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Keywords:

  • flow path depth;
  • drip irrigation;
  • reclaimed water;
  • emitter clogging;
  • biofilms
  • profondeur de l'écoulement;
  • irrigation au goutte à goutte;
  • eau de réutilisation;
  • colmatage d'émetteur;
  • biofilms

ABSTRACT

The depth of the flow path of a drip irrigation emitter can affect the anti-clogging ability of a drip irrigation system by changing the flow velocity distribution and material transportation process. In order to evaluate these effects, in this paper a drip irrigation experiment using reclaimed water was performed, and four types of emitters with four flow path depths were chosen for the experiment. The dynamic outflow changes of the emitters were tested with constant intervals and the surface topographical characteristics of biofilms at the inlets and outlets of emitters and the inner lateral walls were tested with the 3D-WLSI (3D white-light scanning interferometer). Thus, the effect of flow path depth on emitter clogging was analysed. The results showed that emitter clogging with different degrees in the 204 hrs was observed. The discharge ratio variation (Dra) and coefficient of uniformity (CU) of emitters all slightly decreased with fluctuant changes. Moreover, clogged emitters were more likely to occur at the end part of the lateral, which revealed obvious difference among emitters with different flow path depths. The average thickness (Sd) and relative average thickness (RSd) of biofilms increased with deeper flow path, while surface topographical characteristics of biofilms varied from smooth to rough. On the other hand, the average thickness and relative thickness of the biofilms at different positions of the lateral represented the order as: Sd head < Sd middle < Sd end and RSd head < RSd middle < RSd end. This was because the flow velocity decreased from the head to the end part of the lateral. Higher flow velocity resulted in limited nutrient supply and slower microbial metabolism, as well as higher turbulence intensity and hydraulic shear stress, which led to the easier detachment of biofilms. In contrast, the lower flow velocity and turbulence could result in the accumulation of biofilms and more serious clogging in the end part. Moreover, the average biofilm thickness at the emitter inlet closest to the end part of the lateral could be selected as a suitable site for monitoring emitter clogging and biofilm growth characteristics. On the other hand, the appropriate range of flow path depths for drip irrigation emitters using reclaimed water was 0.70–0.75 mm, which will provide the reference for exploring the emitter clogging mechanism of reclaimed water drip irrigation and developing efficient clogging control strategies. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.

RÉSUMÉ

La profondeur de l'écoulement d'un émetteur d'irrigation au goutte à goutte peut affecter la capacité d'anti-encrassement d'un système d'irrigation goutte à goutte en changeant la distribution de vitesse d'écoulement et le procédé de transport de matériau. Afin d'évaluer ces effets, une expérience d'irrigation au goutte à goutte avec de l'eau de réutilisation a été effectuée dans le présent document, avec quatre types d'émetteurs et quatre hauteurs d'écoulement. Les changements d'écoulement dynamique des émetteurs ont été testés avec des intervalles constants et mis en regard des caractéristiques topographiques de la surface du biofilm sur les entrées les sorties et les parois latérales internes des émetteurs. Ces caractéristiques topographiques ont été étudiées avec l'interféromètre de balayage en lumière blanche 3D (3D-WLSI). Ainsi, les effets de la hauteur de l'écoulement sur le colmatage de l'émetteur ont été analysés. Les résultats ont montré qu'au bout de 204 heures l'émetteur atteint des degrés divers de colmatage. La variation du rapport de débit (DRA) et le coefficient d'uniformité (CU) des émetteurs ont tous légèrement diminué avec quelques fluctuations. En outre, les émetteurs obstrués étaient plus fréquemment observés à la partie terminale d'une branche latérale, où l'on observe également des variations de hauteur d'écoulement entre les émetteurs. L'épaisseur moyenne (Sd) et l'épaisseur moyenne relative (RSD) des biofilms augmente avec la hauteur, tandis que les caractéristiques topographiques de la surface de biofilm varient de lisse à rugueuse. Par ailleurs, l'épaisseur moyenne et l'épaisseur relative des biofilms à différentes positions d'une branche latérale croissent de l'amont vers l'aval. En effet, le débit le long du latéral décroit de l'amont vers l'aval. Un débit supérieur a abouti à une offre limitée des nutriments et à un métabolisme microbien lent, ainsi qu'à de fortes turbulences et du cisaillement hydraulique, ce qui a conduit au détachement des biofilms. En revanche, le faible débit et les moindres turbulences pourraient entraîner l'accumulation de biofilms et du colmatage plus grave dans la partie terminale. En outre, l'épaisseur moyenne des films biologiques à l'entrée de l'émetteur le plus proche de l'extrémité d'une branche latérale pourrait être choisie comme site approprié pour la surveillance du colmatage des émetteurs et de la croissance du biofilm. D'autre part, la gamme appropriée de la hauteur d'écoulement pour les émetteurs d'irrigation au goutte à goutte avec de l'eau récupérée est de 0.70 à 0.75 mm, qui servira de référence pour explorer le mécanisme de colmatage de l'émetteur et le développement de stratégies efficaces de contrôle du colmatage. Copyright © 2013 John Wiley & Sons, Ltd.