Chemical Clogging of Emitters and Evaluation of Their Suitability for Saline Water Drip Irrigation

• Published in: Irrigation and drainage Vol. 65; no. 4; pp. 439 - 450
• Main Authors: Lili, Zhangzhong, Yang, Peiling, Ren, Shumei, Li, Yunkai, Liu, Yu, Xia, Yuhong
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Chichester Blackwell Publishing Ltd 01.10.2016; Wiley Subscription Services, Inc
• Subjects: anti-clogging capacity; calcium; calcium carbonate; capacité anti-colmatage; Carbonates; chemical composition; chemical deposits; China; colmatage de goutteurs; drip irrigation; dépôts chimiques; eau saline; emitter clogging; Emitters; Freshwater; goutte-à-goutte; Irrigation; magnesium; microirrigation; Plugging; Quartz; Saline water; Salt water; Shortages; silicates; sodium chloride; water shortages; China, People's Rep., Inner Mongolia; China, People's Rep; China
• ISSN: 1531-0353; 1531-0361
• DOI: 10.1002/ird.1972

Drip irrigation with saline water is one of the most effective methods to ease the current worldwide water shortage. However, there are more ionic compositions in saline water, resulting in easy clogging of drip irrigation emitters. In this study, we selected five common emitters as study subjects and conducted a saline water drip irrigation experiment in the Hetao Irrigation District (Inner Mongolia, China). The results showed that, as the running time increased, the discharge ratio variation (Dra) and coefficient of uniformity (CU) both declined. The Dra and CU of cylindrical emitters decreased gently, while those of flat emitters showed a 'slow–fast' downward trend. The Dra of the five different emitters decreased to 46.3–78.6% and the CU dropped to 23.5–85.0% over the course of the experiment. Cylindrical emitters with higher flow showed better anti‐clogging capacity. The temporal and spatial distribution of clogging materials within emitters differed. Specifically, the dry weights (DW) of clogging materials in different positions occurred in the order of DWhead < DWmiddle < DWend laterally, and clogging materials accumulated gradually with time. The average clogging materials distribution density showed a significant negative linear relationship with Dra and CU (R2 = 0.81 and 0.88). It indicated that as the clogging materials accumulated, the anti‐clogging capacity of emitters degraded. The chemical constituents of the clogging materials in the different emitters were the same (Ca + Mg carbonate, quartz, silicate and litter sodium chloride). The amounts of Ca + Mg carbonate showed a strong positive correlation with Dra and CU (R2 = 0.93 and 0.92), while the amounts of quartz showed a remarkable negative linear relationship with Dra and CU (R2 = 0.85 and 0.87). The main material responsible for emitter clogging was calcium carbonate deposits, which accounted for >88.1% of the total. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd. Résumé L'irrigation au goutte‐à‐goutte avec des eaux salines est une des méthodes les plus efficaces pour atténuer la pénurie actuelle d'eau dans le monde. Cependant, la composition ionique des eaux salines tend à s'accroitre, ce qui peut résulter en des problèmes de colmatage des goutteurs. Dans cette étude, nous avons choisi cinq gouteurs classiques comme objets d'étude et avons mené une expérimentation d'irrigation au goutte‐à‐goutte avec des eaux salines dans le district d'irrigation de Hetao (Mongolie Intérieure, Chine). Les résultats ont montré que, au cours de l'irrigation, la variation du taux de décharge (DRA) et le coefficient d'uniformité (CU) ont tous deux diminué. La DRA et le CU de goutteurs cylindriques ont diminué légèrement, tandis que ceux des goutteurs plats ont une diminution de tendance ‘lente‐rapide’. La DRA de cinq goutteurs différents a diminué de 46.3 à 78.6% et le CU a chuté à 23.5 de 85.0% au cours de l'expérimentation. Les goutteurs cylindriques avec un débit plus élevé ont montré une meilleure capacité anti‐colmatage. La distribution spatiale et temporelle des matières colmatantes dans les goutteurs ont été différentes. Plus précisément, le poids sec (DW) des matières colmatantes s'est répartit de la sorte: DW en tête de goutteur < DW au milieu du goutteur < DW en bout de goutteur, et les matières colmatantes se sont accumulées progressivement avec le temps. La densité moyenne de distribution des matières colmatantes a montré une relation linéaire négative significative avec le DRA et le CU (R2 = 0.81 et 0.88). Ceci indique que lors les matières colmatantes s'accumulent, la capacité anti‐colmatage des goutteurs est dégradée. Les compositions chimiques des matières colmatantes ont été les mêmes dans les différents goutteurs (carbonates de calcium et de magnésium, le quartz, le silicate et chlorure de sodium). Les quantités de carbonates de calcium et de magnésium ont montré une forte corrélation positive avec le DRA et le CU (R2 = 0.93 et 0.92), tandis que les quantités de quartz ont montré une relation linéaire négative remarquable avec le DRA et le CU (R2 = 0.85 et 0.87). La matière colmatante principale responsable de l'obstruction des goutteurs a été les dépôts de carbonate de calcium, qui a représenté plus de 88.1% du total. Copyright © 2016 John Wiley & Sons, Ltd.