉水就可满足新疆青杨套种棉花的生长需要;荒漠植树绿化成效也很显著,在克拉玛依的重盐碱地和策勒县沙漠草甸带的新垦荒地上,植树成活率分别达到90%和95%以上,优于国家标准(国家标准规定年均降水量在400衄以下地区,人工造林成活率>170%)。根灌与渗灌一样同属地下灌溉,渗灌技术的诸多优点根灌也都具备。但是渗灌技术的一些弱点,根灌已经克服并且形成了若干独有的优势。
抗堵塞性能优异
地下灌溉系统最致命的缺陷就是出水口(滴头或渗水孔)易堵塞。出水口的堵塞一方面使出水口不出水或出水流量减少,影响作物的正常生长;另一方面使毛管管路压力分布起变化,出水均匀度降低。严重时会使整个灌溉系统无法正常工作,甚至不得不将整个系统拆除废弃。
根灌系统所有管道都是埋在地下,设计寿命长达20年以上,抗堵塞性能尤为重要,所以从多方面采取措施解决了这一难题。
(1)装设适宜的过滤、沉淀装置预防堵塞
灌溉水在进入根灌管网之前,采用物理方法,预先进行过滤和沉淀是防止堵塞的最好措施。在根灌系统中,储水器进水口和出水口各装有一个不锈钢网式过滤器,过滤器滤网规格分别为40目和60目,大于60目孔径的污物和杂质基本上被截留下来,不进入干管。此外,储水器还兼有沉淀池功能,沉淀下来的杂质可从储水器底面的排污口排出。自出水口滤网延伸出来的所有管道和管件均不用钢铁材料制作,以避免铁锈进入水中。
(2)设置沉沙井是清淤防堵的长效措施
本系统干管中部、末端均设置沉沙井。细微的杂质随灌溉水进入地下管网,天长日久可能会在干管中沉淀,经过数月或数年后,可由沉沙并高出地面的透气口观察,若沉淀物较多必须清除时,可以打开干管末端的阀门,然后迅速打开有关的供水蝶阀,借灌水的冲力将沉淀物排出管外。PVC硬管内壁光滑,输水摩阻和粗糙率小,杂质和沉淀物容易被瞬间急流带出管外。
(3)根灌管独特的结构设计使它不会堵塞
根灌管出水是经过二级分配排出。一级出水是通过根灌管管壁左右两侧的一排出水孔分配出去。出水孔直径2.5~3.5mm,这么大的孔径,不可能在这里发生堵塞。二级出水是通过根灌管两侧沿全长分布的出水缝分配出去。根灌管左右两侧各有沟槽,沟槽沿全长延伸,有档板将沟槽分成四道出水缝,每道出水缝的宽度为O.5mm,长度为4m(设定根灌管每根长度定尺为4Ⅲ)。这么长的缝隙也很难发生堵塞(见图2)。
微灌系统为什么易被堵塞?因为微灌是以相当小的孔口、以非常小的流量供水,流量一般只有1~10L/h,为达到这样小的流量,流道及出水口设计必须非常小。在多数情况下,滴头出水口的直径小于lmm,平均为0.5ml;橡塑渗灌管的渗水孔道平均直径小于0.06ram,内镶式滴渗灌管的出水通道平均小于0.1mm。微灌灌水器流道口只要有几个悬浮固体颗粒就可能形成环形堆积,或者管道内的沉积物可能形成团块涌向灌水器流道口,从而发生堵塞。
微灌是点出水,而根灌是线出水。微灌渗水孔径平均为0.6mm,流道断面积只有0.28mm2。根灌管l道出水缝的面积为2000mm2,是微灌一个渗水孔断面积的7000多倍,所以根灌管很难发生堵塞。
(4)管道内厌氧生化反应形成的酸性环境有助于化淤防堵
根灌系统各级管道除了正常灌溉出水外,每次灌溉都会留下约半管的水在管内。这些水溶液中由于含有有机物,在厌氧条件下会继续进行厌氧生化反应,使有机物分解而产生CH4、C02和H2S等气体。
从上图可看到有机物厌氧生化反应过程包含下述两方面变化:
a 、有机物被微生物利用,浓度降低。
b 、有机物先经过水解酸化处理而后被转化为终点产物CH4、C02、NH3、H2S等和合成新细胞。
另有一部分反应不完全,则可能仅转化为有机酸及少量的醇和酮等低分子有机物。经实测,pH值基本稳定在5——6.5之间,由此形成的酸性环境溶解性好,可消除微小物质聚集淤堵。生化反应后的水溶液在下一次供水时必然先行流出,渗入土壤中,新的水溶液取而代之,又重复进行上次管内存留水溶液的生化反应过程。由于灌溉制度是间歇性的,灌水周期大约为6~7天,有时更长些,地下管网中新输入的液体与原存留管道内的部分微生物菌群接触,有相对稳定的温、湿条件,使上述生化反应得以连续不断地进行。根灌系统管网结构的特点决定了上述生化反应所形成的酸性环境,直接起到化淤防堵作用。
(5)停水负压小,土壤微粒很难进入
微灌系统水源水头压力都比较大,例如渗灌水头压力为l~3m:滴灌系统水源水头压力要30~50m,才能保证滴头工作压力达到10m。滴灌和渗灌系统在压力管道停止输水瞬间均会产生负压,有可能将管道外部的泥沙吸入流道。而根灌管设计水头仅0.5m,根灌管工作压力属于微压,所以很难将泥沙吸入。根灌管两侧的沟槽与挡板之间形成复杂的几何形状,这种几何体流道一方面具有消能效果,使灌水均匀度提高,另一方面增强了抗堵塞能力。即使有少量土壤微粒渗入挡板缝隙,不管是由上缝隙或下缝隙的渗水缝进入,均必须经过4个弯道,才能到达根灌管内。由于土壤中泥沙的容重均大于水,要克服重力向上移动是不可能的。即使有少量微粒粘附在两个耳状的出水缝上,也会被外渗的流水带出。