一种滴灌系统的泥沙逐级调控方法技术方案

本发明专利技术所述的滴灌系统的泥沙逐级调控方法，该方法包括沉沙池沉沙、过滤器拦沙、毛管冲沙和灌水器排沙4级，各级调控之间有效衔接，高效并低成本地解决了滴灌高含沙量的问题；该方法以滴灌系统灌水均匀度为75％为最终控制标准，提出了不同生长年限作物的逐级调控方法及各级调控之间的控制阈值范围，并在此基础上得到了各级调控关键设备的选型、结构的设置及运行参数的选择。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种滴灌系统的泥沙逐级调控方法，属于农业高效节水灌溉

技术介绍
目前我国水资源与耕地资源分布极不均衡，水资源紧缺日益严重，采用地表高含沙水源进行灌溉成为应用热点。滴灌是目前最为节水的一种精量灌溉技术，在水资源紧缺灌区发展滴灌有望成为缓解水资源紧缺问题的有效途径。灌水器(主要指滴头、滴灌管和滴灌带)是滴灌系统最关键的部件，但灌水器流道狭小，水中的颗粒物、溶解盐、化学沉淀、溶解性有机物(DOM)和微生物等杂质都极易引起灌水器的堵塞，这已成为制约滴灌技术应用、推广的主要障碍之一，它解决得好坏直接决定着滴灌工程的使用寿命和应用效益。最为重要的是，地表高含沙水含沙量较高，引用其进行滴灌的同时必然会把大量泥沙带进灌区灌排系统，给滴灌系统的正常运行带来了极大的风险。目前针对高含沙水源滴灌工程的建设主要是通过巨型沉淀池和庞大、复杂的多级过滤设施来处理泥沙问题，可以大幅降低泥沙浓度，但也使得整个滴灌系统的投资急剧增加。如何科学合理、有效地控制泥沙，保证滴灌系统的正常运行，已成为发展高含沙水源滴灌急需解决的首要问题。针对高含沙水源滴灌的高含沙量的问题，目前仅有部分专家学者针对滴灌系统某一关键组成部分(沉沙池、过滤器、毛管和灌水器等)提出了泥沙控制的方法。如西安建筑科技大学卢金锁等提出了一种旋流泥沙分离装置，可有效实现小颗粒泥沙的去除，为使高含沙水作为滴灌水源提供了可能。中国农业大学李云开等提出了一种含沙水源滴灌用沉沙池及其优化方法，该沉沙池通过在条形沉沙池的基础上增设涡管、调流齿等辅助设施，提高泥沙沉降率，并能够及时排沙。上述研究均采用一级设施对泥沙进行处理，即使耗费大量的成本和精力改善并提高设施的泥沙沉降效率等，也不能从根本上解决高含沙水源泥沙高含量、高浓度的问题，更实现不了大范围的推广及应用。最为重要的是，现有研究还未见一整套低成本并高效率的高含沙水源泥沙调控系统，其调控标准和阈值更是未见。基于此，本专利技术提出了一种滴灌系统的泥沙逐级调控方法，该方法以滴灌系统各组成部分为一有机整体，从沉沙池沉沙、过滤器拦沙、毛管冲沙和灌水器排沙逐级对泥沙进行调控，最大限度的发挥每一级的泥沙处理能力，并提出了各级之间的泥沙控制阈值，实现了逐级之间的有效衔接，不仅以较低的成本和最高的效率实现了对高含沙水源滴灌泥沙的处理，为高含沙水源滴灌的推广和应用提供了可能，而且当采用地表高含沙水灌溉时，其含沙量大于2kg/m3时，均可采用本专利技术提供的滴灌系统的泥沙逐级调控方法。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种滴灌系统的泥沙逐级调控方法，该方法包括沉沙池沉沙、过滤器拦沙、毛管冲沙和灌水器排沙4级调控，各级调控之间有效衔接，高效并低成本地解决了滴灌高含沙量的问题。该方法以滴灌系统灌水均匀度为75％为最终控制标准，提出了不同生长年限作物的逐级调控方法及各级调控之间的控制阈值范围，并在此基础上得到了各级调控关键设备的选型、结构的设置及运行参数的选择。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种滴灌系统的泥沙逐级调控方法，包括如下步骤：(1)沉沙池沉沙灌溉水进入沉沙池进行沉沙，以重力式沉沙过滤复合系统为原型，布设斜管和筛网，从而最大限度的提高泥沙沉降效率，其中筛网的目数布设为150目；然后通过对不同的斜管形式、不同的斜管长度、不同的斜管水流方向夹角和不同的斜管下方布水区高度条件下的泥沙沉降率进行对比，得出不同生长年限的作物适用的最优沉沙池斜管布设方式和沉沙池出流泥沙粒径控制阈值；在上述方案的基础上，1年生长的作物适用的最优沉沙池斜管布设方式为：蜂窝状斜管，最适宜长度为85-115cm,与水流方向夹角为60°，下方布水区适宜高度为60cm-80cm，沉沙池的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝23.31μm。在上述方案的基础上，3年生长的作物适用的最优沉沙池斜管布设方式为：蜂窝状斜管，最适宜长度为95-125cm,与水流方向夹角为60°，下方布水区适宜高度为60cm-80cm，沉沙池的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝22.21μm。在上述方案的基础上，5年生长的作物适用的最优沉沙池斜管布设方式为：蜂窝状斜管，最适宜长度为105-135cm,与水流方向夹角为60°，下方布水区适宜高度为60cm-80cm，沉沙池的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝21.37μm。(2)过滤器拦沙经过沉沙池沉沙后的灌溉水进入到过滤器进行两级过滤，一级过滤通过砂石过滤器过滤，在砂石过滤器的不同滤料粒径、过滤与反冲洗流速条件下，对砂石过滤器的水头损失与泥沙去除效率进行分析，得到最优的砂石过滤器运行模式；二级过滤通过叠片过滤器过滤，叠片过滤器的目数为150目，得出不同生长年限作物经过两级过滤的出流泥沙粒径控制阈值；在上述方案的基础上，最优的砂石过滤器运行模式为：均质滤料平均粒径为0.9-1.3mm，过滤流速为0.017m/s，反冲洗流速为0.018m/s，反冲洗开始指标为过滤器前后压差为50kPa，反冲洗结束标准为过滤器前后压差恢复至20-40kPa。在上述方案的基础上，1年生长的作物：过滤器的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝22.14μm；3年生长的作物：过滤器的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝21.56μm；5年生长的作物：过滤器的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝20.65μm。(3)毛管冲沙经过过滤器拦沙后的灌溉水进入毛管中，为最大限度的减少进入灌水器的堵塞物质，通过对不同冲洗频率与冲洗流速下的灌水器的相对平均流量、灌水器的灌水均匀度和堵塞物质干重进行对比分析，确定毛管的最优冲洗方式，并得出不同生长年限作物的毛管的出流泥沙粒径控制阈值；在上述方案的基础上，毛管的最优冲洗方式为：系统每运行64h以0.4m/s的冲洗流速冲洗6min。在上述方案的基础上，1年生长的作物：毛管的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝21.03μm；3年生长的作物：毛管的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝20.66μm；5年生长的作物：毛管的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝19.98μm。(4)灌水器排沙经过毛管冲沙后的灌溉水进入灌水器，针对不同生长年限的作物分别分析不同类型灌水器的灌水均匀度、生产成本及其生产中对环境的影响(用碳足迹表征)，并利用SPPS主成分分析方法对这三个要素建立选择指标，进而筛选出不同生长年限的作物所适宜的灌水器类型，并得出不同生长年限作物的灌水器的出流泥沙粒径控制阈值，最大限度的发挥灌水器的自排沙能力，实现滴灌系统的灌水均匀度为75％的控制标准。在上述方案的基础上，1年生长的作物适用的灌水器类型为单翼迷宫式，灌水器的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝20.95μm。在上述方案的基础上，3年生长的作物适用的灌水器类型为內镶贴片式，灌水器的出流泥沙控制泥沙粒径阈值为D50＝20.04μm。在上述方案的基础上，5年生长的作物适用的灌水器类型为內镶圆柱式，灌水器的出流泥沙控制泥沙粒径阈值为D50＝19.63μm。附图说明本专利技术有如下附图：图1滴灌系统的泥沙逐级调控流程图；图2乌审干渠黄河水粒径级配。具体实施方式以下结合附图对本专利技术作进一步详细说明。一种滴灌系统的泥沙逐级调控方法，包括如下步骤：(1)沉沙池沉沙灌溉水进入沉沙池进行沉沙，以重力式沉沙过滤复合系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种滴灌系统的泥沙逐级调控方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)沉沙池沉沙灌溉水进入沉沙池进行沉沙，以重力式沉沙过滤复合系统为原型，布设斜管和筛网，其中筛网的目数布设为150目；然后通过对不同的斜管形式、不同的斜管长度、不同的斜管水流方向夹角和不同的斜管下方布水区高度条件下的泥沙沉降率进行对比，得出不同生长年限的作物适用的最优沉沙池斜管布设方式和沉沙池出流泥沙粒径控制阈值；(2)过滤器拦沙经过沉沙池沉沙后的灌溉水进入到过滤器进行两级过滤，一级过滤通过砂石过滤器过滤，在砂石过滤器的不同滤料粒径、过滤与反冲洗流速条件下，对砂石过滤器的水头损失与泥沙去除效率进行分析，得到最优的砂石过滤器运行模式；二级过滤通过叠片过滤器过滤，叠片过滤器的目数为150目，得出不同生长年限作物经过两级过滤的出流泥沙粒径控制阈值；(3)毛管冲沙经过过滤器拦沙后的灌溉水进入毛管中，通过对不同冲洗频率与冲洗流速下的灌水器的相对平均流量、灌水器的灌水均匀度和堵塞物质干重进行对比分析，确定毛管的最优冲洗方式，并得出不同生长年限作物的毛管的出流泥沙粒径控制阈值；(4)灌水器排沙经过毛管冲沙后的灌溉水进入灌水器，针对不同生长年限的作物分别分析不同类型灌水器的灌水均匀度、生产成本及其生产中对环境的影响，并利用SPPS主成分分析方法对这三个要素建立选择指标，进而筛选出不同生长年限的作物所适宜的灌水器类型，并得出不同生长年限作物的灌水器的出流泥沙粒径控制阈值，实现滴灌系统的灌水均匀度为75％的控制标准。...

【技术特征摘要】
1.一种滴灌系统的泥沙逐级调控方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)沉沙池沉沙灌溉水进入沉沙池进行沉沙，以重力式沉沙过滤复合系统为原型，布设斜管和筛网，其中筛网的目数布设为150目；然后通过对不同的斜管形式、不同的斜管长度、不同的斜管水流方向夹角和不同的斜管下方布水区高度条件下的泥沙沉降率进行对比，得出不同生长年限的作物适用的最优沉沙池斜管布设方式和沉沙池出流泥沙粒径控制阈值；(2)过滤器拦沙经过沉沙池沉沙后的灌溉水进入到过滤器进行两级过滤，一级过滤通过砂石过滤器过滤，在砂石过滤器的不同滤料粒径、过滤与反冲洗流速条件下，对砂石过滤器的水头损失与泥沙去除效率进行分析，得到最优的砂石过滤器运行模式；二级过滤通过叠片过滤器过滤，叠片过滤器的目数为150目，得出不同生长年限作物经过两级过滤的出流泥沙粒径控制阈值；(3)毛管冲沙经过过滤器拦沙后的灌溉水进入毛管中，通过对不同冲洗频率与冲洗流速下的灌水器的相对平均流量、灌水器的灌水均匀度和堵塞物质干重进行对比分析，确定毛管的最优冲洗方式，并得出不同生长年限作物的毛管的出流泥沙粒径控制阈值；(4)灌水器排沙经过毛管冲沙后的灌溉水进入灌水器，针对不同生长年限的作物分别分析不同类型灌水器的灌水均匀度、生产成本及其生产中对环境的影响，并利用SPPS主成分分析方法对这三个要素建立选择指标，进而筛选出不同生长年限的作物所适宜的灌水器类型，并得出不同生长年限作物的灌水器的出流泥沙粒径控制阈值，实现滴灌系统的灌水均匀度为75％的控制标准。2.如权利要求1所述的滴灌系统的泥沙逐级调控方法，其特征在于，步骤(1)中，1年生长的作物适用的最优沉沙池斜管布设方式为：蜂窝状斜管，最适宜长度为85-115cm,与水流方向夹角为60°，下方布水区适宜高度为60cm-80cm，沉沙池的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝23.31μm。3.如权利要求1所述的滴灌系统的泥沙逐级调控方法，其特征在于，步骤(1)中，3年生长的作物适用的最优沉沙池斜管布设方式为：蜂窝状斜管，最适宜长度为95-125cm,与水流方向夹角为60°，下方布水区适宜高度为60cm-80cm，沉沙池的出流泥沙粒径控制阈值为D50＝22.21μm...

【专利技术属性】
技术研发人员：李云开，冯吉，吴乃阳，李玮珊，韩思齐，
申请(专利权)人：中国农业大学，
类型：发明
国别省市：北京;11