新型球状防堵滴头的设计

康浩 胡宇祥 卢琳琳 侯在旭 林鲁汪

摘 要：本项目的设计是一种新型的球状防堵滴头，该滴头的防堵结构包括两部分：一、球体空腔结构；二、单向水流阀结构。球体空腔的末端设有进水口，水源从进水口进入滴头流经单向水流阀后由球体空腔中均匀分布的毛细出水孔流向土壤。本新型球状防堵滴头采用的单向水流阀结构具有产生剧烈紊流的效果，能够解决微生物粘膜及细小固体颗粒的堆积及负压回流堵塞问题，并且由于采用了球状滴头，毛细出水孔均匀分布在球体外部，因此灌溉水均匀性好，能够改善根系引起的堵塞问题。

关键词：滴灌技术；防止堵塞；滴头

我国水资源总量为2855×108m3，占全球水资源的6%，居世界第四位。中国以占全球6%的水资源以及9%的耕地支持了占全球22%的人口温饱问题，人均水量与耕地面积的巨大差距使我国成为了贫水国，城市化和工业化的快速发展已经使淡水资源的储备大大减少，再加之我国西北部地区拥有广大的干旱耕地，每年由于干旱造成的耕地荒废极大地降低了土地的生产率，解决灌溉水利用率低的问题迫在眉睫。漫灌、畦灌、沟灌、淹灌等传统的灌溉技术在灌溉时需要大量的水但利用率却十分低下，而且由于其灌溉不均匀容易使土壤或肥料流失而造成浪费，落后的农业灌溉技术已不再适应社会的发展。自以色列发明滴灌技术以来，90%以上的节水率使其成为利用灌溉水最有效的技术，这一项技术也使水肥一体化精准投放成为可能 这对于我国耕地面积大而水源匮乏的现状具有重大意义。然而，在实际应用过程中出现的滴头堵塞问题却严重限制了这一先进灌溉技术的推广和发展。滴灌系统在前期的铺设过程中本就会消耗大量的人力物力，滴头的使用寿命决定着滴灌系统价值产生的多少，其一旦发生堵塞造成的不良影响不仅产生材料浪费而且会严重影响作物的生长情况。而本项目所提供的设计能够有效的改善滴头堵塞问题，从而延长整个系统的使用寿命，减少成本的投入，提高作物的受益。

1 总体设计方案及工作原理

1.1 新型球状防堵滴头的设计

该新型球状防堵结构的设计主要有两点：一、球体的内部空腔；二、单向水流阀。在两个结构的共同作用下能够有效改善滴头的堵塞问题。如下图所示为该设计的结构示意图：

新型球状防堵滴头结构示意图

1）单向水流阀结构包括进水口1、弹簧2、弹簧底座7、防堵皮塞3和皮塞卡槽4。

2）球体空腔结构包括毛细出水口6和空腔5。

1.2 新型球状防堵滴头的工作原理

（1）把支流水管接到滴头的进水口1的接口处，水流沿着管路到达防堵皮塞处3，由于水流产生的水压力的作用会使防堵皮塞3离开皮塞卡槽4从而使水流进入球体空腔5。当水流冲击防堵皮塞3时会在空腔内形成剧烈的紊流，细小的固体颗粒和一些微生物会在紊流的作用下相互发生剧烈的摩擦而避免固结在一起形成较大的固体颗粒或微生物黏膜堵塞出水口。

（2）在非灌溉时期由于管路内部的水压比较小甚至形成负压。为了能够防止水分携带土壤中的微小固体颗粒进入毛细出水口造成堵塞，防堵皮塞3会在球体空腔5内压强减小到一定程度时在弹簧2弹力的作用下弹回到皮塞卡槽4中，这时防堵皮塞3会彻底隔断水源，这会使空腔5和进水口1处的管路形成隔绝的空间避免空腔5形成负压。

（3）毛细出水口均匀的分布在球体空腔上，这样的设计能够使毛细出水口流出的水均匀湿润周围的土壤，植物周围土壤含水越均匀其根系的发展越好，这就能够有效解决滴头根系堵塞的问题，而且对植物的生长非常有利。

2 新型球状防堵滴头的优势

该新型球状防堵滴头是地埋式滴灌系統的末端滴水器，地埋式滴灌系统的管路是埋于地下的，相较于其他类型滴灌系统的优势主要是埋于地下的滴头会直接将灌溉水输送到地表之下的植物根系附近，没有地表水流就大大减少了地表水分的蒸发，加强了节水效率。埋于地下的管路避免了用材直接接触空气，加强了抗老化的能力，延长了使用寿命。由于该系统的隐蔽性较好，不容易遭到破坏，这就使系统的维修和材料的更换减少，避免人力物力的浪费。

地埋式滴灌系统虽然有它特有的优点，但由于其埋于地下，在非灌溉期或管路内水压力减小时细小的出水孔极易因为负压的产生而造成回流。回流的后果是回流水裹挟土壤中的细小固体颗粒进入毛细出水孔从而造成堵塞，旧式的球状滴头防止回流的效果均较差，新型球状防堵滴头在进水口设置了单向水流阀结构，该结构会在滴灌系统产生负压时及时堵塞滴头的进水口避免回流。铺设于土壤表面的滴灌系统其滴灌器直接将灌溉水输送到土壤表面，这种滴管方式的地表蒸发量比较大，而且容易引起土壤板结。植物根系的发展具有向水性，市面上一般滴头的灌溉均匀性较差，土壤含水率的差异会导致植物根系的发展受阻。本项目的新型球状防堵滴头的毛细出水口均匀的分布在球体的外侧，出水均匀性好，湿润面积大，能够良好的诱导植物根系的发展，埋于地下的滴头对土壤结构的破坏较小，起到节水增产的效果。

3 结语

本项目设计的新型球状防堵滴头能够形成强烈的紊流使滴头具有良好的自冲洗功能，水流的单向性使回流问题得到有效改善，球状结构的设计使出水均匀性增强，在实际应用中具有易安装，成本低，适范围广的特点，可以应用在大棚、林地、绿地、山地等不同环境中。

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基金项目：大学生创新创业项目

作者简介：康浩（1996），男，河北石家庄人，吉林农业科技学院本科生，研究方向：农业工程。

*通讯作者： 胡宇祥（1983），男，吉林吉林人，在读博士，讲师，主要从事农业水土工程方面研究。