加气对灌溉水黏性泥沙絮凝沉降的影响

吕 畅，张二信，张文倩，赵 雪，王彦邦，牛文全

加气对灌溉水黏性泥沙絮凝沉降的影响

吕 畅1,2，张二信1,2，张文倩1,2，赵 雪1,2，王彦邦1,2，牛文全1,3※

（1. 西北农林科技大学旱区农业水土工程教育部重点实验室，杨凌 712100；2. 西北农林科技大学水利与建筑工程学院，杨凌 712100；3. 中国科学院水利部水土保持研究所，杨凌 712100）

为研究黄河水水肥气一体化灌溉时加气对灌溉水中黏性泥沙沉降能力的影响，配置5种浓度的高岭土悬浊液（1、3、5、7和10 g/L）和4种肥料质量分数（0、0.2%、0.5%、1.0%）的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水，分析了加气前后的相对含沙量、泥沙中值沉速和沉降泥沙中值粒径。结果表明：加气显著促进浓度为3～10 g/L黏性泥沙的絮凝沉降（<0.05），且促进作用随泥沙浓度的增加而增强。与未加气处理相比，冬、夏季加气处理后泥沙中值沉速分别提高48.67%～70.98%和33.04%～57.52%，沉降泥沙中值粒径增大7.62%～13.95%和6.83%～13.24%。加气促进黏性泥沙絮凝沉降的作用与浑水中施加的肥料类型及浓度有关，促进作用随肥料浓度的增加而减小。对于肥料质量分数为0.2%～1.0%的硫酸钾肥、复合肥及尿素浑水，加气处理后泥沙中值沉速分别提高20.00%～32.12%、18.71%～130.40%和91.19%～170.21%。施加硫酸钾肥加气后泥沙中值沉速最大，为0.399～0.450 mm/s，施加复合肥加气后泥沙中值沉速最小，为0.288～0.330 mm/s。加气、肥料类型、肥料浓度分别单独或交互均极显著影响泥沙沉降（<0.01）。研究结果对于明确水肥气一体化灌溉管网系统泥沙淤积规律具有重要意义。

灌溉；泥沙；肥料；加气；黏性泥沙；絮凝沉降

0 引 言

水肥气一体化灌溉因其能够显著提高作物产量、品质，改善作物根区土壤通气性，提高水肥利用效率，近年来已成为研究热点[1]。利用黄河水进行水肥气一体化灌溉能够在一定程度上缓解水资源紧缺问题。但黄河水含沙量较高且黏性泥沙含量较多，采用沉淀和过滤处理高浓度细小泥沙难度较大[2]。同时黏性泥沙具有比表面积大、电化学性质复杂等特点，受含沙量、矿物成分、电解质、温度、pH值等因素影响极易发生絮凝[3-4]，泥沙絮凝沉降引起的泥沙淤积会对灌溉系统的运行产生不利影响。当黏性泥沙进入到水肥气一体化灌溉系统时，肥料的存在使水质条件发生改变[5]，加气使水体粘滞性发生改变[6]，从而可能影响泥沙的絮凝沉降过程。……