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第7章滴灌系统水质处理

滴灌的施水特点决定了它对灌溉水质的特殊要求，与其他灌水方法比较，不同之处是：滴灌对灌溉水中不产生沉淀的无毒害可溶性盐类限制较宽，甚至可用咸水灌溉；对水源水温也要求不高，不致因水源水温较低而显著地影响地五；但关键不同之处是滴灌有防止堵塞方面的特殊要求：首先对泥沙的数量与粒径要求很严格，最大粒径不得大于滴头出水孔口直径的 1／ 7～ 1／10，即使细粒泥沙含量也受到一定限制；其次必需控制一些会造成沉淀或凝块的化合物含量；此外还要求严格限制水中有机贡和微生物的含量。因此，一般天然水源都无法满足滴灌对水质的要求，必须进行水质分析并有针对性的进行水质处理。水质处理质量的好坏，往往成为一个滴灌系统成败的关键。

第1节滴灌的水源和水质

7.1.1滴灌用水的水源分类

滴灌用水水源根据水源特性可分为地表水、地下水、污水和混合水四类。

⑴地表水

地表水包括河水、湖泊水、水库水、渠水、池塘水、涝坝水等。河水集水面一般位于灌区以外，视河流、河段、季节的不同水质差异较大，常常含有一些有机或无机悬浮物和有机漂浮物，特别是洪水期泥沙含量大；湖泊、水库、池塘、涝坝水的集水面可能距灌区较近，其水质取决于它们的物理、化学和生物环境，并随季节而变化；渠道系输水系统，其水的源头可能是河流，也可能是湖泊和水库。

以地表水为水源的滴灌系统其主要堵塞威胁为水中的悬浮颗粒。地表水中悬浮的杂质可分为有机物和无机物两大类。有机物包括藻类、细菌、生物有机体的碎片、草籽及各种各样的水生物；无机物主要是各种粒径的泥沙，有时也包括一些不溶解或尚未溶解的盐类。

⑵地下水

地下水包括泉水和井水；井水又分机井水和坎尔井水等。

泉水来源于深层地下水，一般都含有较高的碳酸盐水平，尽管不含悬浮有机物，但可能含过量的养分（特别是硝酸盐），因而泉水可能构成的主要问题是形成碳酸盐沉积物，当与其他水源混合时，这种水成为养分的来源。

机井水的特点是：有机物含量低而因成井质量等方面问题，一般情况下水中含沙量较高；井水中经常有超浓度的铁、锰和无机盐，某些井水可能含有硫化氢，有一些井水中可能含有超浓度的硫酸盐和碳酸盐。

坎尔井水系重力作用下由地下暗渠自流流出的地下水，一般水质较好不仅有机物含量低，水中含沙量也低。但经过明渠进入涝坝以后有可能夹带一些有机和无机杂质。

⑶污水

随着城市化的发展的人民生活水平的提高，城市排出的污水量将显著增加，它也是用于非食品作物灌溉的一种重要水源。经过二级处理的城镇污水用于滴灌必须进行再处理。再处理的主要目的是去除水中较多的悬浮物以避免滴头堵塞。

污水经过二级处理后，水中悬浮固体物的浓度与污水的处理方式有关，一般在下述范围之内：氧化池处理60～250mg/L；瀑气池处理50～80mg/L；细流过滤器处理20～60mg/L；活化泥状沉积物处理约15mg/L。

用活化泥状沉积物处理得到的水，与用其它方法处理得到的不同，水中含有形状明确的固

体颗粒，这对沉淀设计和过滤器选择非常有利。应尽可能避免使用含有胶凝的或线状颗粒的二级处理水。经过二级处理后的污水在水质上有很大的可变性，它与污水质量、气候条件和蓄水池等情况有关。

⑷混合水

不同水质的水相混合称为混合水。混合水水质取决于来自不同水源水的水质（特别是水中所含化学元素）和相对数量，以及混合并使用这些水的时间间隔。经验表明，当间隔时间较长时，可能在过滤上存在严重的困难。

复合水源有两种情况，一种是未知情况，指未经证实的水源或数种水混合的水源；另一种是交替情况，指不同水质的水交替出现。当不同水源被适当安排予以利用并且每种水质都被掌握时，可主要考虑条件最差的水源。

7.1.2滴灌的水质分析与水质标准

⑴水样采集

水质处理的目的是将水源来水变成符合滴灌系统要求的水。因此，采集有代表性的水源，是正确地进行水处理的前提条件。一般情况下，水源水质在灌溉季节期间是变化的，应在水质条件最差的时候取样；以机井为水源的，应取该井在设计额定流量情况下由水泵抽出井口的水；如果是河、渠、塘、库等地面水源，应在其离岸一定距离处的水面下取样；若从配水系统中提取水样，首先应对配水管线进行冲洗，以保证水样能代表供水情况；对于自来水，应打开让其流几分钟后再取水样。

水样瓶应采用容积1～2升的塑料或玻璃瓶，使用前必须彻底清洗，以免污染水样。每次取两瓶水样，一瓶用作铁质分析，另一瓶用于其他分析。水样要完全装满瓶子（以排掉空气），小心地贴上标签，封好瓶子并立即送实验室分析；水样最好在低温（一般为4℃）条件下保存。

某些化验分析，如铁、残留氯含量、pH值必须现场测试，否则由于从取样到分析化验有一段时间差，水质易于发生变化。

⑵水质分析项目

实验室对采集的水样需作以下几项分忻：盐分、PH、钙、镁、钠、钾、铁、锰、硼、碳酸氢根、碳酸根、氯化物、硫化物、悬浮颗粒的量和大小，以及游离氯的含量（对民用自来水而言）。对水中含油量也应进行分析，特别是在近油田的地方，油会很快堵塞沙质过滤器或筛网过滤器，也可堵塞滴头，还可使塑料管或其它部件起化学变化。

①悬浮颗粒

水中悬浮的杂质可分为有机物和无机物两大类。有机物包括藻类、细菌、生物有机体的碎片、草籽及各种各样的水生物。无机物主要是各种粒径的泥沙，有时也包括一些不溶解或尚未溶解的盐类。悬浮物每天、每季都变化很大，特别是河、渠、湖、塘、库一类水源。水质分析时应测出在单位水体中这些杂质的含量及其粒径分布，以便采取有效的处理措施。

②含盐量

蒸压砂加气混凝土板植物根系主要靠渗透压从土壤中吸收水分。这种渗透压是由于根系细胞中的可溶盐分浓度高于土壤水分中盐分浓度而产生的。这种渗透压促使水由盐分浓度低的地方通过半透细胞

壁向高含盐量的地方转移，这个过程称为渗透。当用含盐的水灌溉作物时，由于作物对水分的吸收和消耗，灌溉水中的大部分盐分便被遗留和积累到土壤中。盐分的积累使土壤水的盐分浓度升高，从而降低了根系细胞膜的渗透压，从而减缓了植物根系对水的吸收，使作物生长缓慢，出现生理干旱，最后导致作物减产或绝收。因此，灌溉时要控制土壤水分的含盐浓度。含盐量通常用以下两个指标来表示：

A、电导率（ EC），即水单位距离的导电程度，常用单位为毫姆欧／厘米。电导率数值越高表示含盐量越高，反之数值越低表示含量盐越低。不同作物对盐分的敏感程度不同，在相同的电导率条件下，有的作物会死亡，有的作物却能正常生长。使作物产量降低到零的土壤饱和浸出液电导率称为最大电导率（ECmax）；不影响作物产量的土壤饱和浸出浓电导率称为最小电导率（ ECmin），一些主要作物的ECmax阀门加工和ECmin值如表 8— 1所示。当土壤饱和浸出液实际电导率（双臂电桥 EC）介于H者之间时，产量降低百分数可用下式计算：

（7-1）

式中：Y——理论减产百分数（％）；

B、总可溶物含量（TDS），即所言可溶性盐类重量占水重量的百分数，用ppm表示（1PPm＝1mg／L=0．0001％）。TDS与EC之间有一定的关系，大约1毫姆欧/cm＝640PPm。

设计和管理得当的滴灌系统可显著减轻盐害，这是因为滴灌系统使土壤保持在高含水量状态，同时从满头滴出的水在“缓溶”过程中能把盐分转移到根区外缘。

然而在设计和操作滴灌系统中决对不能忽略水的含盐问题，因为滴灌条件下没有深层渗漏，实际上不存在盐分的垂直淋溶问题，即便是工程设计人员在设计滴灌工程时已经考虑了这个问题，也不能掉以轻心。

③PH值

灌溉水源的PH值一般在6.5～8.5范围不会出现什么问题。但是，pH值在水和土壤的各种化学反应中，起主要作用。

它可以决定水中可溶物的存在与否，如铁和碳酸钙可因pH值变化而发生沉淀导致滴头堵塞；水的pH值的大小还可以促进或抑制氯对水生物和细菌的消杀作用，也影响各种土壤养

分的有效性。所以它是一个需要考虑的重要因子。

④钙（ Ca）、镁（ Mg）；钠（ Na）、钾（ K）

钙广泛存在于天然水中，镁在水中含量则较小。含钙和镁多的土壤疏松而易于耕作，而且透水性好，土壤不因为潮湿而粘在一块成胶泥团。由于这一原因，人们经常对紧实土壤施以石膏（钙的化合物）来改进土壤的物理特性。一般讲用含可溶钙和镁高的灌溉水来灌溉是较为理想的。通常实验室把这两个物质合在一起简单地分析Ca＋ Mg在每升水中的毫克当量数（毫克当量／升）。

钠盐易溶于水，大多数天然水中都含有它。钾在天然水中通常含量很少。含钠、钾量高的粘土物理特性很差，变湿时土壤会粘在一起变得粘稠并几乎不透水，干燥时则形成硬块，难以耕作。如长时间用含钠和钾高的水灌溉会使土壤结构变坏，甚至变成盐碱土。听谓“花斑地”通常就是交换性钠含量高的地。水质分析中钾和钠通常放在一起分析。

⑤铁（ Fe）、锰（Mn）

铁以可溶形式（ Fe＋＋）存在，浓度只要有0．IPPm就可以产生堵塞问题。可溶性铁因温

度或压力的变化、pH值的升高或细菌的活动而沉淀下来，结果产生黄褐泥状物或粘团，使整个滴灌系统失效。

地下水中较少出现锰，通常含量也较小，与铁一样锰溶液可因化学反应或生物活动而沉淀。猛的沉淀物颜从深褐（如果混有铁杂质）到黑（如果是纯的氧化锰）。对含锰水进行氯化处理时要特别注意，因为加氯到锰离子完全沉淀需要的时间较长。

⑥硫化物

如果灌溉水中硫化物总量超过0．lppm。硫细菌就较易于在水中繁殖而产生白棉花状的有机硫粘液，堵塞过滤器和滴头。

⑦碳酸氢根（ HCO3）、碳酸根（ CO3）

天然水中普遍存在碳酸氢根，碳酸氢根常以碳酸氢钠（小苏打）、碳酸氢镁等形式存在。当土壤含水量很低时，大量的碳酸氢离子将使钙沉淀，由钠取代其位置。因此用高碳酸氢根的水灌溉钙质土就会逐渐变成钠质上（盐碱土）。

与碳酸根结合的阳离子一般为钠或少量钾。在土壤变干燥时，像碳酸氢根一样，会使钠取代土壤中的钙和镁形成碱性盐碱土。

⑧氯（Cl）

在所有天然水中都有氯化物存在。如浓度大高对作物有害。所有氯化物都是可溶的，都计入土壤总含盐量之中。必须测定氯化物含量以正确评价灌溉水质。

⑶水质标准

对滴灌水源进行水质分析后，应对照水质标准，看该水源水质是否满足滴灌要求，若不能满足，则必须采取相应的措施对水质进行处理，使之满足滴灌要求。

①水质标准分类

目前尚未见到国内外正式颁布的滴灌专用水质标准，但一些学者做了大量研究工作，其中Bucks和Nakayama于1980年提出的表明滴灌系统中水质有问题程度的分类方法被普遍参考采用，见表7-1。

表7-1 滴灌水质分析判别表

水质分析项目	有问题的程度
水质分析项目	没有问题	中等问题	严重问题
食品罐1.含盐量 EC(毫姆欧/cm) THS(ppm) 2.低含盐量引起的渗透性 EC(毫姆欧/cm) TDS(ppm) 钠吸附比SARa 导游扩音器3.毒害性钠(以吸附比SARa表示) 氯(豪克当量/升) (ppm) 硼(ppm) 4.堵塞物理因素: 悬移质颗粒(ppm) 化学因素: pH值不溶固体(ppm) 铁(ppm) 锰(ppm) 硫化氢(ppm) 生物因素: 菌类繁衍(个/毫升)	0.0～0.8 0.0～500 ＞0.5 ＞320以上 0.0～6.0 0.0～3.0 0.0～4.0 0.0～140 0.0～0.5 ＜50香皂包装＜7 ＜500 ＜0.2 ＜0.1 ＜0.2 ＜10,000	0.8～3.0 500～2000 0.5～0.2 320～0.0 6.0～9.0 3.0～9.0 4.0～10.0 140～350 0.5～2.0 50～100 7.0～8.0 500～2000 0.2～1.5 0.1～1.5 0.2～2.0 10,000～50,000	＞3.0 ＞2000 0.2～0.0 ＞9.0 ＞9.0 ＞10.0 ＞350 ＞2.0 ＞100 ＞8.0 ＞2000 ＞1.5 ＞1.5 ＞2.0 ＞50,000