康浩 胡宇祥 盧琳琳 侯在旭 林魯汪

摘 要：本項目的設(shè)計是一種新型的球狀防堵滴頭，該滴頭的防堵結(jié)構(gòu)包括兩部分：一、球體空腔結(jié)構(gòu)；二、單向水流閥結(jié)構(gòu)。球體空腔的末端設(shè)有進水口，水源從進水口進入滴頭流經(jīng)單向水流閥后由球體空腔中均勻分布的毛細(xì)出水孔流向土壤。本新型球狀防堵滴頭采用的單向水流閥結(jié)構(gòu)具有產(chǎn)生劇烈紊流的效果，能夠解決微生物粘膜及細(xì)小固體顆粒的堆積及負(fù)壓回流堵塞問題，并且由于采用了球狀滴頭，毛細(xì)出水孔均勻分布在球體外部，因此灌溉水均勻性好，能夠改善根系引起的堵塞問題。

關(guān)鍵詞：滴灌技術(shù)；防止堵塞；滴頭

我國水資源總量為2855×108m3，占全球水資源的6%，居世界第四位。中國以占全球6%的水資源以及9%的耕地支持了占全球22%的人口溫飽問題，人均水量與耕地面積的巨大差距使我國成為了貧水國，城市化和工業(yè)化的快速發(fā)展已經(jīng)使淡水資源的儲備大大減少，再加之我國西北部地區(qū)擁有廣大的干旱耕地，每年由于干旱造成的耕地荒廢極大地降低了土地的生產(chǎn)率，解決灌溉水利用率低的問題迫在眉睫。漫灌、畦灌、溝灌、淹灌等傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)在灌溉時需要大量的水但利用率卻十分低下，而且由于其灌溉不均勻容易使土壤或肥料流失而造成浪費，落后的農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)已不再適應(yīng)社會的發(fā)展。自以色列發(fā)明滴灌技術(shù)以來，90%以上的節(jié)水率使其成為利用灌溉水最有效的技術(shù)，這一項技術(shù)也使水肥一體化精準(zhǔn)投放成為可能 這對于我國耕地面積大而水源匱乏的現(xiàn)狀具有重大意義。然而，在實際應(yīng)用過程中出現(xiàn)的滴頭堵塞問題卻嚴(yán)重限制了這一先進灌溉技術(shù)的推廣和發(fā)展。滴灌系統(tǒng)在前期的鋪設(shè)過程中本就會消耗大量的人力物力，滴頭的使用壽命決定著滴灌系統(tǒng)價值產(chǎn)生的多少，其一旦發(fā)生堵塞造成的不良影響不僅產(chǎn)生材料浪費而且會嚴(yán)重影響作物的生長情況。而本項目所提供的設(shè)計能夠有效的改善滴頭堵塞問題，從而延長整個系統(tǒng)的使用壽命，減少成本的投入，提高作物的受益。

1 總體設(shè)計方案及工作原理

1.1 新型球狀防堵滴頭的設(shè)計

該新型球狀防堵結(jié)構(gòu)的設(shè)計主要有兩點：一、球體的內(nèi)部空腔；二、單向水流閥。在兩個結(jié)構(gòu)的共同作用下能夠有效改善滴頭的堵塞問題。如下圖所示為該設(shè)計的結(jié)構(gòu)示意圖：

新型球狀防堵滴頭結(jié)構(gòu)示意圖

1）單向水流閥結(jié)構(gòu)包括進水口1、彈簧2、彈簧底座7、防堵皮塞3和皮塞卡槽4。

2）球體空腔結(jié)構(gòu)包括毛細(xì)出水口6和空腔5。

1.2 新型球狀防堵滴頭的工作原理

（1）把支流水管接到滴頭的進水口1的接口處，水流沿著管路到達防堵皮塞處3，由于水流產(chǎn)生的水壓力的作用會使防堵皮塞3離開皮塞卡槽4從而使水流進入球體空腔5。當(dāng)水流沖擊防堵皮塞3時會在空腔內(nèi)形成劇烈的紊流，細(xì)小的固體顆粒和一些微生物會在紊流的作用下相互發(fā)生劇烈的摩擦而避免固結(jié)在一起形成較大的固體顆?；蛭⑸镳つざ氯鏊?。

（2）在非灌溉時期由于管路內(nèi)部的水壓比較小甚至形成負(fù)壓。為了能夠防止水分?jǐn)y帶土壤中的微小固體顆粒進入毛細(xì)出水口造成堵塞，防堵皮塞3會在球體空腔5內(nèi)壓強減小到一定程度時在彈簧2彈力的作用下彈回到皮塞卡槽4中，這時防堵皮塞3會徹底隔斷水源，這會使空腔5和進水口1處的管路形成隔絕的空間避免空腔5形成負(fù)壓。

（3）毛細(xì)出水口均勻的分布在球體空腔上，這樣的設(shè)計能夠使毛細(xì)出水口流出的水均勻濕潤周圍的土壤，植物周圍土壤含水越均勻其根系的發(fā)展越好，這就能夠有效解決滴頭根系堵塞的問題，而且對植物的生長非常有利。

2 新型球狀防堵滴頭的優(yōu)勢

該新型球狀防堵滴頭是地埋式滴灌系統(tǒng)的末端滴水器，地埋式滴灌系統(tǒng)的管路是埋于地下的，相較于其他類型滴灌系統(tǒng)的優(yōu)勢主要是埋于地下的滴頭會直接將灌溉水輸送到地表之下的植物根系附近，沒有地表水流就大大減少了地表水分的蒸發(fā)，加強了節(jié)水效率。埋于地下的管路避免了用材直接接觸空氣，加強了抗老化的能力，延長了使用壽命。由于該系統(tǒng)的隱蔽性較好，不容易遭到破壞，這就使系統(tǒng)的維修和材料的更換減少，避免人力物力的浪費。

地埋式滴灌系統(tǒng)雖然有它特有的優(yōu)點，但由于其埋于地下，在非灌溉期或管路內(nèi)水壓力減小時細(xì)小的出水孔極易因為負(fù)壓的產(chǎn)生而造成回流?；亓鞯暮蠊腔亓魉鼟锻寥乐械募?xì)小固體顆粒進入毛細(xì)出水孔從而造成堵塞，舊式的球狀滴頭防止回流的效果均較差，新型球狀防堵滴頭在進水口設(shè)置了單向水流閥結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)會在滴灌系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)壓時及時堵塞滴頭的進水口避免回流。鋪設(shè)于土壤表面的滴灌系統(tǒng)其滴灌器直接將灌溉水輸送到土壤表面，這種滴管方式的地表蒸發(fā)量比較大，而且容易引起土壤板結(jié)。植物根系的發(fā)展具有向水性，市面上一般滴頭的灌溉均勻性較差，土壤含水率的差異會導(dǎo)致植物根系的發(fā)展受阻。本項目的新型球狀防堵滴頭的毛細(xì)出水口均勻的分布在球體的外側(cè)，出水均勻性好，濕潤面積大，能夠良好的誘導(dǎo)植物根系的發(fā)展，埋于地下的滴頭對土壤結(jié)構(gòu)的破壞較小，起到節(jié)水增產(chǎn)的效果。

3 結(jié)語

本項目設(shè)計的新型球狀防堵滴頭能夠形成強烈的紊流使滴頭具有良好的自沖洗功能，水流的單向性使回流問題得到有效改善，球狀結(jié)構(gòu)的設(shè)計使出水均勻性增強，在實際應(yīng)用中具有易安裝，成本低，適范圍廣的特點，可以應(yīng)用在大棚、林地、綠地、山地等不同環(huán)境中。

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基金項目：大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項目

作者簡介：康浩（1996），男，河北石家莊人，吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院本科生，研究方向：農(nóng)業(yè)工程。

*通訊作者： 胡宇祥（1983），男，吉林吉林人，在讀博士，講師，主要從事農(nóng)業(yè)水土工程方面研究。