CN101273702A - 分离式蓄流灌水器 - Google Patents

Abstract

一种新的“蓄流分离灌溉”技术理论，即：灌区供水与田间灌溉，是一个不同步、相对独立、不连续、各自运行的两个不同单元，即通过灌溉供水管网将作物所需灌水额定，一次性输送到田间作物用水处的定额的分离式蓄流灌水器之中，渠道或管道供水在很短时间内相对独立的完成供水任务，而作物灌溉耗时是一个与供水无关，在田间相对独立的自行释放的过程，从而改变了我国在供水与灌溉过程中那种传统的“供水、需水、灌溉、完成”连续、同步的灌溉模式；基于“蓄流分离灌溉”技术原理设计的一种分离式蓄流灌水器，能够有效缩减供水时间，具有节水节能、提升灌溉水温、增加灌溉水均匀性和增强用水定额可控性的综合功效；分离式蓄流灌水器由进水管、充水排气微孔、水流排气通道、灌溉用水定额容积袋、水流排气出口、灌溉水出流导管、多孔出流承插连接器、出流微灌管、出流微灌管出流口、灌水器设备固定杆、进水启闭自控阀组成；分离式蓄流灌水器容积形状有圆形、椭圆形两种。

Description

分离式蓄流灌水器

技术领域：

本发明目的是为农业节水灌溉提供一种新的灌水器——分离式蓄流灌水器，以克服和解决目前农业节水灌溉设施中的灌溉水出流关键技术设备——灌水器所存在的：耗能较高、供水时间长、灌溉水温较低、用水定额自控性差等技术问题，从而实现分离式蓄流灌水器：缩减供水时间、节水节能、提升灌溉水温、增加灌溉水均匀性和增强用水定额可控性的综合功效。

背景技术：

公知技术中，国内外在高效节水灌溉技术领域内研究应用的灌溉技术和方法，主要有：喷(微喷)灌、滴灌、膜下滴灌、地下渗灌等，这些节水灌溉系统中灌溉水出流的关键技术设备是——灌水器，如喷灌的喷头；微喷灌的微喷头；滴灌或膜下滴灌的滴头或小孔出流等灌水器。

喷(微喷)灌灌水器，即喷洒水器具，按喷头结构可分为旋转式喷头、固定式喷头和喷洒孔管三种，其中旋转式喷头(射流式喷头)，是我国目前应用最普遍的一种，其中水平旋转式、垂直摇壁式和全射流式喷头各地都有使用。全射流式喷头我国在80年代研制成功，其优点是无撞击部件，结构简单，喷洒性能好；固定式即散水式喷头，特点是水流向全圆或扇形喷洒，射程短，湿润半径3～9m，雾化度较高；喷洒孔管，结构简单；微喷灌水器是喷头的延伸和细化，按结构和工作原理分为射流旋转式、折射式和离心式微喷头，目前我国以工程塑质为主要材料的不同系列多种型号微喷灌已广泛应用于城市园林绿化、经济作物灌溉等。喷灌、微喷灌灌水器技术上存在明显的问题是：喷灌自始至终是持续能源消耗、喷灌强度较高、灌溉喷洒时水分在空气中的飘移损失较多、喷灌均匀度受风影响较大、春季喷灌水温较低影响作物正常生长、喷灌喷头本身不具有灌水定额自控能力等。

滴灌灌水器，它是将滴灌系统中的有压供水，通过滴灌灌水器，如滴头或小孔出流，将有压供水以水滴或渗水的形式对作物根部进行灌溉。滴灌是应用和发展较快的一项高效节灌技术，滴灌灌水器目前有：孔口消能、长流道管式、涡流消能和压力补偿式滴头；将滴头与毛管组装成一体具有兼顾配水和滴水功能的滴灌带(管)，如薄壁软管孔口出流、内镶式滴灌带、在滴灌带的一侧或管壁上热合出不同形状的迷宫式滴灌带技术在我国已广泛使用；此外，将灌区末级毛管中压力水流以涌泉方式出流灌溉、小管出流灌溉，具有工作水头低、孔口大、抗堵塞性能较强等优点。滴灌灌水器技术上存在明显问题是：滴灌自始至终持续能源消耗，春季灌溉时，由于滴灌系统水温较低影响作物正常生长，滴头本身不具有灌水定额自控能力，滴灌灌水器水出流流道断面很小堵塞问题较多(若增加出流断面虽然提高了抗堵塞性，但灌溉均匀度下降)等。

地下渗灌(也称地下滴灌)灌水器，它是将灌水器(渗灌管)埋入地下的一种先进的微灌水技术方法，与滴灌、微喷灌相比节水效果更好，因为渗灌将水直接送到作物根区，地表基本干燥，作物的棵间蒸发很少，耕作层土壤结构保持较好。地下渗灌灌水器技术上存在明显问题是：渗灌自始至终是持续能源消耗、春季灌溉由于渗灌系统的水温较低影响作物正常生长、渗灌本身不具有灌水定额自控能力、地下输水渗灌管与土壤环境关系而发生固体微粒和生物堵塞灌溉水淤堵现象、投入较大管理运行维护等。

公知技术中，现有各种灌水器在工作运行时，都有一个明显共性特征：各种类型的灌水器在工作时，是在管网供水系统恒定的、持续有压条件下实施灌溉的，它将灌溉系统的供水与田间灌水器的灌水作业形成了一个连续的、不间断的、同步的灌溉运行体，灌水器工作时，是一个自始至终拌随着连续有压供水、能源消耗的过程，如果灌溉系统中管网系统首部或者轮灌区的水源供水处一旦停止或终断，那么整个灌溉系统的灌水器灌溉作业就会全部停止，即是目前国内外已生产应用的再好的灌水器也将无法工作。由此所导致的技术问题是：目前的灌水器技术，是以灌溉供水系统持续的高消耗水能、能源为代价而获取的节水灌溉目标，不利于缩减供水时间、不利于灌溉节能、不利于提升灌溉水温、不利于灌溉用水定额的控制。

发明内容：

为尽可能最大限度地提高节水节能和降低能耗，实现经济的节能灌溉目标，解决目前的灌水器工作中所存在的耗能较高、供水时间长、灌溉水温较低、用水定额自控性差等技术问题，本发明提出了一种“蓄流分离灌溉”技术理论，基于此理论原理从技术上研制一种新的分离式蓄流灌水器。这种灌水器，能够实现缩减供水时间，具有节水节能、提升灌溉水温、增加灌溉水均匀性和增强用水定额可控性的综合功效。

本发明提出“蓄流分离灌溉”技术理论原理是：灌区供水与田间灌溉，是一个不同步、相互独立、不连续、各自运行的两个不同单元，即通过灌溉供水管网将作物所需灌水额定，一次性输送到田间作物用水处的具有定额定量的分离式蓄流灌水器容积之中，渠道或管道供水在很短时间内相对独立的完成供水任务，而作物灌溉耗时是一个与供水无关，在田间相对独立的自行释放过程，这就是将供蓄水与作物田间灌溉实施分离的灌溉技术理论。从而改变了我国在供水与灌溉过程中那种传统的“供水、需水、灌溉、完成”连续、同步的灌溉模式。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：基于“蓄流分离灌溉”技术理论原理设计的一种分离式蓄流灌水器，其主要结构有：进水口管径较大的塑质软管；在分离式蓄流灌水器的进水管处设置有“进水启闭自控阀”；进水(充水)时在灌水器装置内上部设有排气微孔及内置排气软管；蓄流过程中的水流排气通道；存贮灌溉用水定额的蓄水有压容积袋；水流排气出口与灌溉水出流导管相连；管径很小的软质塑材灌溉水出流导管；多孔出流承插连接器，上端与出流导管承插连接，下端与多个出流微灌管承插连接；出流微灌管出流口管径微小以满足细流微灌，分离式蓄流灌水器的进水(充水)流量远大于灌溉水的出流流量，以此加速灌水器容积充水在短时间内完成。

在轮灌区供水管网系统的末级毛管上连接分离式蓄流灌水器，在供水过程中当轮灌区内的分离式蓄流灌水器充满水后，即可将该轮灌区的首部水源供水开关关闭，即表明该轮灌区供水作业完成，至于田间作物灌溉与供水和能源供给无关，而是分离式蓄流灌水器容积中的水量在自重作用下，在田间相对独立的自动释放的灌水过程，由此，供水时间、能源消耗、灌水定额及运行管理成本等将显著的减少。

本发明的有益效果是，作物灌溉需水量即灌水额定，一次性输送到田间作物用水处的定额定量的灌水器设施——分离式蓄流灌水器容积之中。田间作物灌溉用水是一个自行释放的过程，灌溉耗时和作业均自动相对独立在田间完成，渠道或管道供水在很短时间内相对独立的完成供水任务，从而完成常规灌溉“供水、需水、灌溉、完成”连续同步性的全过程。这种灌溉技术，能有效地缩短灌水时间和轮灌周期，有效缓解用水紧张期的用水矛盾，省工、省力减少田间灌水作业层次和工作量，由于将供水与灌溉分离，从而减少了供水历时，具有显著的省时节能低耗和减少运行管理成本的功效，由于分离式蓄流灌水器容积中灌溉水出流量很小，使得灌水器容积水量贮存滞留时间较长，利于灌溉水吸收太阳能和灌溉水温的提升。

附图说明：

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明

图1是蓄流分离灌溉原理流程图；

图2是分离式蓄流灌水器结构图。

图1，是蓄流分离灌溉技术理论原理，分离式蓄流灌水器与喷灌、滴灌、渗灌等节水灌溉工作原理不同。喷灌、滴灌、渗灌等灌溉运行过程中轮灌区供水系统，始终在持续有压供水和能源消耗状态下灌溉，直至某次轮灌区灌水作业完成。对于蓄流分离灌溉运行，在管网系统的有压供水作用下，分离式蓄流灌水器快速充水，当灌水器容积充满水后即表明灌水定额已量化完成(灌水定额自控)，这时关闭该轮灌区供水开关终止供水，宣告本轮灌区供水作业完毕，同时也终止了供水系统的能源消耗，此时该轮灌区供水过程全部完成。

常规灌溉系统中的各种灌水方法，从系统供水到某次灌水的完成，灌溉系统是一个自始至终连续性、同步的、持续供水能源消耗过程。显然，灌区作物灌水时间需要多长，则供水和能源的供给就必须保持多长时间，因此，能源供给与作物灌溉历时长度有着十分密切的关系，所以要解决能源消耗过多的问题，务必从减少灌区田间作物灌水时间着手，把田间灌水所消耗的时间及其耗费的能源供应尽可能地向非能源消耗方面转化。蓄流分离灌溉系统的灌溉用水过程是以分离式蓄流灌水器容积中的定额水量，通过微小管出流导管向作物根系灌水，且灌溉的过程中已经脱离了水源的供水和能源消耗，它是依靠分离式蓄流灌水器容积中的水量在自重作用下实施作物灌溉的，他消耗的是水的自然能。蓄流分离灌溉与常规灌溉有着本质上的区别：把作物灌溉运行过程分成以下四个不同阶段：

①灌区管网系统独立供水阶段。开启轮灌区供水开关，向本轮灌区管网系统——干管、分干管及田间输水毛管三级管网供、输水量。

②分离式蓄流灌水器充水和供水终止阶段。当轮灌区管网系统加压运行后，该轮灌区田间输水毛管上的分离式蓄流灌水器，在供水压力作用于下灌水器容积水量很快充水并完成蓄水任务，分离式蓄流灌水器中所蓄水量即为作物的灌水定额。此时，关闭本轮灌区的供水开关，表明本轮灌区供水任务已经完成，意味着能源供应宣告结束。

③田间灌溉独立完成阶段。在切断水源停止供水不消耗能源的情况下，轮灌区田间分离式蓄流灌水器容积中的水量，在水量自重的作用于下，将自由水能转化为出流动能，通过分离式蓄流灌水器的微小出流导管，以细流方式逐步浸润作物根系局部土壤，实施细流渗水的节水灌溉方式，这就是蓄灌分离灌溉技术理论“蓄”与“流”，“供水”与“灌溉”相互分离关系的重要灌溉技术思想。

④灌溉水温提升阶段。由于分离式蓄流灌水器容积水量出流量很小，因此，分离式蓄流灌水器容积中的水量有一个相对较长的滞存时间和空间，为灌水器吸热材料和灌溉水吸收太阳能增温提供了条件。

图2，分离式蓄流灌水器结构：1、灌水器的进水管；2、灌水器充水时的排气微孔；3、水流排气通道；4、灌溉用水定额容积袋；5、水流排气出口；6、灌溉水出流导管；7、多孔出流承插连接器；8、出流微灌管；9、出流微灌管出流口；10、灌水器设备固定杆；11、进水启闭自控阀。

具体实施方式：

图2中：分离式蓄流灌水器的进水管(1)，进水管与轮灌区管网系统的末级毛管相承接，管径一般较大多设计Φ25～30mm的塑质软管，以确保在较短时间内灌水器容积水量充满；分离式蓄流灌水器充水时的排气微孔(2)，进水(充水)时在灌水器内的上部，设有排气微孔及内置排气软管，以确保灌水器充水过程中空气的排除；分离式蓄流灌水器水流排气通道(3)，是蓄流过程中的水流排气通道；灌溉用水定额容积袋(4)，是存贮灌溉用水定额的有压容积袋，没有充水前近似椭圆形平面，充水完成后为椭圆或圆形状态，由具有承受3～4kg/cm²水压力和抗拉伸强度防老化和吸热能力较强的工程塑材制成；水流排气出口(5)，排气出口与灌溉水出流导管相连；灌溉水出流导管(6)，由管径很小的软质塑材制成导管；多孔出流承插连接器(7)，上端与出流导管承插连接，下端与多个出流微灌管承插连接；出流微灌管(8)，灌溉水出流的微细小的软质塑材管；出流微灌管出流口(9)，管径微小一般为Φ0.8～1.2mm的塑质软管，以满足作物对灌溉水出流较为缓慢而形成细流微灌的要求，同时为水量在灌水器容积中贮存较长时间充分吸收太阳能提高灌溉水温创造条件；固定杆件(10)，防止风吹影响而稳定分离式蓄流灌水器的固定杆件；进水启闭自控阀(11)，当分离式蓄流灌水器容积水量充满后达到一定水压时，该自控阀自动关闭，灌溉水流不再流入分离式蓄流灌水器容积中，此时，灌水器中的灌溉水在自重力作用下缓慢出流直至放空；当下一次供水时，在水压作用下，该自控阀自动开启。

Claims (8)

1. 分离式蓄流灌水器，其特征是：分离式蓄流灌水器进水管与农田的轮灌区供水管网系统的末级毛管相承接，进水管径为塑质软管且管径较大，可确保短时间内灌水器容积很快充满灌溉水量。

2. 分离式蓄流灌水器，其特征是：在分离式蓄流灌水器的进水管处，设置有“进水启闭自控阀”，即当分离式蓄流灌水器容积水量充满后达到一定水压时，该自控阀自动关闭，灌溉水流不再流入分离式蓄流灌水器容积中，灌水器中的灌溉水在自重力作用下缓慢出流直至放空；当下一次供水时，在水压作用下，该自控阀自动开启。

3. 分离式蓄流灌水器，其特征是：分离式蓄流灌水器内的上部，设有排气微孔及排气软管，以及水流排气通道和出口，以确保灌水器充水过程中空气的排除。

4. 分离式蓄流灌水器，其特征是：存贮灌溉用水定额的分离式蓄流灌水器容积，近似圆形或椭圆形两种结构形状。

5. 分离式蓄流灌水器，其特征是：充水时的排气出口与灌溉水出流导管相连，即灌溉水出流与排气出口为同一出口通道。

6. 分离式蓄流灌水器，其特征是：有多孔出流承插连接器，其上端与出流导管承插连接，下端与多个出流微灌管承插连接。

7. 分离式蓄流灌水器，其特征是：灌溉水出流口是一种微细的塑质软管，该出流口径明显地比分离式蓄流灌水器的进水管径小，以满足作物对灌溉水出流较为缓慢而形成细流微灌的要求，同时为水量在灌水器容积中贮存较长时间充分吸收太阳能提高灌溉水温创造条件。

8. 分离式蓄流灌水器，其特征是：为防止风吹错位等影响，分离式蓄流灌水器设有固定杆件，以稳定分离式蓄流灌水器设备。

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