CN104782447A - 一种农业用地初期径流收集灌溉系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农业用地初期径流收集灌溉系统及其方法。农业用地初期径流收集灌溉系统包括排水沟渠、导流渠、排水沟渠挡流堰、初期径流感应器、电动集水阀门、集水池、提升泵、农业灌溉管道、农田灌溉喷头。其中排水沟渠挡流堰高上处开凿方形非降雨期排水口；在导流渠上设置通过初期径流感应器控制的电动集水阀门，收集初期径流并用于日常农事灌溉。本发明从减少高氮磷负荷的农业初期径流对水体污染并利用农业本身吸纳氮磷负荷的角度出发，利用原有的沟渠系统，达到收集初期径流并保障降雨排水通畅的作用，同时，将水资源用于非降雨期农田灌溉，该发明构造简单，容易实施，可根据施用地点的现有条件灵活应用。

Description

一种农业用地初期径流收集灌溉系统及其方法

技术领域

本发明涉及初期径流采集利用装置，尤其涉及一种农业用地初期径流收集灌溉系统及其方法。

背景技术

农业面源污染主要是指降雨携带的氮磷等营养物进入水体，增加水体富营养化的风险。几十年来农业面源污染在越来越多的国家引起重视，目前农业面源污染已经成为世界上公认的水体污染最大来源之一。我国是一个农业大国，农业生产集约化，化肥用量大幅提高，氮磷通过降雨径流大量流失，研究发现我国湖泊的氮磷50%以上来自于农业源，农业面源污染给中国近一半的湖泊带来富营养化状态，并逐年加剧，甚至危及城乡居民饮用水的安全。根据对农业用地，尤其是山地农业用地降雨径流的研究表明，由于存在降雨初期冲刷作用，初期径流的氮磷负荷量大，坡度越高氮磷流失量越大。因而加强对初期径流排放的控制必将减轻化肥污染物质对水体污染，削减氮磷初期径流损失对我国水体面源污染控制具有非常重要的现实意义。另一方面，将收集收集后初期径流用于非降雨期农业灌溉，又使水资源和氮磷资源得以再生，加上就近取水，大大减少农业成本。

对于一般的降水采集的发明主要分为两大类。一类相关发明，主要是针对干旱半干旱地区，以节约水资源的角度出发，简单地设计集水池收集降雨，并非对降雨初期径流污染负荷大的特点而设计。另外一类，主要用于城市地区，将收集的初期雨水经过处理后直接排放入水体，或者进入城市污水管网。而针对农业用地，尤其是山地农业用地的初期径流的收集利用的相关研究和发明比较少。本发明从减少农业初期径流对水体污染并利用农业本身吸纳氮磷负荷的角度出发，改造原有的沟渠系统，达到收集初期径流并保障降雨排水通畅的作用，同时，将水资源用于非降雨期农田灌溉，系统构造简单，容易实施，可根据施用地点的现有条件灵活应用。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的缺失，提供一种农业用地初期径流收集灌溉系统及其方法。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

农用地初期径流收集灌溉系统包括：排水沟渠、导流渠、排水沟渠挡流堰、初期径流感应器、电动集水阀门、集水池、提升泵、农业灌溉管道、农田灌溉喷头；排水沟渠、导流渠、集水池、提升泵、农业灌溉管道、农田灌溉喷头顺次相连，水沟渠中部设有排水沟渠挡流堰，靠近集水池一侧的导流渠上设有电动集水阀门，电动机水阀门与初期径流感应器相连。

所述的排水沟渠挡流堰高为20~30cm, 在排水沟渠挡流堰上开凿边长为5~10cm的方形非降雨期排水口。

所述的初期径流感应器包括锥形挡雨顶盖、绝缘空心筒体、导电金属片、长条形导电金属片、塑料空心筒体、排水口、固定组件、集雨底座；集雨底座内设有绝缘空心筒体，绝缘空心筒体下部内设有塑料空心筒体，塑料空心筒体顶部设有长条形导电金属片，绝缘空心筒体中部内壁固定有导电金属片，绝缘空心筒体底部开孔，集雨底座侧面底部安装排水口，初期径流感应器底部由固定组件固定，导电金属片的一端通过导线与电动集水阀门相连，导电金属片的另一端通过导线与电源相连，锥形挡雨顶盖、绝缘壁面和集雨底座均为HDPE材质，锥形挡雨顶盖和绝缘筒壁之间留有空隙。

所述的导电金属片离集雨底座底部高度为50cm，绝缘空心筒体高100cm，直径为20cm，塑料空心筒体高度为49.5cm，直径为19.7cm，集雨底座高为50cm直径为40cm。所述的电动集水闸门包括电葫芦提升机和厚度为8cm的钢板闸门和电葫芦提升机保护外壳。所述的集水池通过出水管道与提升泵相连。

农用地初期径流收集灌溉的方法包括如下步骤：

1）在目标农业用地低洼处开挖导流渠及集水池，依次安装初期径流感应器、电动闸门、出水管道、提升泵、农业灌溉管道及农田灌溉喷头；

2）排水沟渠下游设置排水沟渠挡流堰，排水沟渠挡流堰高20~30cm；

3）关闭集水底座上的排水口；

4）当降雨后，初期径流感应器中的水位上升带动中部的塑料空心筒体上升，其顶部的长条形导电金属片与侧壁上的导电金属片连接，形成闭合回路，启动电葫芦提升机，钢板闸门开启，由于排水沟渠中设置了排水沟渠挡流堰，初期径流通过电动集水闸门流向集水池；水位持续上升至20cm，长条形导电金属片与导电金属片的连接断开，钢板闸门由于重力作用下降关闭，中后期降雨径流漫过排水沟渠挡流堰，直接排放到周边水体；

5）降雨结束后，打开初期径流感应器集水底座上的排水口，将水排干，以待下一次降雨初期径流收集使用；

6）非降雨期，可利用提升泵将集水池内的初期径流通过农田灌溉管道和农田灌溉喷头进行农业灌溉，利用农田吸纳水中的氮磷营养物质。

本发明充分利用了原有沟渠和农业灌溉系统，在此基础上针对初期径流污染负荷大的特点对其进行收集利用，同时相对于其他降雨收集系统，建造的集水池较小，减少施工成本和选址问题。本发明尤其适用于坡地农业用地区域，能够起到削减农业面源污染，达到资源持续利用的作用，同时，本身也具有结构简单、成本低、适用范围广的优点。

附图说明

图1是农业用地初期径流收集灌溉系统结构示意图；

图2是本发明的排水沟渠挡流堰结构示意图；

图3是本发明的初期径流感应器结构示意图；

图4是本发明的集水沟渠结构示意图；

图5是本发明的集水池结构示意图；

图中：排水沟渠1、导流渠2、排水沟渠挡流堰3、初期径流感应器4、电动集水闸门5、集水池6、提升泵7、农田灌溉管道8、农田灌溉喷头9、非降雨期排水口10、锥形挡雨顶盖11、绝缘空心筒体12、导电金属片13、长条形导电金属片14、塑料空心筒体15、排水口16、固定组件17、集雨底座18、导线19、电源20、电葫芦提升机21、钢板闸门22、电葫芦提升机保护外壳23、提升泵保护外壳24、出水管道25。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

如图1~5所示，农用地初期径流收集灌溉系统，包括排水沟渠1、导流渠2、排水沟渠挡流堰3、初期径流感应器4、电动集水阀门5、集水池6、提升泵7、农业灌溉管道8、农田灌溉喷头9；排水沟渠1、导流渠2、集水池6、提升泵7、农业灌溉管道8、农田灌溉喷头9顺次相连，水沟渠1中部设有排水沟渠挡流堰3，靠近集水池6一侧的导流渠2上设有电动集水阀门5，电动机水阀门5与初期径流感应器4相连。

所述的排水沟渠挡流堰3高为20~30cm, 在排水沟渠挡流堰3上开凿边长为5~10cm的方形非降雨期排水口10，用于日常排水。

所述的初期径流感应器4包括锥形挡雨顶盖11、绝缘空心筒体12、导电金属片13、长条形导电金属片14、塑料空心筒体15、排水口16、固定组件17、集雨底座18；集雨底座18内设有绝缘空心筒体12，集雨底座18与绝缘空心筒体12相连部分设有多个细孔，保证内外液面高度一致，绝缘空心筒体12下部内设有塑料空心筒体15，塑料空心筒体15顶部设有长条形导电金属片14，绝缘空心筒体中部内壁固定有导电金属片13，绝缘空心筒体12底部开孔，集雨底座18侧面底部安装排水口16，用于保证降雨前集雨底座内无水，初期径流感应器4底部由固定组件17固定，导电金属片的一端通过导线19与电动集水阀门5相连，导电金属片的另一端通过导线19与电源20相连，锥形挡雨顶盖11、绝缘壁面12和集雨底座18均为HDPE材质，锥形挡雨顶盖11和绝缘筒壁12之间留有空隙，保证内外压一致。

所述的导电金属片13离集雨底座底部高度为50cm，绝缘空心筒体高100cm，直径为20cm，塑料空心筒体高度为49.5cm，直径为19.7cm，集雨底座18高为50cm直径为40cm。所述的电动集水闸门5包括电葫芦提升机21和厚度为8cm的钢板闸门22和电葫芦提升机保护外壳23。所述的集水池6通过出水管道25与提升泵7相连。

在农用地初期径流收集灌溉的方法，包括如下步骤：

1）在目标农业用地低洼处开挖导流渠2及集水池6 ，依次安装初期径流感应器4、电动闸门5、出水管道25、提升泵7、农业灌溉管道8及农田灌溉喷头9；

2）排水沟渠下游设置排水沟渠挡流堰3，排水沟渠挡流堰3高度为25cm；

3）关闭集水底座18上的排水口16；

4）当降雨后，初期径流感应器4中的水位上升带动中部的塑料空心筒体15上升，其顶部的长条形导电金属片14与侧壁上的导电金属片13连接，形成闭合回路，启动电葫芦提升机21，钢板闸门22开启，由于排水沟渠中设置了排水沟渠挡流堰3，初期径流通过电动集水闸门5流向集水池6；水位持续上升至20cm，长条形导电金属片14与导电金属片13的连接断开，钢板闸门22由于重力作用下降关闭，中后期降雨径流漫过排水沟渠挡流堰3，直接排放到周边水体；

5）降雨结束后，打开初期径流感应器集水底座18上的排水口16，将水排干，以待下一次降雨初期径流收集使用；

6）非降雨期，打开提升泵7，将集水池6内的初期径流通过农田灌溉管道8和农田灌溉喷头9进行农业灌溉，利用农田吸纳水中的氮磷营养物质。

Claims (7)

1.一种农用地初期径流收集灌溉系统，其特征在于：包括排水沟渠(1)、导流渠(2)、排水沟渠挡流堰(3)、初期径流感应器(4)、电动集水阀门(5)、集水池(6)、提升泵(7)、农业灌溉管道(8)、农田灌溉喷头(9)；排水沟渠(1)、导流渠(2)、集水池(6)、提升泵(7)、农业灌溉管道(8)、农田灌溉喷头(9)顺次相连，排水沟渠(1)中部设有排水沟渠挡流堰(3)，靠近集水池(6)一侧的导流渠(2)上设有电动集水阀门(5)，电动机水阀门(5)与初期径流感应器(4)相连。

2.根据权利要求1所述的一种农用地初期径流收集灌溉系统，其特征在于：所述的排水沟渠挡流堰(3)高为20~30cm, 在排水沟渠挡流堰(3)上开凿边长为5~10cm的方形非降雨期排水口10。

3.根据权利要求1所述的一种农用地初期径流收集灌溉系统，其特征在于：所述的初期径流感应器(4)包括锥形挡雨顶盖(11)、绝缘空心筒体(12)、导电金属片(13)、长条形导电金属片(14)、塑料空心筒体(15)、排水口(16)、固定组件(17)、集雨底座(18)；集雨底座(18)内设有绝缘空心筒体(12)，绝缘空心筒体(12)下部内设有塑料空心筒体(15)，塑料空心筒体(15)顶部设有长条形导电金属片(14)，绝缘空心筒体中部内壁固定有导电金属片(13)，绝缘空心筒体(12)底部开孔，集雨底座(18)侧面底部安装排水口 (16)，初期径流感应器(4)底部由固定组件(17)固定，导电金属片的一端通过导线(19)与电动集水阀门(5)相连，导电金属片的另一端通过导线(19)与电源(20)相连，锥形挡雨顶盖(11)、绝缘壁面(12)和集雨底座(18)均为HDPE材质，锥形挡雨顶盖(11)和绝缘筒壁(12)之间留有空隙。

4.根据权利要求3所述的一种农用地初期径流收集灌溉系统，其特征在于：所述的导电金属片(13)离集雨底座底部高度为50cm，绝缘空心筒体高100cm，直径为20cm，塑料空心筒体高度为49.5cm，直径为19.7cm，集雨底座18高为50cm直径为40cm。

5.根据权利要求1所述的一种农用地初期径流收集灌溉系统，其特征在于所述的电动集水闸门(5)包括电葫芦提升机(21)和厚度为8cm的钢板闸门(22)和电葫芦提升机保护外壳(23)。

6.根据权利要求1所述的一种农用地初期径流收集灌溉系统，其特征在于所述的集水池(6)通过出水管道(25)与提升泵(7)相连。

7.一种使用如权利要求1所述的系统在农用地初期径流收集灌溉的方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）在目标农业用地低洼处开挖导流渠(2)及集水池(6)，依次安装初期径流感应器(4)、电动闸门(5)、出水管道(25)、提升泵(7)、农业灌溉管道(8)及农田灌溉喷头(9)；

2）排水沟渠下游设置排水沟渠挡流堰(3)，排水沟渠挡流堰(3)高20~30cm；

3）关闭集水底座(18)上的排水口(16)；

4）当降雨后，初期径流感应器(4)中的水位上升带动中部的塑料空心筒体(15)上升，其顶部的长条形导电金属片(14)与侧壁上的导电金属片(13)连接，形成闭合回路，启动电葫芦提升机(21)，钢板闸门(22)开启，由于排水沟渠中设置了排水沟渠挡流堰(3)，初期径流通过电动集水闸门(5)流向集水池(6)；水位持续上升至20cm，长条形导电金属片(14)与导电金属片(13)的连接断开，钢板闸门(22)由于重力作用下降关闭，中后期降雨径流漫过排水沟渠挡流堰(3)，直接排放到周边水体；

5）降雨结束后，打开初期径流感应器集水底座(18)上的排水口 (16)，将水排干，以待下一次降雨初期径流收集使用；

6）非降雨期，可利用提升泵(7)将集水池(6)内的初期径流通过农田灌溉管道(8)和农田灌溉喷头(9)进行农业灌溉，利用农田吸纳水中的氮磷营养物质。