泥沙粒径与含沙量对滴头堵塞的影响

发布时间：2020-07-06 08:03

【摘要】：物理堵塞是滴头堵塞中最常见的堵塞形式，在特定的滴头流道结构下，滴头的抗堵塞性能主要受泥沙颗粒特性的影响，其中泥沙颗粒大小及含沙量的变化对滴头的堵塞具有较大的影响。本文以片式迷宫流道滴头为研究对象，以不同粒径范围、含沙量及泥沙级配组合为试验变量进行浑水滴灌堵塞试验。分别选取粒径小于0.1mm的泥沙颗粒，过筛处理筛选出6种范围的泥沙颗粒，运用全组合试验方法，配置0.5、1.0、1、5g/L3种不同含沙量的浑水，采用周期性间歇滴灌试验方法，分析了不同粒径及含沙量对滴头堵塞的影响，确定滴头堵塞的敏感粒径范围及临界含沙量水平。试验结束后，统计滴头堵塞位置并利用扫描电镜观测堵塞泥沙结构体特性。结合单粒径试验结果，选取4种不同机械组成的泥沙级配进行试验，并对出流泥沙各粒径段所占比例进行分析，并得到以下主要结论： 1)对于单粒径试验来说，较易引起滴头堵塞的敏感粒径范围为0.075D0.1mm和0.03D0.038mm；当含沙量小于1.3g/L时，粒径为0.038D0.05和D0.02mm的泥沙较难引起堵塞，且含沙量变化对堵塞的影响较小；粒径0.02D0.03mm和0.05D 0.075mm的堵塞情况介于上述两者之间。因此在实际灌水过程中应该选取合理的过滤措施，尽可能的滤除0.075-0.1mm与0.03-0.038mm的泥沙颗粒，降低滴头堵塞几率。 2）当含沙量小于1.3g/L时，泥沙粒径是引起堵塞的主要的原因，含沙量变化对堵塞的影响较小；当含沙量大于1.3g/L时，滴头堵塞的机率迅速提高，含沙量为堵塞的主要因素，因此首先应该将灌溉水静置、沉淀，尽可能的将泥沙含量保持在1.3g/L以下。 3）本试验选用的齿形流道滴头的堵塞位置主要发生在流道进口及齿形流道处，在流道出口及缓水区发生堵塞的概率较小，这说明滴头的堵塞位置具有规律性。将堵塞泥沙与原状泥沙用场发射扫描电子显微镜进行观测，研究堵塞机理，得出当粒径范围在0.038D0.1mm之间时，泥沙在流道内不易形成团聚体，造成滴头堵塞的原因是泥沙沉降、堆积；当粒径范围D0.038mm时，泥沙易在流道中凝结成大的团聚体，是造成滴头堵塞的主要原因。因此针对细小泥沙颗粒造成的滴头堵塞机理，应适当在灌溉水中加入适量的分散剂，抑制泥沙团聚体的形成。 4）对于泥沙级配而言，不同的泥沙级配组合对堵塞的影响规律不同，当泥沙含量小于1.0g/L时，粒径范围0.03-0.05mm与大于0.05mm的泥沙颗粒含量较多的级配最易造成滴头堵塞，当泥沙含量大于1.0g/L时，级配对堵塞的影响显著性降低，含沙量成为造成堵塞的主要因素。 5）通过分析泥沙在毛管中的淤积位置、淤积量及颗粒组成情况，当滴头发生严重堵塞的毛管，淤积泥沙主要分布在毛管中段60-100cm处，未发生滴头堵塞或者堵塞非常轻微的毛管，淤积泥沙主要分布在毛管尾段，泥沙级配对泥沙在毛管中的淤积位置影响较小，但对泥沙在毛管中淤积量有较大影响，级配中粒径小于0.03mm的泥沙颗粒较易随水排除滴头，对滴头堵塞影响较小。因此当灌溉水中含沙量较高时，应该尽量滤除粒径较大的颗粒，降低滴头堵塞概率。对于滴灌管中的淤积泥沙而言，应该结合实际情况，按时对滴灌管进行冲洗，以延长滴管系统的使用寿命。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S275
【图文】：

灌水均匀度,灌水次数,变化趋势,系数

受水的布朗运动影响明显，颗粒在流场中长久悬浮，加流出，加上本试验不考虑水质的影响，所以粒径 D3 和 D1、D4 浑水在含沙量为 0.5 g/L 时，灌水 14 次后 qr为为 15%，当含沙量为 1.0 g/L 时，仅灌水 9 次，粒径 D56%和 45.40%，说明即使在低含沙量（0.5 g/L）条件下滴头的堵塞，且堵塞程度随着含沙量的升高而快速发展随水流动，易发生沉积堵塞。D4 粒径段，颗粒结构复含沙量小于 1.0 g/L 时，粒径 D2、D5 灌水结束时，qr 30%，部分滴头发生了较为严重的堵塞，说明粒径 D2程度较 D1、D4 次之。量为 1.5 g/L 时，6 种粒径段浑水平均相对流量随着灌水次时 Cu 均降至 10%左右，大部分滴头发生了较为严重 g/L 时，堵塞的主要控制因素是含沙量，而粒径大小的 3-2 配制的不同泥沙级配浑水堵塞试验结果见图 3-2。

关系图,含沙量,降幅,流量

图 3-3 含沙量与流量降幅关系图Fig.3-3 Relationships of sediment concentration and flow decrease amp图 3-3 可以看出，随着含沙量增大，流量降幅总体呈增大趋势，当时，所有粒径段浑水均造成滴头严重堵塞。其中，粒径 D1 和 D4沙量的增大呈升高趋势，根据滴头堵塞率达到 50%的统计结果（见塞率的灌水次数随含沙量的升高逐渐减少。当含沙量为 1.0g/L 时，次与 9 次后滴头流量降幅超过 50%，说明这 2 种粒径段均较易引起3 和 D6，含沙量小于 1.0 g/L 时，滴头流量变化较小，50%滴头堵约为 20 次，说明当含沙量小于 1.0 g/L 时，这 2 种粒径段的泥沙不径 D2 和 D5，当含沙量分别为 0.5、1.0 g/L 时，流量降幅均在 35%塞率所需的灌水次数基本相同，堵塞情况介于粒径 D1、D4 与粒径析，当含沙量不大于 1.0 g/L 时，粒径是影响堵塞的主要因素，存段，当含沙量在 1.0~1.5g/L 之间时，堵塞是粒径与含沙量共同作用大于 1.5 g/L 时，影响堵塞的主要因素就是含沙量，粒径对堵塞影

变化曲线,均匀度系数,含沙量,灌水次数

Fig.3-4 Changes of Christiansen uniformity coefficient with irrigation frequency under various sedimentconcentrations从图3-4可以看出，在粒径D6条件下，当含沙量为1.0 g/L时，灌水9次，克里斯琴森均匀度系数仍为53.40%，当含沙量为1.2 g/L时，滴头堵塞率达到50%时仍需12次灌水。当含沙量升高到1.3g/L时，灌水7次后

【参考文献】