唐凡 葉頌 甘雨康

1.中國(guó)電建集團(tuán)成都勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院有限公司，四川成都

2.四川省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，四川成都

3.自貢市自流井區(qū)水務(wù)局，四川自貢

1 研究背景及意義

水肥一體化技術(shù)將灌溉水與肥料有效融合，采用滴灌等節(jié)水灌溉方式，準(zhǔn)確高效地將水肥輸送到田間或作物根系部，能顯著節(jié)水節(jié)肥，提升產(chǎn)量和品質(zhì)，降低勞動(dòng)力使用成本[1]。但由于肥料的結(jié)晶或者結(jié)塊，加上水中的泥沙沉積在管道中，容易造成滴頭堵塞，影響灌溉，因而過(guò)濾器對(duì)于滴灌工程來(lái)說(shuō)至關(guān)重要[2]。疊片過(guò)濾器是滴灌工程中常用的一種過(guò)濾器，其過(guò)濾效果好，運(yùn)行成本低，性能可靠，安裝便捷，不足之處在于清洗困難，且需要頻繁地人為清洗，清洗時(shí)往往還需要停止灌溉[3]。

為此，我國(guó)研發(fā)設(shè)計(jì)出了一些自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器[4]。相較于已有的自動(dòng)反沖洗過(guò)濾器，本裝置具有以下優(yōu)點(diǎn)：一是合理利用空間，減少土地資源利用，降低成本；二是形式簡(jiǎn)單，安裝方便，可根據(jù)實(shí)際情況增添或減少疊片過(guò)濾器數(shù)量；三是對(duì)過(guò)濾器的清洗更加徹底，清洗過(guò)濾器時(shí)，加入一定溶解劑或者消毒劑，能更徹底地清除水中的有毒物質(zhì)或化學(xué)沉淀，更利于作物生長(zhǎng)；四是結(jié)合了過(guò)濾器清洗和施肥施藥功能，且清洗過(guò)濾器的過(guò)程與灌溉互不影響。

2 系統(tǒng)組成

該反沖洗裝置由管道、疊片過(guò)濾器、電磁閥、壓力表、控制器、電源、料液池等組成。其中，管道包括來(lái)水管、出水管和棄水管；疊片過(guò)濾器的個(gè)數(shù)不限；電源為蓄電池，如條件允許也可采用太陽(yáng)能為蓄電池充電；控制器包括控制系統(tǒng)和傳感器等，根據(jù)傳感器感受疊片過(guò)濾器處的壓差，進(jìn)而為電磁閥傳遞信號(hào)，以控制閥門(mén)開(kāi)閉實(shí)現(xiàn)反沖洗；料液池可采用封閉或開(kāi)敞形式，根據(jù)具體的水肥一體化形式而定。其具體工作流程如下。

1）正常工作狀態(tài)。正常工作狀態(tài)如圖1所示，灌溉時(shí)，從水源處通過(guò)自流或水泵提供壓力，由來(lái)水管經(jīng)電磁閥進(jìn)入疊片過(guò)濾器過(guò)濾再由出水管輸入田間進(jìn)行灌溉，此時(shí)電磁閥關(guān)閉通往棄水管的管道；施肥前，可打開(kāi)料液池前方的閥門(mén)，為料液池加入適量水，再加入水溶肥或藥進(jìn)行溶解，施肥時(shí)打開(kāi)閥門(mén)c，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)水肥一體化。

圖1 正常過(guò)濾施肥狀態(tài)

2）反沖洗狀態(tài)。反沖洗狀態(tài)如圖2所示，反沖洗狀態(tài)下，料液池中可加入少許對(duì)作物無(wú)害的洗滌劑或消毒劑。以A疊片過(guò)濾器為例，當(dāng)A過(guò)濾器中疊片保留了一定量的泥沙等懸浮顆粒后，便會(huì)導(dǎo)致壓差增加，因此，壓力表讀數(shù)增大，一旦壓差達(dá)到預(yù)設(shè)水平，控制器將信號(hào)傳給電磁閥a，以關(guān)閉通往來(lái)水管之間的管道，打開(kāi)通往棄水管的管道，同時(shí)，通過(guò)控制器控制打開(kāi)閥門(mén)c，水流從閥門(mén)b經(jīng)過(guò)濾器B和預(yù)先配置好的洗滌劑，從出水管一同倒灌入疊片過(guò)濾器A，由圖2可知反沖洗的水從A疊片過(guò)濾器的底部沖上來(lái)進(jìn)入疊片中心，形成一種與灌溉水流相反的由內(nèi)而外的水流沖擊，這會(huì)大大提高對(duì)疊片的清洗程度和效率，洗滌后的廢液從棄水管流出，以達(dá)到反沖洗過(guò)濾的目的。同理，可實(shí)現(xiàn)其余位置疊片過(guò)濾器的清洗。

圖2 反沖洗狀態(tài)

3 關(guān)鍵技術(shù)

與傳統(tǒng)滴灌過(guò)濾器或傳統(tǒng)反沖洗過(guò)濾器相比，該裝置設(shè)計(jì)的關(guān)鍵在于智能控制系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)由線路、電磁閥、控制器等組成，控制系統(tǒng)可根據(jù)自定義的壓差閾值來(lái)調(diào)控閥門(mén)的開(kāi)閉，以實(shí)現(xiàn)反沖洗的智能化，其布置方便，具有使用簡(jiǎn)單、維護(hù)簡(jiǎn)便等優(yōu)點(diǎn)。智能控制系統(tǒng)可考慮兩種實(shí)現(xiàn)方式，一是控制器直接發(fā)信號(hào)給反沖洗閥，調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)閉，或者由控制器通過(guò)控制電流（電路）來(lái)控制電磁閥調(diào)節(jié)閥門(mén)開(kāi)閉。

料液池可考慮兩種形式。一是開(kāi)敞式，這種形式的優(yōu)點(diǎn)在于可以使水肥徹底溶解，且施肥量大；缺點(diǎn)在于施肥時(shí)需要提供動(dòng)力如水泵，或者采用特定設(shè)備如文丘里施肥器或施肥泵。二是封閉式，這種形式優(yōu)點(diǎn)在于無(wú)需任何外部設(shè)備，靠管道自身引流施肥，缺點(diǎn)在于料液器體積有限，溶解不充分，施肥量較小，且多為金屬材質(zhì)，存在腐蝕生銹問(wèn)題，具體形式可根據(jù)實(shí)際情況，如灌溉面積、作物等具體情況而定。

可以考慮將反沖洗裝置與其他常見(jiàn)的過(guò)濾裝置相結(jié)合，組成組合式過(guò)濾器，如將本文的疊片過(guò)濾器與砂石過(guò)濾器組合，同樣可以設(shè)置反沖洗裝置，并且這種組合式過(guò)濾器的適用性和過(guò)濾性將大幅提高，可以滿足水源條件和占地條件更加復(fù)雜的情況。

4 結(jié)語(yǔ)

本文從智能反沖洗過(guò)濾式滴灌水肥一體化裝置的研究背景、系統(tǒng)組成、關(guān)鍵技術(shù)等方面進(jìn)行了分析和闡述。該研究成果具有灌溉水利用效率高、操作及維護(hù)簡(jiǎn)單、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，適宜在多種工況下使用，尤其是在灌溉水源為地下水或含沙量較高的地區(qū)使用。