CN101663983A - 一种曝气地下滴灌系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种曝气地下滴灌系统，它包括水源、输水干管(6)、输水支管(10)和灌水毛管(11)，在输水干管(6)上串联增压泵(5)，其特点是在输水干管(6)上并联曝气室(1)，曝气室(1)内有微孔曝气部件(7)，空气压缩机(2)通过储气瓶(3)、带有单向阀(9)的通气软管(8)和曝气室(1)内的曝气部件(7)相连通，在单向阀(9)和气流控制阀(13)之间有一支路通气管(14)与曝气室(1)相连通，通过水气供应和阀门的控制可以实现普通地下滴灌、曝气地下滴灌和单纯的地下通气三大功能，结构简单，成本低，能量损耗小，掺气比率可控且范围宽泛，使用和管理维修方便，节约劳力，同时可将肥料溶于水，进行肥水气同时灌溉，提高肥料的利用效率，减少对土壤和地下水的污染。

Description

一种曝气地下滴灌系统

技术领域：

本发明涉及农业灌溉技术领域，具体地讲是一种曝气地下滴灌系统。

背景技术：

通过对根区补充空气来解决氧气不足的问题，一直是生产者和研究者所关注的问题。人们很早就在理论和实验层面上认识到土壤通气的好处，但由于缺乏适宜的空气注射设备导致大田应用很难实施。向土壤通气的理念首先由Enyeart提出，最早的实验开始于上个世纪80年代，1979年Daigger等对马铃薯和胡萝卜开始了地下通气的实验，他们利用空气压缩机向地埋边壁打孔的水龙带注射空气，结果显示通气处理可以提高作物的品质，一级马铃薯的产量更多，收获的胡罗卜的长度更大。Busscher利用同样的方法开展了茄子、大豆和番茄的大田和盆栽地下通气试验，结果表明地下通气提高了三种作物的产量。但是直接向土壤中注入空气的方法，因烟囱效应会导致注入气体很快逸出，令该方法的实际效果大打折扣，导致其动力消耗费用高而很难大面积应用。向根区中注入H₂O₂也是解决土壤氧气亏缺问题的一种选择，但由于H₂O₂性质不稳定使其贮存和运输不太方便，再加上较高的费用以及对土壤环境潜在的不利影响，导致该方法的应用受到一定的限制。

随着地下滴灌技术的日臻完善和大面积推广应用，普通地下滴灌在灌溉时造成的植物根系暂时缺氧问题，影响了大田根区土壤的通气环境。利用地下滴灌系统把掺气水或者掺气水肥混合流体输送到植物根区，能有效改善植物根围的水、肥、气、热环境，达到提高水肥利用效率、增加经济产量和改善收获品质的目的。如何把空气以微小气泡的形式均匀地掺入到滴灌管道系统的水当中，是事关该方法成败的关键问题。如果掺入的空气没有与水均匀混合，或者形成大的气泡，都有可能在管道运输当中出现水气分层的现象，影响空气进入到土壤当中的均匀度，或者出现空气难于进入土壤的情形。目前国外多采用Mazzei Injector公司生产的Mazzei文丘里注射器来完成空气的掺入，Mazzei文丘里注射器的工作原理与普通文丘里一样，遵循伯努利定律：当一定压力的水流从文丘里进水端进入到喉道时，由于喉道半径变小导致水流速度变大，水的压力相应降低，当压力低于外界大气压时，空气就会通过进气口被吸进来掺入到水流当中，当高速的水气混合体从喉部流向文丘里出口端时，由于管道半径变大导致水流流速降低，动能转化为势能使压力增加，继续以有压流体的形式流入主管道，经过输移后最后经滴头入渗到土壤当中。Mazzei文丘里注射器是一种专利产品，与普通文丘里注射器不同之处在于它的空气入口处有一个微型的翼轮，当空气通过时引起翼轮转动导致空气破碎化，而使进入水中的空气形成微气泡均匀分布在管道中，不会出现水气分层的情形或产生大气泡，保持管道内流体运动及压力的平稳。Mazzei文丘里注射器的价格高昂，考虑到设备的造价和能量的损耗，其掺气的比率(管道内水气的体积比)有限，维持在12％左右。

发明内容：

本发明的目的是克服上述已有技术的不足，而提供一种曝气地下滴灌系统，主要解决了现有的普通地下滴灌在灌溉时造成的植物根系暂时缺氧及采用Mazzei文丘里注射器来完成空气的掺入设备造价高、能量损耗大、掺气比率有限等问题。

为了达到上述目的，本发明是这样实现的：一种曝气地下滴灌系统，它包括输水干管，输水干管一端与水源相通连接，另一端与输水支管相连接，输水支管与埋在地下的边壁带有出水孔的各灌水毛管相通连接，在各灌水毛管的地上部分设有流量控制阀，在输水干管上串联增压泵，其特殊之处在于在输水干管上并联曝气室，曝气室的进水端设第一水量控制阀，在输水干管与曝气室相连接的部位上设第二水量控制阀，曝气室内有一固定不能移动的曝气部件，空气压缩机和具有供气压力可调功能的储气瓶相连通，储气瓶通过带有单向阀的通气软管和曝气室内的曝气部件相连通，在通气软管的单向阀和曝气室之间设第一气流控制阀，在通气软管的单向阀和第一气流控制阀之间有一支路通气管，与曝气室相连通，并且在支路通气管上设第二气流控制阀。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，其所述的水源为供水箱，也可为其他水源。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，其所述的输水干管与支管、支管与毛管以及空气压缩机和储气瓶、储气瓶和曝气室的连接部位完全密封与外界不发生任何水或气体的交流。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，其所述的灌水毛管采用硬聚氯乙烯管(UPVC管)，埋设在地表以下10-100cm，具体深度可根据作物根系分布状况和计划湿润深度来确定，灌水毛管边壁上的出水孔间距在10-100cm之间，出水孔流量在1-10L/h。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，其所述输水干管和输水支管为黑色碳纤维管或者灰色聚氯乙烯管，增压泵与输水干管串联，并位于供水箱或者其他水源和曝气室之间。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，其所述储气瓶可提供1-5个大气压的稳定工作压力，储气瓶上的通气软管带有单向阀，单向阀的作用保证气体或者液体只能向曝气室的方向运动，不能向储气瓶的方向运动，通气软管为优质pp管。在实际的工作状态下，为了保证曝气的实现要求储气瓶提供的稳定供气压力必须高于曝气室内的进水压力。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，其所述的曝气部件为微孔曝气管、微孔曝气器、曝气盘或曝气头。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，其所述的第一、二水量控制阀和第一、二气流控制阀能够精确稳定的控制流体流量，也可完全关闭阀门使流量为零。当第一水量控制阀、第一气流控制阀、单向阀以及各灌水毛管地上部分设置的流量控制阀均打开，其它控制阀关闭时，在正常的供水供气条件下本系统可以进行曝气地下滴灌；当只供气且第二气流控制阀和各灌水毛管地上部分设置的流量控制阀呈打开状态，同时保持第一、二水量控制阀和第一气流控制阀关闭时又可以单独的对作物根系进行补气；当只供水且关闭第一水量控制阀，同时保持第二水量控制阀和各灌水毛管地上部分设置的流量控制阀打开后可以进行普通的地下滴灌。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，其所述的在各灌水毛管地上部分设置的流量控制阀能够精确稳定的控制流体流量，也可完全关闭阀门使流量为零。灌水或者补充气体时可根据需要，将流量控制阀全部打开，或者部分打开以控制要灌溉的面积。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，通过对各控制阀的控制，可以实现曝气地下滴灌、作物根区补气和普通地下滴灌等三大功能。

本发明的一种曝气地下滴灌系统与已有技术相比具有突出的实质性特点和显著进步：1、空气的掺入通过曝气部件在曝气室内完成，保证空气以微小气泡的形式均匀地掺入到滴灌管道系统的水当中，随着水流均匀地输送到植物根区土壤内；2、通过储气瓶压力的调整或者调节曝气室的进水流量来调节空气掺入量，空气掺入比例范围宽广且调节灵活方便，可根据作物根系在不同生长季节对氧气的需求情况来确定，以满足作物的氧气需求；3、本系统功能多样，当第一水量控制阀、第一气流控制阀、单向阀(9)以及各灌水毛管地上部分设置的流量控制阀均打开，其它控制阀关闭时，在正常的供水供气条件下本系统可以进行曝气地下滴灌；当只供气且第一、二水量控制阀和第一气流控制阀关闭时又可以单独的对作物根系进行补气；当只供水且关闭第一水量控制阀后可以进行普通的地下滴灌；4、把掺气水或者掺气水肥混合液体输送到植物根区，能有效改善植物根围的水、肥、气、热环境，是一种节水、省肥、高效的新型灌溉技术；5、该系统结构简单，成本低，能量损耗小，掺气比率随意，使用和管理维修方便，节约劳力，同时可将肥料溶于水，进行肥水灌溉，提高肥料的利用效率，减少对土壤和地下水的污染。

附图说明：

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式：

为了更好地理解与实施，下面结合附图给出具体实施例详细说明本发明一种曝气地下滴灌系统。

实施例1，参见图1，在大田里根据作物需要埋置各灌水毛管11，其埋在地下的边壁带有出水孔16，在各灌水毛管11的地上部分安装有流量控制阀17，灌水毛管11采用硬聚氯乙烯管(UPVC管)，埋设在地表以下10-100cm，具体深度可根据作物根系分布状况和计划湿润深度来确定，灌水毛管11边壁上的出水孔16间距在10-100cm之间，出水孔流量在1-10L/h；将各灌水毛管11与输水支管10相通连接，输水支管10与输水干管6一端相通连接，输水干管6另一端与水源相通连接，水源为供水箱4，也可为其他水源，输水干管6和输水支管10为黑色碳纤维管或者灰色聚氯乙烯管，在输水干管6上串联安装增压泵5，在输水干管6上并联曝气室1，曝气室1一般采用塑料或金属材料，增压泵5位于供水箱4或者其他水源和曝气室1之间；曝气室1的进水端安装第一水量控制阀18，在输水干管6与曝气室1相连接的部位上安装第二水量控制阀12，曝气室1内有一固定不能移动的曝气部件7，曝气部件7可为微孔曝气管、微孔曝气器、曝气盘或曝气头，将空气压缩机2和具有供气压力可调功能的储气瓶3相连通，再将储气瓶3通过带有单向阀9的通气软管8和曝气室1内的曝气部件7相连通，储气瓶3可提供1-5个大气压的稳定工作压力，通气软管8上的单向阀9的作用保证气体或者液体只能向曝气室1的方向运动，不能向储气瓶3的方向运动，通气软管8为优质pp管；在通气软管8的单向阀9和曝气室1之间安装第一气流控制阀13，在通气软管8的单向阀9和第一气流控制阀13之间安装一支路通气管14，并与曝气室1相连通，在支路通气管14上安装第二气流控制阀15；输水干管6与输水支管10、输水支管10与灌水毛管11以及空气压缩机2和储气瓶3、储气瓶3和曝气室1的连接部位完全密封与外界不发生任何水或气体的交流。

本发明的一种曝气地下滴灌系统，其第一、二水量控制阀和第一、二气流控制阀能够精确稳定的控制流体流量，也可完全关闭阀门使流量为零。当第一水量控制阀、第一气流控制阀、单向阀以及各灌水毛管地上部分设置的流量控制阀均打开，其它控制阀关闭时，在正常的供水供气条件下本系统可以进行曝气地下滴灌；当只供气且第一、二水量控制阀和第一气流控制阀关闭时又可以单独的对作物根系进行补气；当只供水且关闭第一水量控制阀后可以进行普通的地下滴灌；在各灌水毛管地上部分设置的流量控制阀能够精确稳定的控制流体流量，也可完全关闭阀门使流量为零，灌水或者补充气体时可根据需要，将流量控制阀全部打开，或者部分打开以控制要灌溉的面积。

Claims (6)

1、一种曝气地下滴灌系统，它包括输水干管(6)，输水干管(6)一端与水源相通连接，另一端与输水支管(10)相通连接，输水支管(10)与埋在土壤当中的边壁带有出水孔(16)的各灌水毛管(11)相通连接，在各灌水毛管(11)的地上部分设有流量控制阀(17)，在输水干管(6)上串联增压泵(5)，其特征在于在输水干管(6)上并联曝气室(1)，曝气室(1)的进水端设第一水量控制阀(18)，在输水干管(6)与曝气室(1)相连接的区间内设第二水量控制阀(12)，曝气室(1)内置一固定不能移动的曝气部件(7)；空气压缩机(2)和可调压的储气瓶(3)相连通，储气瓶(3)通过带有单向阀(9)的通气软管(8)和曝气室(1)内的曝气部件(7)相连通，在通气软管(8)的单向阀(9)和曝气室(1)之间设第一气流控制阀(13)，在单向阀(9)和第一气流控制阀(13)之间有一支路通气管(14)，支路通气管(14)与曝气室(1)相连通，并且在支路通气管(14)上设第二气流控制阀(15)。

2、根据权利要求1所述的一种曝气地下滴灌系统，其特征在于所述的水源为供水箱(4)，也可为其他水源。

3、根据权利要求1所述的一种曝气地下滴灌系统，其特征在于干管(6)与支管(10)、支管(10)与毛管(11)以及空气压缩机(2)与储气瓶(3)、储气瓶(3)与曝气室(1)的连接部位为密封的。

4、根据权利要求1所述的一种曝气地下滴灌系统，其特征在于灌水毛管(11)设在地表以下10-100cm，灌水毛管(11)边壁上的出水孔(16)间距在10-100cm之间，出水孔(16)流量在1-10L/h之间。

5、根据权利要求1所述的一种曝气地下滴灌系统，其特征在于所述的增压泵(5)与输水干管(6)串联，位于水源和曝气室(1)之间。

6、根据权利要求1所述的一种曝气地下滴灌系统，其特征在于所述的曝气部件(7)为微孔曝气管、微孔曝气器、曝气盘或曝气头。

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