CN102870651A - 地下蓄水渗灌系统 - Google Patents

Abstract

本发明一种地下蓄水渗灌系统，其包括有集水渗灌槽、储蓄暗渠及储蓄竖井，所述集水渗灌槽包括有与地表相通的多个渗灌集水孔，集水渗灌槽与所述暗渠连通，储蓄暗渠与储蓄竖井的上部连通。通过在地下设置集水渗灌槽，在下雨时，将地面径流水通过渗灌集水孔收集到集水渗灌槽内，再流入到与所述集水渗灌槽连通的储蓄暗渠内，或再通过所述储蓄暗渠流入所述储蓄竖井内，这样，地面径流的水不会流失，在雨量充沛时，可以通过所述储蓄暗渠或所述储蓄竖井储存起来；在需要灌溉时，水再通过储蓄暗渠流向各个方向，最后再通过集水渗灌槽进行渗灌。本发明地下蓄水渗灌系统无论是在近期、中期甚至是远期都对节约、合理利用水资源有积极的意义。

Description

地下蓄水渗灌系统

技术领域

本发明涉及农业灌溉技术领域，尤其是指一种地下蓄水渗灌系统。

背景技术

水资源危机日渐成为21世纪人类面临的最为严峻的现实问题之一，并直接威胁着人类社会的生存和发展。中国被联合国认定为世界上13个最贫淡水的国家之一，而且水资源在时间和地区分布上很不均衡，有10个省、市、自治区的水资源已经低于起码的生存线。

水是农业的命脉，也是整个国民经济和人类生活的命脉。我国作为农业大国，农业是我国的用水大户，占全国总用水量的63％，农业对水资源的需求是一种严重的依赖关系，特别是我国以占世界可耕地面积仅7％的土地养活了占世界人口21％的人民。农业灌溉用水量占农业总用水量的90％，农田灌溉面积从1949年的2.4亿亩发展到2008年的8.77亿亩，占全国耕地面积的48％，但有效性很差，水资源浪费十分严重，渠灌区水的有效利用率只有40％左右，井灌区也只有60％左右，全国有一半耕地靠天吃饭。

近年来，全球气候十分异常，极端天气气候事件突发多发，气象灾害影响广、程度重，突发性、异常性和不可预见性日渐突出，南方部分多雨地区先是长时间大旱，又急转成洪灾。干旱洪灾给农业生产带来了损失，也暴露出我国农业抵御自然灾害能力仍然不强，特别是农田水利基础设施仍很脆弱，加强农田水利建设迫在眉睫。

目前，在我国推广的农业节水技术大体分三类，通常将节水措施划分为工程类节水措施、管理类节水措施和农艺类节水措施。农艺类节水技术包括有喷灌、滴灌、微灌、雾灌、膜上灌、膜下灌、地下灌溉等等，可以用较小的灌水定额(每亩10-30立方米)较均匀地浸润土壤，达到灌溉效果。

从节水灌溉来看，我国整体上技术水平尚处于较低层次。全国节水灌溉面积占有效灌溉面积的1/3，渠道防渗和管道输水灌溉等方式仍占有主导地位，喷灌和微滴灌等高效节水灌溉方式仅占有效面积灌溉面积的4.3％左右，与发达国家相比存在很大差距，节水灌溉设备品种和质量还不能满足节水灌溉的发展需要。

地下灌溉也可以称为渗灌，也有人称之为地下滴灌。是利用埋设在地下的专门设施(渗水管道、鼠道等)，将水引入地下，再借土壤毛细管作用浸润土壤。目前由于地下灌溉技术建设投资大，施工技术复杂，在我国尚不普及。

地下灌溉具有显著的节水、节能、省工、增产和提高产品品质等很多优点，其主要问题是仍然不能完全解决滴头生物堵塞问题；其次是亩投资较大，一般为喷灌的儿三倍；第三是检查、维修都比较麻烦。因此，使其应用推广的速度较慢，但被认为是一种最有发展前途的高效节水灌溉技术，许多理论实践问题有待解决。

发明内容

本发明的目的是提供一种地下蓄水渗灌系统，其解决了现有技术的问题，不易发生堵塞、且成本低、维护方便，同时，能够收集地面径流，减少水资源流失，为农业灌溉提供水源。

本发明的目的是这样实现的：

一种地下蓄水渗灌系统，其包括有集水渗灌槽、储蓄暗渠及储蓄竖井，所述集水渗灌槽包括有与地表相通的多个渗灌集水孔，所述集水渗灌槽还与所述暗渠连通，所述储蓄暗渠与所述储蓄竖井的上部连通。

通过在地下设置集水渗灌槽，在下雨时，将地面径流水通过渗灌集水孔收集到集水渗灌槽内，再流入到与所述集水渗灌槽连通的储蓄暗渠内，或再通过所述储蓄暗渠流入所述储蓄竖井内，这样，地面径流的水不会流失，在雨量充沛时，可以通过所述储蓄暗渠或所述储蓄竖井储存起来；在需要灌溉时，水再通过储蓄暗渠流向各个方向，最后再通过集水渗灌槽进行渗灌。

在其中一个实施例中，所述集水渗灌槽内设有输水管，所述输水管位于所述集水渗灌槽的底部，所述输水管的周壁设有多个开孔，所述集水渗灌槽内通过砾石填充。

通过砾石紧密堆积作为渗灌末梢湿润管道，抗地面土体挤压，可以克服投资高，施工复杂、维修困难等问题，同时具有暂时储蓄水作用，可以更持久的保持渗灌效果。所述砾石可为人工砾石，通过瓦、陶、矿渣、轻混凝土等硬质材料制；同时又设有输水管，通过所述输水管上的多个开孔可将集水渗灌槽内的水汇入到所述输水管内，集水渗透槽内的水可以通过输水管流通，加速了水流速度。

在其中一个实施例中，所述集水渗灌槽的砾石与土层之间设有保护层。

所述防护层采用秸秆，通过所述防护层将土壤与砾石隔离，防止土体淤塞砾石，同时其具有一定的吸水浸润土体的作用。

综上所述，本发明所述集水渗灌与现有集水渗灌技术的不同之处主要在于以下几点：

首先是集水渗灌方式不同，现有集水渗灌技术，大多是先集水后渗灌，或是单独个体式的集水渗灌；本发明中集水渗灌采用无压渗灌技术，是真正将集雨工程与渗灌节水技术结合使用，多点成行成片集水，渗灌槽成为集雨工程中的输水通道，边集水边渗灌，再互相渗灌，将集水和渗灌效果最大化；

其次是渗灌中输水方式不同，输水方向不同，在现有渗灌技术中大多是渗水管单向进水，或是以秸秆、砾石为输水通道单向进水，本发明中集水渗灌槽采用输水管和砾石共同双向输水，也解决了输水管堵塞问题；

第三是渗灌中浸润土壤的载体不同，在现有渗灌技术中大多是由渗水管直接渗水浸润土壤，或是以水缆、渗水绳、秸秆杂物为载体浸润土壤，在本发明中集水渗灌槽内，以填充的砾石作为浸润土壤的载体，增大浸润面积，以砾石输水，再以砾石浸润土壤，提高渗灌效果，加快渗灌速度；

第四是渗灌中的砾石不同，砾石的作用不同，在现有渗灌技术中也有使用实心砾石，作为输水通道或防止渗水管出水孔被泥沙或植物根系堵塞，本发明中集水渗灌槽内填充的砾石，为空心砾石，其主要作用是在集水渗灌槽内双向输水，并作为浸润土壤的载体等。

在其中一个实施例中，所述储蓄暗渠的上方设有暗渠渗水带，所述储蓄暗渠渗水带通过多个暗渠集水孔与地表相通，且所述暗渠渗水带与所述储蓄暗渠连通。

通过在所述储蓄暗渠上方设置暗渠渗水带，不仅仅局限于通过所述集水渗灌槽收集径流水，能够更大面积的收集径流水，通过所述暗渠渗水带收集的水可蓄于所述储蓄暗渠内，所述储蓄暗渠就相当于一个大的水柜。

在其中一个实施例中，所述储蓄暗渠下部设有暗渠单向进水口，所述储蓄暗渠单向进水口与所述暗渠渗水带连通。

当所述储蓄暗渠周壁的水位高于暗渠内的水位时，所述暗渠渗水带内(的水会流入到所述储蓄暗渠内储存起来，但储蓄暗渠内储存的水却不会流出。

在其中一个实施例中，所述暗渠渗水带内填充有砾石，且所述暗渠渗水带的砾石的与土层之间设有保护层。

在其中一个实施例中，所述储蓄暗渠还设有外部进水口，所述外部进水口处设有阀门。

当所述储蓄竖井内的水量储存不足或其他原因时，用户可根据需要人工给暗渠内补充水进行灌溉。

在其中一个实施例中，所述储蓄竖井的外周设有竖井渗水带，所述储蓄竖井渗水带与地表连通，所述储蓄竖井渗水带通过竖井单向进水口与所述储蓄竖井连通。

在其中一个实施例中，所述集水渗灌槽、所述储蓄竖井及所述储蓄暗渠的底部分别设有防渗水垫层。提供抗压坚硬基础，抵抗土体及地表活动带来的挤压，同时控制渗灌水浸润土壤方向，阻止渗灌水垂直渗漏，提高浸润效果，减少田间渗漏。

在其中一个实施例中，地表下还设有集水渗透槽，所述集水渗透槽通过集水渗透管与地表连通，且所述集水渗透槽与所述集水渗透管内均填充有砾石。

在不适合串联集水渗灌槽的地方，可以单独设置集水渗透槽，尽可能将地表降水引导到地下蓄水层，一方面避免地表无效蒸发，在集水渗透槽周围形成一定范围的持久渗灌；另一方面渗透水的一部分可以蓄集到储蓄竖井中，得到利用；再者，没有被利用的渗透水还可以补充地下水，增加了地下水资源总量，被深层机井抽取，得到利用。

本发明地下蓄水渗灌系统与现有技术相比，具有如下有益效果：

(1)近期作用

A、集水功能。能够收集雨水、雪水。

B、储水功能。设置于地下的储蓄暗渠，集雨储水使其主要功能，因其是地下箱式储水，不会影响地农作物的耕种。可根据农作物用水需要，日后继续连接施工，扩大储蓄暗渠规模。

C、蓄水功能。所述储蓄竖井可将储水及蓄水的功能有机结合，一物两用，并通过斜渗水带，进一步增加蓄水效果。

D、多样的渗灌形式：收集雨水和集水渗灌槽的结合，形成自然渗灌；地表外来水与所述储蓄暗渠及集水渗灌槽结合，形成人工渗灌；深层地下水与储蓄暗渠及集水渗灌槽结合，形成封闭渗灌；储蓄暗渠和储蓄竖井之间储水叠加与储蓄暗渠及集水渗灌槽结合，形成自然循环封闭渗灌。

E、补充地下水。

(2)中期作用

A、节水抗旱。在北方干旱缺水地区，大面积实施地下蓄水，随着时间的积累，可形成区域性的浅表地层土壤水库，储蓄竖井转变为蓄水井，给农业灌溉提供水源。

B、蓄水防洪。大面积实施地下蓄水技术，将大雨降水最大限度的快速引到地下蓄水层，减少洪水流量，降低洪水形成的危害。

C、水土保持。

形成区域性的浅表地层土壤水库，有利于地表各种植物的生长，避免水土流失。另一方面，可以将大雨降水最大限度的快速引导到地下蓄水层，减少地面径流形成和流量，减少对地表土壤的冲刷，避免水土流失。

(3)远期作用

A、解决农业用水危机。

B、恢复水资源循环平衡。

C、改善区域自然生存环境。

附图说明

图1为本发明地下蓄水渗灌系统的结构示意图；

图2为本发明集水渗灌槽的横断面图；

图3为本发明储蓄暗渠的断面图。

具体实施方式

如图1所示，本发明地下蓄水渗灌系统，其包括有集水渗灌槽10、储蓄暗渠20及储蓄竖井30，其中，所述储蓄暗渠20可根据需要设置主、干、斗级渠满足灌溉需求。所述集水渗灌槽10上设有与地表相通的多个渗灌集水孔11，所述渗灌集水孔11用于收集地面的水，避免地面水因径流而流失；所述集水渗灌槽10与所述储蓄暗渠20连通，所述集水渗灌槽10内收集的水可直接汇入到所述储蓄暗渠20内；所述储蓄暗渠20a与所述储蓄竖井30的上部连通(优选所述储蓄暗渠20a与所述储蓄竖井30的上部垂直连通)，当需要进行灌溉时，可直接将储蓄竖井30内的水进行渗灌。

其中，所述储蓄暗渠20与所述竖井连通时，可通过主、干、斗三级储蓄暗渠的配合，使某一条储蓄暗渠与所述集水渗灌槽10连通，而其他的储蓄暗渠则通过与所述集水渗灌槽10连通的储蓄暗渠来实现相互之间的连通，如图1中所示，多条平行设置的所述集水渗灌槽10与所述储蓄暗渠20连通，而由多条所述储蓄暗渠20与所述储蓄暗渠20a交叉连接，几条所述储蓄暗渠20a再与一个所述储蓄竖井30的上部垂直连通，当所述储蓄暗渠20内储满水之后，再流入所述储蓄暗渠20a内。

所述集水渗灌槽10埋设于地下，其作用相当于现有渗灌技术中的湿润管道。可设置干、支二级集水渗灌槽10，各级集水渗灌槽10构成集水网络。通过在地下设置集水渗灌槽10，在下雨时，将地面径流水通过渗灌集水孔11收集到集水渗灌槽10内，再流入到与所述集水渗灌槽10连通的储蓄暗渠20内，或再通过所述储蓄暗渠20a流入所述储蓄竖井30内，这样，地面径流的水不会流失，在雨量充沛时，可以通过所述储蓄暗渠20或所述储蓄竖井30储存起来；在需要灌溉时，水再通过所述储蓄暗渠20、20a流向各个方向，最后再通过集水渗灌槽10进行渗灌。

通过所述渗灌集水孔11收集地面径流水，在不影响耕种的情况下，可根据地形地势及农作物情况多点设置，在地表可形成积水或径流的地方，多点设置所述渗灌集水孔11，引导入地下，在集水过程中完成自然渗灌，并储存起来，多余的水补充地下水，最大限度地减少水资源无效流失蒸发；其次是具有直接给农作物根部通气的作用，促进农作物根系生长，提高农作物产量品质。所述渗灌集水孔11的孔管可采用瓦、陶、矿渣、混凝土管等硬质材料制成，以防止土体挤压发生堵管现象。如图2所示，所述集水渗灌槽10的底部设有防渗水垫层14，所述防渗水垫层14的上方设有输水管12，再通过砾石15填充所述集水渗灌槽10，并在所述砾石15与土层接触的地方设置防护层13。在本优选实施例中，所述砾石15为空心砾石。所述输水管12的周壁挖设有多个开孔。水流可以通过所述输水管12输送，加强了输水效率，而输水管12上的多个开孔可将集水渗灌槽10内的水汇入到所述输水管12内。所述防渗水垫层14优选采用素混凝土垫层，其作用之一是作为砾石的支撑，抗土体挤压下陷；第二是阻止集水渗灌槽10内水垂直渗透，而向集水渗灌槽10两边土体渗透，增加渗灌面积；再者是在所述防渗水垫层14上面可以形成快速过水通道，有利于集水和渗灌。所述砾石15则可采用人工制成的空心砾石，优选为瓦、陶、矿渣、轻混凝土等硬质材料制成，大小形状不一，具有一定的吸水性。所述防护层13采用秸秆，通过所述防护层13将土壤与砾石15隔离，防止土体淤塞砾石15，同时其具有一定的吸水浸润土体的作用。

在不适合串联集水渗灌槽10的地方，可以单独设置集水渗透槽40，所述集水渗透槽40的设置方式与所述集水渗灌槽的方式相似，通过在地表设置集水渗透管41，将集水渗透管41收集的水渗入到所述集水渗透槽40内，将地表水引导到地下蓄水层。与所述渗灌集水孔11相似，所述集水渗透管41的孔管可采用瓦管、混凝土管等，所述渗灌集水孔槽41的周壁及所述渗灌集水孔管41的周壁均设有防护层。一方面避免地表无效蒸发，在集水渗透槽周围形成一定范围的持久渗灌；另一方面渗透水的一部分可以蓄集到储蓄竖井中，得到利用；再者，没有被利用的渗透水还可以补充地下水，增加了地下水资源总量，被深层机井抽取，得到利用。

如图3所示，所述储蓄暗渠20、20a配合所述集水渗灌槽10建造，由混凝土浇筑或砖石砌筑，所述储蓄暗渠20、20a的直径可根据需要设置。所述储蓄暗渠20、20a其一作用是作为雨水集蓄技术的储水设施，相当于城市地下蓄水池、北方的水窖、南方的水柜等设施，不会影响地表农作物的耕种；还作为渗灌技术中的干、支、斗三级共用的输配水管；另外在储蓄暗渠20中的储水用完后，集水渗灌槽10中的渗水会蓄入所述储蓄暗渠20内。所述储蓄暗渠20的顶部设有与所述集水渗灌槽10相通的内部进出水口27，所述储蓄暗渠20a设有能够与外界水源相通的外部进出水口21，优选在所述外部进出水口处设有阀门22；优选所述外部进出水口21设置于地表径流集中的地方，前方有泥沙沉淀池，可将地表降水储蓄于储蓄暗渠，再通过所述集水渗灌槽10灌溉至其他区域；或者是将某个储蓄暗渠20中的水补充至另外的储蓄暗渠20a中；亦或是将外界水源补充至储蓄暗渠20a中，进行灌溉。

所述储蓄暗渠20、20a的上方设有暗渠渗水带24，所述暗渠渗水带24通过多个暗渠集水孔28与地表相通，且所述暗渠渗水带24与所述储蓄暗渠20连通。通过在所述暗渠20、20a上方设置暗渠渗水带24，不仅仅局限于通过所述集水渗灌槽10收集径流水，能够更大面积的收集径流水，通过所述暗渠渗水带24收集的水可蓄于所述储蓄暗渠20内，所述储蓄暗渠20就相当于一个大的水柜。所述储蓄暗渠20下部设有暗渠单向进水口25，所述单向进水口25上套有具有开口的塑胶软管26，所述暗渠单向进水口25与所述暗渠渗水带24连通。当所述储蓄暗渠20周壁暗渠渗水带24的水位高于储蓄暗渠内的水位时，所述暗渠单向进水口25处的塑胶软管26会由于水压的原因而伸展，所述暗渠渗水带24内(的水会流入到所述储蓄暗渠20内储存起来，但储蓄暗渠20内储存的水却不会流出，直到所述储蓄暗渠20内外水位持平，或是储蓄暗渠20已储满溢出；当储蓄暗渠20水位高时，所述暗渠单向进水口25的塑胶软管26受水压影响，弯折并阻止水流出。与所述集水渗灌槽10相似的，所述暗渠渗水带24内填充有砾石，且所述暗渠渗水带24的砾石的与土层之间设有保护层29；所述储蓄暗渠20、20a的底部设有防渗水垫层23，优选为素混凝土垫层，防止储蓄暗渠20、20a下陷断裂，阻止所述储蓄暗渠20四周空心砾石降水快速垂直渗透，有利于储蓄暗渠多蓄水。

所述储蓄竖井30综合了旱井储水及水井蓄水技术，一方面其作为雨水集蓄技术的储水设施，相当于北方旱井；另一方面，在竖井中储水用完后，可以从几十米深的浅表地层土壤渗透中蓄水，待地下水位恢复到可以直接蓄水时，储蓄竖井30就可以作为正常水井使用。

所述储蓄竖井30的设置位置、大小和深度可根据地表径流水量、农作物用水量、地下土壤蓄水量、地质情况等因素综合考虑确定，储蓄竖井30的壁面可采用预制水泥管拼接形成。与所述储蓄暗渠20及所述集水渗灌槽10相似，在所述储蓄竖井20的底部亦设有防渗水垫层35。

所述储蓄竖井30的外周设有竖井渗水带31，所述竖井渗水带31可通过混凝土支撑，在所述竖井渗水带31内填充有空心砾石；所述竖井渗水带31与所述竖井之间设有单向进水口33，所述单向进水口33的设置方式与所述单向进水口25的设置方式相同，并同样靠近所述储蓄竖井30的下部设置。当储蓄竖井30周壁的水位高于储蓄竖井30内的水位时，储蓄竖井30外面的水会流入到储蓄竖井30内储存起来，但储蓄竖井30内的水却不会流出。

所述竖井30的上部设有溢出口32，所述溢出口32与所述竖井渗水带32连通。当储蓄竖井30储满水时(或当储蓄竖井30内的水位高于所述溢出口32时)，水可以溢出到所述竖井渗水带31内，进而补充地下水。

所述储蓄竖井30的外周还设有斜渗水带34，所述斜渗水带34与设于所述储蓄竖井30外周竖井渗水带31连通。所述斜渗水带34内填充有空心砾石。在施工时，可以使用长杆旋挖钻机，在地面上斜钻直径0.2-0.3米的孔，再回填空心砾石，所述斜渗水带34能够大面积蓄集几十米深钱表地层地下土壤渗透水。所述斜渗水带34能够大面积的蓄积几十米深浅表地层地下土壤渗透水。可根据地质、土壤蓄水情况，在储蓄竖井30外周设置多条斜渗水带34，以增大储蓄竖井30的蓄水效果，本实施例以设置一条斜渗水带34为例。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种地下蓄水渗灌系统，其特征在于，其包括有集水渗灌槽、储蓄暗渠及储蓄竖井，所述集水渗灌槽包括有与地表相通的多个渗灌集水孔，所述集水渗灌槽还与所述暗渠连通，所述储蓄暗渠与所述储蓄竖井的上部连通。

2.根据权利要求1所述的地下蓄水渗灌系统，其特征在于，所述集水渗灌槽内设有输水管，所述输水管位于所述集水渗灌槽的底部，所述输水管的周壁设有多个开孔，所述集水渗灌槽内通过砾石填充。

3.根据权利要求2所述的地下蓄水渗灌系统，其特征在于，所述集水渗灌槽的砾石与土层之间设有保护层。

4.根据权利要求3所述的地下蓄水渗灌系统，其特征在于，所述储蓄暗渠的上方设有暗渠渗水带，所述暗渠渗水带通过多个暗渠集水孔与地表相通，且所述暗渠渗水带与所述储蓄暗渠连通。

5.根据权利要求4所述的地下蓄水渗灌系统，其特征在于，所述储蓄暗渠下部设有暗渠单向进水口，所述暗渠单向进水口与所述储蓄暗渠渗水带连通。

6.根据权利要求5所述的地下蓄水渗灌系统，其特征在于，所述储蓄暗渠渗水带内填充有砾石，且所述暗渠渗水带的砾石的与土层之间设有保护层。

7.根据权利要求6所述的地下蓄水渗灌系统，其特征在于，所述储蓄暗渠还设有外部进水口，所述外部进水口处设有阀门。

8.根据权利要求1所述的地下蓄水渗灌系统，其特征在于，所述储蓄竖井的外周设有竖井渗水带，所述竖井渗水带与地表连通，所述竖井渗水带通过竖井单向进水口与所述储蓄竖井连通。

9.根据权利要求1所述的地下蓄水渗灌系统，其特征在于，所述集水渗灌槽、所述储蓄竖井及所述储蓄暗渠的底部分别设有防渗水垫层。

10.根据权利要求1所述的地下蓄水渗灌系统，其特征在于，地表下还设有集水渗透槽，所述集水渗透槽通过集水渗透管与地表连通，且所述集水渗透槽与所述集水渗透管内均填充有砾石。

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