在我国使用地下水进行滴灌的大面积井灌区,由于地下水水质过硬引发的灌水器化学堵塞问题严重制约了滴灌技术在该类地区的大规模推广和应用。解决堵塞问题的关键在于摸清其发生机理、明确其影响因素。基于此,本文以硬水滴灌系统为研究对象,探明硬水滴灌条件下灌水器和滴灌系统发生化学堵塞的一般规律和基本特征,确定影响化学堵塞发生规律的主要内部因素和外部因素及其响应机制,利用精细电子显微技术和物质成分分析手段分析灌水器内的堵塞物质理化特征和动态变化过程,明确灌水器化学堵塞发生的动态过程,揭示硬水滴灌灌水器化学堵塞机理,最终提出了硬水滴灌系统适宜的抗堵塞运行方式。初步得到主要结论如下:(1)明确了滴灌系统化学堵塞过程中灌水器平均相对流量和灌水均匀度随时间的变化可分为“平稳阶段”和“下降阶段”两个特征阶段。堵塞灌水器的流量下降过程也符合先“平稳阶段”后“下降阶段”的变化规律。根据灌水器堵塞过程中流量下降形式将灌水器化学堵塞分为逐渐堵塞、突然堵塞和波动堵塞三类。室内自来水配制硬水滴灌系统的堵塞物质主要成分为碳酸钙,而田间试验灌水器堵塞物中除了化学沉淀还有较多的微小沙粒和生料带残渣,灌水器内既有化学也有物理堵塞过程。(2)分析了影响灌水器堵塞的两个主要因素灌水器过流结构尺寸和水质硬度。利用有序回归分析了对灌水器堵塞的发生时间影响最显著的灌水器特征参数是min(W,H)——过水截面最小尺寸,即灌水器内所有过水截面(包括进水口栅栏的单个过水截面)里截面宽W和深H中的最小者,且min(W,H)值越大,灌水器的抗堵塞性能越好。硬水滴灌条件下,水质硬度越高,灌水器平均相对流量下降越大,灌水器堵塞率越高,对滴灌系统的不利影响越严重,实际生产中使用硬水进行滴灌时,水的暂时硬度应至少低于250mg/L。(3)修正了硬水滴灌条件下灌水器内壁附着层生长模型。附着层的生长分为快速增长期和渐进增长期,两个生长期分别对应滴灌系统平均相对流量和均匀度变化的两个特征阶段,附着层生长动态模型可以很好地描述灌水器内壁附着层的生长过程。根据附着层的生长和剥落特征,结合堵塞灌水器流量变化规律,从微观角度描述了灌水器化学堵塞发生的过程,解释了滴灌系统化学堵塞在毛管上分布随机的特征规律,揭示了化学堵塞的机理。(4)提出了间歇滴灌是适宜的硬水滴灌系统运行方式。相较于连续滴灌运行方式,间歇滴灌有效的提高了滴灌系统平均相对流量和灌水均匀度,显著的抑制了灌水器附着层的生长增厚,缓解了灌水器化学堵塞的发生和加剧。该措施对不同的灌水器有不同的作用效果,单一的迷宫流道结构和较大的过流通道有利于灌水器内堵塞物质的冲出,达到较优的抗堵效果。间歇滴灌是一种安全、有效的抗堵塞运行方式。试验中灌水器内壁附着层厚度最大可达200μm,综合考虑流道附着特征,同时流道还需要一定的空间允许剥落块的通过,建议滴灌系统使用高致堵风险的硬水时,灌水器流道过流结构尺寸(包括深和宽)应至少大于0.8mm。