CN1020936C - 防洪保土灌排系统 - Google Patents

Abstract

一种农业灌溉排水通用的综合系统，由水源、控制部件、输水部和集水器四部分组成，和已有的灌排系统相比，可以减少土地占用，节约敷设管道的开支，防止水土流失，调节洪峰流量。其主要特征是在地下输水管系统上，至少在支管引水管系统上沿各条引水管的长度方向上按一定距离分别设置许多能在灌溉时自动关闭，排水时自动开启的集水器，以实现利用同一条管道输水和灌溉排水以及收集灌区降水补充水源的目的。

Description

本发明是一种供山地和平地用于防洪、防水土流失和灌溉排水通用的综合系统。

迄今为止，在农业生产上，人们大部分是通过筑河堤、修水库（池），从水库（池）引水进行灌溉，包括常见的沿等高线引水渗灌。由于传统工程系统不具备有效的防止水土流失的功能;致使一方面暴雨径流卷走了表土并造成破坏力更大的山满而秧及下游;另一方面山坡地常因缺水难以发展农业生产，平地则需要占用许多土地作灌排水渠用。现代较先进的管道有压或自压、输水灌溉系统，都是只灌不排，或者另敷排水管道，造成用管过多，投资过大，灌溉设备利用率低的现象。至今还未见到一种既能有效防止水土流失，又能防止洪水灾害;既能普遍用于灌溉排水又符合经济节约原则的综合系统。

本发明的目的：一是提供一种防洪保土的灌排综合系统，它能有效地防止山坡地水土流失，并把山坡地降雨径流尽量拦蓄起来，使之既能防止山洪瀑发，又能调控山区下游洪峰流量;二是提供一种同管灌溉排水通用系统，它能利用同一条管道灌溉和排水，以及收集管区降水补充水源。

本发明的目的可以通过以下实施例来实现。

图1为该系统在山坡地运用的平面图;

图2为该系统在山坡地运用的结构示意图;

图3和图7分别为山地和平地集水器的装配结构图;

图4为和引水管挡水板垂直摆放的灌水器结构示意图;

图5为该系统在平地运用的平面布置图;

图6为该系统在平地运用的结构示意图;

图8为灌水器在平地引水管上的装配示意图。

实施例一

该系统由集水输水部、蓄水控制部和灌水部三部分组成。集水输水部由挡水板、多孔排水管、引水管和集水器构成。蓄水控制部由各级蓄水池、带控制阀的输水干管和过滤装置、溢洪管和排水渠构成。灌水部由出水软管、调整水夹、灌水器构成。其主要特征是：上下两个蓄水池之间的输水干管上有上、下两个控制阀，并通过这两个控制阀之间的连接管连接至少一条基本沿等高线布置的引水管，在引水管的上部，沿长度方向按一定距离分别设置有许多集水器，集水器由带有许多进水孔的固定管和带有定位芯管的浮子组成，并有滤层包裹在外。

如图1、图2所示，该系统可以根据山坡地的不同坡度，建一个个成梯级布局的蓄水池（1）。每个蓄水池内部有一个砂砾滤网过滤池（5）。过滤后的池水经输水干管（3）输出。各级输水干管上都有上下两个控制阀（11、13），并通过这两个控制阀之间的三通或四通连接管（4、12）连接一旁或两旁基本沿等高线布局的引水管（8）。引水管一般由塑料、竹陶瓷或混凝土制成。前者可用同种塑料连接管连接，后两者可用子母口套插式连接并加塑料油膏、沥青或水泥砂浆等粘结材料密封防漏。引水管直径依不同坡度的排水要求，一般取80-200毫米。输水干管也可以用全部相同或部分相同于引水管的材料制成，口径比引水管略大。

引水管上面是挡水板（7）。如图3、图4所示，挡水板由凸出坡面的土垄和覆盖土垄的塑料薄膜（25）构成并成等高线布置。引水管上沿其长度方向按一下距离分别设置有许多集水器，依土 质、雨量一般每隔1-3米设置一个集水器（9）。集水器由固定在引水管上的固定管（29）和带芯管（24）的浮子（1%）构成，并有由滤网（22）和砂石、炉渣等组成的滤层（21）包裹在外。固定管下端有塑料制成的护孔环（19）嵌入引水管相应的孔口壁上，并用沥青、水泥砂浆等粘结材料封牢。集水器的浮子则用泡沫塑料、多孔橡胶等浮体材料制成;并粘连着一条浮子浮力足以支承的轻质、硬塑料或半硬塑料芯管（24），芯管插入固定管底壁凸起的套管（23）内，并利用芯管上端热压加大的挡帽防止浮子下降距离过大，影响输水。被挡水板拦截和滤层过滤后的雨水、可以从固定管的进水孔以及浮子在雨水重力和本身重力作用下降后与固定管下端形成的间隙进入引水管（8），并经三通或四通连接管（4、12）、输水干管（3）、以及各自下面已打开的下控制阀（13），送到各引水管下面的蓄水池（1）中。过多的雨水则通过各蓄水池的溢洪管（6）逐级自动排下，直到排入山下的排水渠（17）。

另外，上述集水器的浮子的芯管也可以做成固定的，并穿透浮子底部，利用浮子在芯管下部的滑动也可以达到上述集水器的作用，而且可通过芯管连接灌水器（14）的出水软管，起到集水器和灌水器双重作用。不过，这时芯管的下部应有两个挡帽;下挡帽防止浮子掉下，上挡帽的下沿要与上述固定管的下端面成一水平线，使表面弹性较好的浮子（可以在泡沫浮子上面加胶垫圈）能同时封闭浮子与固定管下端面的间隙和浮子在芯管上滑动所产生的中心上水间隙，防止水从这两个内外圆周间隙涌上固定管的进水孔外，造成浪费并影响灌水器工作。

在干旱需要灌溉时，先关闭各级输水干管的下控制阀（13），再打开上控制阀（11），让上级蓄水池的水流进其下面的引水管（8）;而山上最高级蓄水池的来水，则可以通过上面只起到排水作用的多孔排水管（2）在挡水板（7）的拦截及滤层过滤下收集。也可以用只带进水孔的固定管和外包滤层（21）的引水管（8）代替上述常用多孔排水管（2）。当水由上而下，由各级蓄水池压入其下面的引水管时，浮子（18）在水的浮力作用下上浮，并在芯管（24）的导引下封闭固定管的下端底进水孔（20A），使水只能从引水管横截面的上半部出水口及与其连接的带出水软管（26）的渗滴管灌水器（14）进行灌溉。从而达到同管灌排、一管多用，大大节省管材。

为了充分提高灌溉和排水的效果，在排水方面，采取使引水管基本沿等高线布置时有一定坡度，以提高排水的速度。使得引水管收集的雨水水平面在还没有接触到上面的浮子时，就被迅速排入下面的蓄水池中。引水管向输水干管倾斜的坡度，在同一座山和同一场最大瀑雨条件下，因山坡地陡缓不同应有所区别，一般坡度在2‰-15‰中选取。山陡且瀑雨急促可取较高值，山缓且瀑雨量小的地方应取较低值。输水干管也向下倾斜成一定坡度，但比引水管坡度较小。

在灌水方面，由于引水管为满足排水的需要已有一定坡度，更增加首尾出水压力的不均衡，可提高引水管首部的出水软管的高度并逐渐向引水管尾部降低，使各出水软管出水的最高点的连线基本和沿等高线布置的挡水板平行，或略向尾部有一定坡降，即首部灌水器放在挡水板的土垄上，尾部的灌水器放在土垄一定深度下，用调整水夹（27）、调整夹在水夹中的出水软管（26）的出水量，使同一条引水管上的各灌水器的出水量达到均衡。灌水器可用常见的带有无数微透水孔的粘土烧制的渗滴瓦管或能渗水的半硬塑料渗滴管，以及用人工打小孔（常见的是两边打0.5-1.5毫米小孔）竹子、塑料渗滴管或混凝土渗滴管。渗滴管灌水器根据作物的需水量可长可短，可以摆成和引水管相平行或相垂直状;如图1所示，种植大型作物如树（10）等可以垂直平放、加大灌水范围，在树间的小作物（图中未画出）可以平行放置。为增加同一灌水器的功能，和引水管垂直摆放的渗滴灌水器的末端堵头，还可以做成带微喷嘴并成瓶塞状的微喷堵头（15），利用其凸出挡水板的高度向下喷出扇形细小的水滴。这种微喷堵头，在陡坡地可以同时对挡水板下面的草类作物（16）进行微喷灌溉，加强陡坡地的保土作用;在平缓坡地，则可以给其它小型作物（28）供水、扩大种植范围。在水源充足时，还可以脱掉微喷堵头，直接对平缓坡地的小型密植作物进行常规的沟畦地面灌溉。其它不需利用堵头进行灌溉的。如各引水管尾堵、各长条滴管的尾堵，则用通用的堵头连接管封堵。

施放化肥农药，也可以直接放入蓄水池中搅匀 随水施放。对于蓄水量较大的蓄水池设计，还可以做成中间是圆形，两边是其它形状，并通过底部带高柄阀门或上部带虹吸管连通的复合蓄水池，利用中间定量蓄水池专门施放化肥农药，以代替价格昂贵的化肥罐，并兼蓄水用。

一般由上而下布置的各个独立的该系统的引水管时，都是上短下长。对于有些沿等高线布置不了的引水管的小块沉陷地，可以如图1所示，从上一级引水管用较长的出水软管（26A）和较长的渗滴管灌水器（14A）供给横坡种植的小型作物（28）。

当瀑雨或讯期来临前，通过部分或全部放空所有大大小小该系统的蓄水池，就可以把灌区内全部或大部瀑雨径流拦蓄起来，防止山洪瀑发并调控下游洪峰流量。

在干旱少雨地区，为了防止宝贵的雨水入渗地下，挡水板的塑料薄膜还可以布置成形，让雨水汇集在薄膜上并通过穿透薄膜的集水器固定管把水全部收集到引水管和蓄水池里。

实施例二

该系统由水源、控制首部、输水部和灌水器四部分组成。水源为井水或其它经过沉淀的渠水或湖、池水、控制首部由水泵、进水管、滤网过滤器、出水管、控制阀构成。输水部由输水干管、引水管及其控制阀、连接件和集水器构成。灌水器由护孔环、竖管和出水软管构成。其主要特征是地下输水管系统，至少在支管的引水管系统上沿各条引水管长度方向按一定距离分别设置有许多集水器，集水器由固定在引水管上的带许多进水孔的固定管和带定位芯管的浮子组成，并有滤层包裹在外。

如图5、图6所示，水泵（31）通过其进水管（32）及其滤网过滤器（30）把水抽上，经出水管（33）及其上部已打开的主控制阀（34、34A）送入输水干管（35），再经变径四通连接管（36）分送各引水管（8）。各引水管首部分设有控制阀（37），并根据需要可以先打开其中一组或几组控制阀，灌完后再按顺序打开以下的控制阀。在排水时期则把各引水管的控制阀全部打开。

在由塑料、竹、陶瓷或混凝土制成的灌区地下干支管系统上，至少在支管引水管系统上，依土质、雨量和作物对排水的要求，一般每隔1-3米设有一个集水器（9）。如图7所示，集水器由固定在引水管上的带进水孔的固定管（29）和带芯管（24）的浮子（18）构成，并有带滤网（22）、砂、石、炉渣的滤层（21）包裹在外。塑料制的固定管下端有一个塑料护孔环（19）嵌入引水管（8）相应的孔口壁上，并用沥青、水泥砂桨等粘结材料封牢，使端头略成圆锥状的固定管可以紧插入或拔出。集水器的浮子用泡沫塑料或多孔橡胶等浮体材料制成，并粘连着一条浮子的浮力足以支持其重量的轻质硬塑料或半硬塑料芯管（24）。芯管插入固定管底壁凸起的套管（23）内，并利用芯管上端热压加大的挡帽防止浮子下降距离过大，影响输水。汇集于稍微低于地面的浅沟槽中，并经沟槽中成漏斗状的滤层（21）过滤后的雨水，可以从固定管的进水孔（20）以及浮子在雨水重力和本身重力作用下降后与固定管下端面形成的间隙（20A）进入引水管（8）中，然后经干管流回水泵补充水源（44）。干、支管的口径依灌水量和排水量的要求，比常规灌排水管略大，一般支管引水管口径在80-1500毫米之间，主干管口径则视支管的排水量而定。

当水源区已不能再容纳过多的雨水时，可以关闭主控制阀（34），让过多的雨水从打开的主控制阀（34A）和三通连接管（38）连接的排水阀（39）及其排水管（33A）送入排水渠（40）。当排水渠的水位已高过排水管（33A）的出口时，可以采取分段排水法：即先关闭一个主控制阀（34A），再打开主控制阀（34），和与三通连接管（38）连接的排水阀（39），然后开动水泵把水源区的水抽出一部分强行排入排水渠;然后停机、关闭排水阀（39），再打开主控制阀（34A），让各支管引水管收集的雨水继续流进水源区;然后又如前述那样，再开机把水源区的水强行排入排水渠。周而复始，就能把田间的渍水迅速排除，使地下水位降低到规定的要求，并防止土壤的细小微粒随水流失和减少下游的洪水量。

当用于灌溉时，来自水泵的压力水，经干管（37）进入各引水管（8），使浮子（18）在浮力的作用下上浮，并在芯管（24）的导引下封闭固定管的下端底进水孔（20A），使水只能从引水管横截面上半部的出水口及与其连接的灌水器（41）供应灌溉所需的水。如图5所示，引水管上每个灌水器（41）的距离和一般长条形田地的宽度相对 应。各引水管的间距则视降低地下水位的要求和今后是否要装临时喷灌的活动竖管、喷头而定，一般间距在20-200米之间。灌水器（41）的结构如图8所示，它是由护孔环（19A）、竖管（43）、调整水夹（27）和出水软管（26）构成。可以通过调整水夹（27）控制出水软管在田埂（45）上的出水量，使支管首尾各灌水器的出水达到均衡。为了便于利用同一条管道排水，各引水管一般都向主干管倾斜一定坡度，依土质、雨量和作物对排水的要求，引水管的坡度一般在2‰-10‰。根据需要，主干管也可以向水源区稍微倾斜，坡度约1‰-5‰。这样，就可以达到当收集的雨水的水平面还没有接触到浮子并使之上升关闭集水器前就已被排水主干管和水源或排水渠中。从而达到同管灌排、一管二用和一机多用以及防止细微的土壤悬浮物随水流失的目的。

上述同管灌排通用系统，不仅可以用在传统的地面沟、畦灌方面，还可以根据不同作物的需要以及旱情严重、水源不足时，进一步用在喷、滴灌方面。

在用于喷灌时，拿掉原来地面灌的出水软管（26），接上带有压力调节阀的活动竖管及其喷头，通过关闭其它引水管的控制阀，只开一到两条引水管的控制阀，以及利用堵头把这一、二条引水管上过密的出水竖管（43）堵死，让全部水泵的压力集中在这一二条引水管上且出水竖管距离符合需要的喷头上，同时调整各喷头下的压力调节阀，达到均衡喷灌的目的。喷完了一、二条支管范围内的田块后，再拿出带压力调节阀和喷头的活动竖管，移到另外的引水管上去，直至喷完为止。

在滴灌方面，可以在原有的出水软管（26）上，分别接一条和引水管平行并和田块宽度相等的配水管。配水管设有许多出水接头和作物行数相对应。配水管进口和各出水管接头分别带有不同长度的水阻管，然后将滴灌带或细流滴灌软管铺在作物行间，接上配水管对应的出水接头，利用水阻管的原理并结合上述调整水夹控制出水量（上述用出水软管灌水器对田块进行沟、畦灌，也可以用这样的方法），使同一引水管上各滴管出水达到前后均衡。为防止滴管堵塞，水泵的出水管还应再安装一个带压力表的砂砾过滤器;需要随水施肥时，还可以安装一个用负压抽吸液肥的化肥罐。这些装置应该安装在干管首部的旁通管，并增设三个控制阀以控制干管和旁通管上不同用途的水流向。这样，当滴灌完一条引水管上所对应的田块后，再移到下一引水管，直至轮灌完为止。

在以抽水井为主要水源的地方，为了增加地下水源源量以供干旱时灌水需要，可以在井口进水管处加一个密封压力盖，通过调换水泵的进出口位置，把灌区各引水管收集的雨水强行压灌入井加速地下渗透直至达到规定的地下水位线，再排入排水渠，以减小地表洪水量和危害。

在暴雨量较大的平原地区，为了既能及时排除地上水，又不使各支管引水管口径过大增加投资，可以在各引水管上方加大原的浅沟槽的尺寸，使大部分地面水可以由各支管上的支沟进入干管上的干沟再自流排入排水渠。这时各支管上的集水器过滤层可做成双层滤网内包滤料的套管套在集水器的固定管外，同时，排水沟的沟底到引水管的上管壁间还可铺放各种稿秆纤维加强过滤作用。这种明沟和暗管同时排水，既可充分发挥较小口径的地下管道灌溉、排水补充水源，降低地下水位的多种功能，又可避免大管径投资过大和强行抽水排水的动力消耗。在需要更进一步节省设备投资的地方，还可以用一条活动的塑料管或薄金属输水管代替上述各条引水管，并通过伸出地面的给水栓代替上述各引水管控制阀，实现目前常用单管移动灌水。而集排水的功能由带集水器的干管以及其上面的排水干沟及各支沟来实现。这种只带集水器和给水栓的干管，虽然降低地下水位的功能比带有许多地下支管引水管的功能差一点，但还是比目前广泛应用的同样的半固定式地下管道输水到田间进行地面灌溉多了排水，降低地下水位、补充水源等许多功能。

在有条件的地方，为了减少实施例一的蓄水池工程量，还可以利用山下的水库来蓄存已大大缩小了容积的各级蓄水池排出的水，到灌溉时，再把水抽上山顶最高的蓄水池，然后再由其分流入周围各级小蓄水池，并按上述同样方法进行灌溉。而降雨时，利用这些遍布山地周围的小蓄水池把各引水管收集的降水逐级排入山下的水库，则可避免水库淤积，大大提高其寿命。

本发明的优点：在山坡地可以有效地防止水土流失，防止山洪危害下游，是人类战胜洪水，特别是山地引起的洪水以及开发目前尚无法开发的大量 荒山荒岭的重要工具;在平地，是解决易旱、易涝和盐碱化严重地区的更有效和更节约成本的同管灌排和补充水源的工具。如能实现该系统的设想，将会大大提高人类战胜洪水危害的手段，使土壤流失的生态失衡得到控制，并使农业生产得到更大的发展。

Claims (5)

1、一种防洪灌排系统，包括蓄水池、水泵、通向蓄水池的进水管、与蓄水池相连的带过滤器及控制阀的输水干管，通过连接管与输水干管相连的引水管，引水管上方的挡水板，与引水管相连的带调整水夹的出水软管，与出水软管相连的灌水器，设在蓄水池内的溢洪管、排水渠，其特征在于在输水干管上有上、下控制阀分设在连接管的上方和下方，在引水管的上部沿其长度方向隔一定距离分别设有集水器，集水器由固定在引水管上的多孔固定管和位于该固定管内的带芯管的浮子构成，集水器外有滤层包裹。

2、根据权利要求1所述的系统，其特征是所说的固定管进水孔位于固定管的管壁和管底上。

3、根据权利要求1所述的系统，其特征是所说的固定管是通过护孔环固定在引水管上。

4、根据权利要求1所说的系统，其特征是所说的芯管位于固定管的管底中心套管内。

5、根据权利要求1所说的系统，其特征是所说的芯管上端有防止浮子与固定管下端面距离过大的挡帽。

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