CN105123440A

CN105123440A - 一种无机微灌管节水灌溉系统

Info

Publication number: CN105123440A
Application number: CN201510566445.0A
Authority: CN
Inventors: 王利亚; 李仕辉; 邵平; 常玮; 李森兰; 王建平
Original assignee: Luoyang Normal University
Current assignee: Luoyang Normal University
Priority date: 2015-09-09
Filing date: 2015-09-09
Publication date: 2015-12-09
Anticipated expiration: 2035-09-09
Also published as: CN105123440B

Abstract

一种无机微灌管节水灌溉系统，包括供水系统、分水管和气体汇集管，供水系统设置在待灌溉土地上靠近水源处，分水管和气体汇集管分别设置在待灌溉土地平行的两边沿上，分水管上开设有多个分水头且分水头上连接有导水管，气体汇集管上设置有与导水管等数量的导气管，分水管与气体汇集管之间设置有多列等间距分布的无机微灌管。本发明中可以对不同作物进行均等灌溉，对作物的不同生长期进行适量灌溉；节水效果与痕灌、微润灌相当，比滴灌节水60～80%。

Description

一种无机微灌管节水灌溉系统

技术领域

本发明涉及一种节水灌溉装置，尤其是涉及一种无机微灌管节水灌溉系统。

背景技术

随着世界人口的不断增长，地球上的淡水资源也越来越趋于紧缺。我国的水资源总量为2.8亿m³，虽居世界排名第六位，但我国人口占世界总人口的五分之一还多。此外，我国水资源在时间和空间的分布还极不均匀。水是所有动、植物赖以生存的基本条件。因此，节水灌溉从漫灌、喷灌、滴灌、微滴灌发展到痕灌、微润灌含渗灌等。当前农业灌溉的主流仍是漫灌。其他各种能够显著节约用水的技术，如喷灌、滴灌、痕灌，由于投资较大，只能在某些场合得以推广。微润灌，作为一种新开发的节水灌溉技术，纵然有很多优势，但仍存在以下弊端：①价格仍然偏贵；②微润灌为有机材料润湿角＞90°，需要较大压力。价格骗高，对于低收入的农民来说，难于接受；需要较大压力，能量损失偏大。专利《微润灌溉系统CN201420723811》，在系统中只设计一个总管控制阀，微润管的供水管、微润管均埋于地下。这就存在一个问题，那就是，对不同行距的作物能否实现均等灌溉的问题；对不同生长阶段的作物能否实现适量灌溉的问题。在微润管的布局密度方面，间距小则系统成本成倍提高；间距大对作物则不能实现均等灌溉。

发明内容

本发明的目的是为解决现有节水灌溉技术成本高，首次启用所需动力大的问题，提供一种无机微灌管节水灌溉系统。

本发明为解决上述技术问题的不足，所采用的技术方案是：

一种无机微灌管节水灌溉系统，包括供水系统、分水管和气体汇集管，供水系统设置在待灌溉土地上靠近水源处，分水管和气体汇集管分别设置在待灌溉土地平行的两边沿上，分水管上开设有多个分水头且分水头上连接有导水管，气体汇集管上设置有与导水管等数量的导气管，分水管与气体汇集管之间设置有多列等间距分布的微灌管，微灌管植入待灌溉土地内并垂直于分水管与气体汇集管，微灌管的两端分别通过衔接管I和衔接管II与导水管和导气管连通，所述的分水管的一端上设置有分水管用的分水管堵头，其另一端通过供水总管与供水系统连通以便于为微灌管提供灌溉用水，所述的气体汇集管一端上设置有气体汇集管用的气体汇集管堵头，其另一端通过排气管与外界空气连通以便于微灌管内的空气排出。

所述的供水系统包括底部高于分水管的高位槽、高位槽基础、液面控制器、电源、水泵和水源，高位槽通过高位槽基础固定在待灌溉的土地上，水源的水通过水泵输送至高位槽内，高位槽的侧壁上分别设置有高位槽的上液面探头和高位槽的下液面探头，高位槽的上液面探头和高位槽的下液面探头均通过液面控制器的电源线与液面控制器连接，液面控制器通过液面控制器的电源线与水泵连接，液面控制器和水泵均与电源连接，液面控制器通过高位槽的上液面探头和高位槽的下液面探头检测到高位槽内水的情况控制水泵向高位槽内供水。

所述的供水总管上设置有总水管阀门。

所述的分水管通过多段分水管串联拼接而成，且拼接处通过活接过渡连接，所述的气体汇集管通过多段气体汇集管串联拼接而成，且拼接处通过活接过渡连接。

所述的导水管和导气管上分别设置有用于控制导水管开合的弹簧夹I和用于控制导气管开合的弹簧夹II。

所述的待灌溉土地包括耕作层和死土层，耕作层位于死土层顶部，分水管和气体汇集管放置在耕作层表面，微灌管植入死土层内，微灌管由多段微灌管串联拼接而成且拼接处通过塑料薄膜带密封。

所述的微灌管采用无机微灌管，无机微灌管包括中空管体，所述管体沿轴线截面中的外径H为30～40mm，管体内径φ为10～16mm，管体的管壁内设置有至少一个均匀分布的泡孔，相邻两个泡孔的泡壁之间开设有直径为10～600nm的孔洞。

所述的管体制作原料包括纤维、硅酸盐水泥和水，其中纤维的质量为硅酸盐水泥质量的1～2%，水的质量为硅酸盐水泥和纤维混合物质量的45%-55%，且纤维采用有机纤维或者植物纤维中的任意一种。

所述的管体1的制作原料中还加有发泡剂，且加入发泡剂后管体的干容重为300～400kg/m³。

本发明的微灌管由硅酸盐水泥、水和少量无毒无害、且有利于植物生长的泡沫混凝土发泡剂制成。微灌管的干容重为250～350kg/m³，其管壁上的泡与泡孔之间无宏观通道（指宏观通道截面之最大尺度与泡孔最大直径在同一数量级），但厚度为10～50微米的泡壁上却布满了三维的10～600纳米的孔洞，这些孔洞允许水分子、空气中的氧分子和水溶性氮磷钾肥料等小分子通过，并具有毛细管作用。由于本发明的微灌管和土壤具有几乎相同的组成且均属于无机亲水材料，当微灌管外壁接触土壤后，微灌管内的水在微灌管壁上的毛细管和土壤毛细管以及植物根系的共同作用下，并借助于微灌管的供水系统，使水分、可溶性肥料定向向土壤、植物转移，其所需水压比有机材料制作的微润管、痕灌头低得多，即只需把水送入微灌管即可，也就是说，微灌管壁本身会产生负压并与土壤毛细管、植物根系产生的负压形成合力，吸取微灌管中的水。

微灌管的供水系统由高位水槽部分和与其连通的供水管路部分组成。高位水槽部分包括水源、水泵和高位水槽的液面自动控制装置；供水管路部分包括供水总管和阀门、分水管、分水头、导水管、衔接管和微灌管，它们依次连接，高位槽只需比微灌管略高即可。

在微灌管的布局密度方面，本发明依据土地可能种植的作物，采用30cm或60cm间距，并在微罐管的供水端，对微罐管相间地设置控水开关，从而达到实现对作物的均等灌溉和适量灌溉目的。

灌溉时，启动高位水槽的液面自动控制器，向高位槽中注入水，打开总水阀门，根据需要决定开启的微罐管的数量，即可进行节水灌溉。

随机在作物根部附近扒开土壤，抽样观察作物根部的土壤润湿比。所谓土壤湿润比是指在土壤计划湿润层内，湿润土体与总土体的比值。在田间由于土壤质地的变化，其湿润比是有差异的，例如，对壤土类土壤上棉花花铃期土壤湿润比取60%～65%较适宜，重壤土取上限值，砂土和砂壤土取下限值。即可关闭高位水槽的液面自动控制装置电源和高位槽的出口阀门。

本发明的有益效果是：本发明中的灌溉系统分水管和气体汇集管相互平行，微灌管又与他们垂直，这样就保证了各段微灌管的长度相同，其内空气含量相当，在灌溉时可以保证各个管子压力相同便于同步灌溉保证灌溉的均匀性，发明中采用的无机微灌管的材质为泡沫混凝土。该泡沫混凝土的成分与土壤一致、价格便宜、经久耐用、节水效果可达到痕灌、微润灌水平，润湿角接近0°，具有微动力灌溉能力。本系统可以对不同作物进行均等灌溉，对作物的不同生长期进行适量灌溉。具体效果为：1、节水效果与痕灌、微润灌相当，比滴灌节水60～80%；2、使用性能，包括耐堵塞性能、耐老化性能和所需水压等优于痕灌、微润灌；3、价格便宜，当前，当灌溉管的间距为50～60cm时，滴灌投资600～1000元/亩，痕灌投资2000～3000元/亩，微润灌投资1000～1500元/亩，本项目当微灌管的间距为60cm、30cm、泡沫混凝土按每立方360元计算时，分别为485元/亩和962元/亩；4、微灌管材质与土壤同性，不但使用寿命长，拆除微灌管时，只需要用拖拉机深翻即可；5、可以对不同作物进行均等灌溉和适量灌溉。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明中微灌管安装状态下的局部放大示意图。

图3为本发明中微灌管轴截面图。

图4是本发明中微灌管管壁的局部放大图。

图5是本发明中微灌管的生产模具示意图。

图6是本发明中图5所示模具的模具管端部的刨面放大图。

图示标记：1、管体；2、耕作层；3、管体内的水；4、死土层；5、管壁；51、泡孔；52、泡壁；53、泡孔内的水；54、泡孔中的空气；59、模具吊孔；6、底板；7、固定螺栓；8、边板；81、模具管丝头；82、胶粘剂；83、套管；85、垫片；9、隔板；10、模具管；11、拉紧螺帽；12、模具管卡头；13、高位槽基础；15、高位槽；16、总水管阀门；17、供水总管；19、分水管；21、分水头；22、活接；23、导水管；24、弹簧夹I；25、衔接管I；26、混凝土I；27、分水管堵头；28、排气管；30、微灌管沿其轴向剖视的剖面；31、微灌管的沿其径向剖视的剖面；32、混凝土II；33、衔接管II；34、导气管；35、气体汇集管；36、弹簧夹II；37、气体汇集管堵头；40、水源；41、水泵；43、液面控制器；45、液面控制器电源线，46、高位槽的上液面探头，48、高位槽的下液面探头；56、塑料薄膜带，57、微灌管的连接缝；H、管体沿轴线截面中的外径；φ、管体内径；h1、隔板厚度；φ1、吊孔直径；H1、邻练个隔板位于无机微灌管成型腔的外侧的两面之间的距离；L、边板之间间距。

具体实施方式

图1-6所示，具体实施方式如下：

一种无机微灌管节水灌溉系统，包括供水系统、分水管19和气体汇集管35，供水系统设置在待灌溉土地上靠近水源处，分水管19和气体汇集管35分别设置在待灌溉土地平行的两边沿上，分水管19上开设有多个分水头21且分水头21上连接有导水管23，气体汇集管35上设置有与导水管23等数量的导气管34，分水管19与气体汇集管35之间设置有多列等间距分布的无机微灌管，无机微灌管植入待灌溉土地内并垂直于分水管19与气体汇集管35，无机微灌管的两端分别通过衔接管I25和衔接管II33与导水管23和导气管34连通，所述的分水管19的一端上设置有分水管19用的分水管堵头27，其另一端通过供水总管17与供水系统连通以便于为无机微灌管提供灌溉用水，所述的气体汇集管35一端上设置有气体汇集管用的气体汇集管堵头37，其另一端通过排气管28与外界空气连通以便于微灌管内的空气排出。

所述的供水系统包括底部高于分水管19的高位槽15、高位槽基础13、液面控制器43、电源、水泵41和水源40，高位槽通过高位槽基础固定在待灌溉的土地上，水源的水通过水泵输送至高位槽内，高位槽的侧壁上分别设置有高位槽15的上液面探头46和高位槽15的下液面探头48，高位槽15的上液面探头和高位槽15的下液面探头均通过液面控制器43的电源线45与液面控制器43连接，液面控制器43通过液面控制器43的电源线45与水泵41连接，液面控制器43和水泵41均与电源连接，液面控制器43通过高位槽15的上液面探头46和高位槽15的下液面探头48检测到高位槽15内水的情况控制水泵41向高位槽15内供水。

所述的供水总管17上设置有总水管阀门16。

所述的分水管19通过多段分水管串联拼接而成，且拼接处通过活接22过渡连接，所述的气体汇集管35通过多段气体汇集管串联拼接而成，且拼接处通过活接22过渡连接。

所述的导水管23和导气管34上分别设置有用于控制导水管开合的弹簧夹I24和用于控制导气管开合的弹簧夹II36。

所述的待灌溉土地包括耕作层2和死土层4，耕作层2位于死土层4顶部，分水管19和气体汇集管35放置在耕作层2表面，无机微灌管植入死土层4内，无机微灌管由多段无机微灌管串联拼接而成且拼接处通过塑料薄膜带56密封。

所述的无机微灌管包括中空管体1，所述管体沿轴线截面中的外径H为30～40mm，管体内径φ为10～16mm，管体1的管壁5内设置有至少一个均匀分布的泡孔51，相邻两个泡孔51的泡壁52之间开设有直径为10～600nm的孔洞。

所述的管体1制作原料包括纤维、硅酸盐水泥和水，其中纤维的质量为硅酸盐水泥质量的1～2%，水的质量为硅酸盐水泥和纤维混合物质量的45%-55%，且纤维采用有机纤维或者植物纤维中的任意一种。

所述的管体1的制作原料中还加有发泡剂，且加入发泡剂后管体1的干容重为300～400kg/m³。

一、微灌管1的制作

1、如图1，吊装微灌管模具并紧固相关螺丝（7,11），并在可能接触泡沫混凝土浆料的部位涂上脱模剂；

2、采用优质泡沫混凝土发泡剂，用发泡机制作出泡径在0.08～0.12mm的泡沫，用普通硅酸盐水泥和其质量1～2%的有机纤维或植物纤维、45～55%的水制成混凝土浆料，并将泡沫与混凝土浆料混合制成干容重300～400kg/m³的泡沫浆料，将其浇注到微灌管模具中；

3、刮平，待泡沫混凝土浆料初凝后，卸掉模具管（10）一端的紧固螺帽（11），并通过模具管（10）的卡头（12）先转动模具管（10），而后抽出之；

4、待泡沫混凝土终凝后（15～24小时），连同泡沫混凝土，通过吊孔（59）吊起模具并将其翻转后置于模具底板（6）上；

5、依次卸掉固定螺栓（7）、边板（8）；

6、先用批灰刀沿第一块隔板（9）右侧把它与第一根微灌管分离，而后用批灰刀沿第二块隔板的左侧把第一根微灌管与第二块隔板分离，用两只机械臂抓住距微灌管两端1/5到1/4处，将其堆放于养护区；

7、重复第6步，收集所有微灌管整齐堆放于养护区；

8、清理微灌管模具、再次涂上脱模剂、组装待用；

9、微灌管常压养护28天后即为成品。

二、微灌系统的铺设

1、如图1，沿B向，在分水管（19）、气体汇集管（35）所在位置各挖一条宽15～20cm、深21～25cm、长为耕地宽的沟槽B；

2、沿A向在耕地上每隔60cm挖一条宽15.0cm、深20～24cm、长为耕地长的沟槽A，其中沟槽在耕作层以下的截面为正方形（目的），其边长约为4.5cm；

3、在A向沟槽中，铺设微灌管1，在微灌管的连接处缠绕1周上的塑料薄膜带（图2，56），直到铺满沟槽A，必要时袃（chai）制微灌管；

4、在铺就的沟槽A中的微灌管两端（图2）插入衔接管I、II（25、33）后浇注混凝土砂浆固定之，待混凝土砂浆凝结后，以土回填；

5、重复第2～4步，在第一批微罐管列之间居中铺设第二批微灌管；

6、如图1，沿B向布设、安装分水管19，分水头21，活接22，导水管23，弹簧夹I（24），衔接管I（25）以及分水管（19）末端的堵头（27）；

7、沿B向布设、安装气体汇集管（35），导气管（34），弹簧夹II(36),衔接管II（33）以及气体汇集管（35）的堵头（37），排气管（28）；

8、在耕地的适当位置设置与分水管（19）连接的高位槽（15）、控制阀（16）、液面控制器（43）、水泵等设备；

三、本发明的使用方法

1、根据农作物的行距，决定同时开启两批微灌管或仅开启第一批微灌管，图1所示的为仅开启第一批微灌管，若要同时开启两批微灌管，只需同时移动弹簧夹I24的位置于分水头21之上、弹簧夹II36的位置于衔接管II33之上即可。

2、开启液面控制器43，向高位槽15中注水。

3、开启总水管阀门16，向微灌管中供水，则微灌管中的空气通过衔接管II33、导气管34、气体汇集管35、排气管28被排出。

4、进行微灌12小时后，随机扒开土壤检测土壤润湿状态，若达不到要求，可继续进行微灌，直到润湿程度符合所种植物生长需要即可关闭总水管阀门16和液面控制器43。

下面结合实施例，进一步说明本发明的具体实施方式。

实施例1（稳产、高产田，秋种小麦、夏种玉米）

对于秋季播种小麦或油菜、夏季播种玉米或豆类的稳产高产耕地，采用微罐管间距为30cm。

一、微灌系统的铺设

1、如图1，沿B向，在分水管19、气体汇集管35所在位置各挖一条宽15～20cm、深21～25cm、长为耕地宽的沟槽B；

2、沿A向在耕地上每隔60cm挖一条宽15.0cm、深20～24cm、长为耕地长的沟槽A，其中沟槽在耕作层以下的截面为正方形，其边长约为4.5cm；

3、在A向沟槽中，铺设微灌管1，在微灌管的连接处缠绕1周上的塑料薄膜带(图2，56），直到铺满沟槽A，必要时袃（chai）制微灌管；

4、在铺就的沟槽A中的微灌管两端（图2）插入衔接管I、II25、33后浇注混凝土砂浆固定之，待混凝土砂浆凝结后，以土回填；

6、如图1，沿B向布设、安装分水管19，分水头21，活接22,导水管23，弹簧夹I24，衔接管I25以及分水管19末端的堵头27；

7、沿B向布设、安装气体汇集管35，导气管34，弹簧夹II36,衔接管II33以及气体汇集管堵头37，排气管28；

8、在耕地的适当位置设置与分水管19连接的高位槽15、控制阀16、液面控制器43、水泵等设备；

二、本发明的使用方法

1、根据农作物的行距，决定微罐管是采用全部投入（方式2，图1所示），还是只投入50%（方式1）。对于小麦应采用方式2，玉米则使用方式1。

使用方式2时，只需同时移动弹簧夹I24的位置于分水头21之上、弹簧夹II36的位置于衔接管II33之上即可。

2、开启液面控制器43，向高位槽15中注水。

实施例2（景观草坪，足球场草坪，非根药用植物）

本实施例的微罐管铺设方式同实施例1，所不同的是因不存在土地翻耕的问题，故微罐管铺设深度可改为10cm左右，景观草坪、足球场草坪，间距改为15～20cm，非根药用植物依其行距，灌溉方式采用方式1。

实施例3（干旱缺雨地区，种植果树、）

本实施例的微罐管铺设方式为三列微罐管为一组，列间距为60cm，边列微罐管埋设深度≧15cm，中央列微罐管埋设深度依果苗大小而定，一般应为20～40cm。每行果树都位于每组微罐管的中央列上方，两组微罐管的间距等于果树的行距。果树苗小时，仅采用每组的中央微罐管灌溉，苗大时则采用灌溉方式2。

Claims

1.一种无机微灌管节水灌溉系统，其特征在于：包括供水系统、分水管（19）和气体汇集管（35），供水系统设置在待灌溉土地上靠近水源处，分水管（19）和气体汇集管（35）相互平行且分别设置在待灌溉土地的两侧边上，分水管（19）上开设有多个分水头（21）且分水头（21）上连接有导水管（23），气体汇集管（35）上设置有与导水管（23）等数量的导气管（34），分水管（19）与气体汇集管（35）之间设置有多列等间距分布的微灌管，微灌管植入待灌溉土地内并垂直于分水管（19）与气体汇集管（35），微灌管的两端分别通过衔接管I（25）和衔接管II（33）与导水管（23）和导气管（34）连通，所述的分水管（19）的一端上设置有分水管（19）用的分水管堵头（27），其另一端通过供水总管（17）与供水系统连通以便于为微灌管提供灌溉用水，所述的气体汇集管（35）一端上设置有气体汇集管用的气体汇集管堵头（37），其另一端通过排气管（28）与外界空气连通以便于微灌管内的空气排出。

2.根据权利要求1所述的一种无机微灌管节水灌溉系统，其特征在于：所述的供水系统包括底部高于分水管（19）的高位槽（15）、高位槽基础（13）、液面控制器（43）、电源、水泵（41）和水源（40），高位槽通过高位槽基础固定在待灌溉的土地上，水源的水通过水泵输送至高位槽内，高位槽的侧壁上分别设置有高位槽（15）的上液面探头（46）和高位槽（15）的下液面探头（48），高位槽（15）的上液面探头和高位槽（15）的下液面探头均通过液面控制器（43）的电源线（45）与液面控制器（43）连接，液面控制器（43）通过液面控制器（43）的电源线（45）与水泵（41）连接，液面控制器（43）和水泵（41）均与电源连接，液面控制器（43）通过高位槽（15）的上液面探头（46）和高位槽（15）的下液面探头（48）检测到高位槽（15）内水的情况控制水泵（41）向高位槽（15）内供水。

3.根据权利要求1所述的一种无机微灌管节水灌溉系统，其特征在于：所述的供水总管（17）上设置有总水管阀门（16）。

4.根据权利要求1所述的一种无机微灌管节水灌溉系统，其特征在于：所述的分水管（19）通过多段分水管串联拼接而成，且拼接处通过活接（22）过渡连接，所述的气体汇集管（35）通过多段气体汇集管串联拼接而成，且拼接处通过活接（22）过渡连接。

5.根据权利要求1所述的一种无机微灌管节水灌溉系统，其特征在于：所述的导水管（23）和导气管（34）上分别设置有用于控制导水管开合的弹簧夹I（24）和用于控制导气管开合的弹簧夹II（36）。

6.根据权利要求1所述的一种无机微灌管节水灌溉系统，其特征在于：所述的待灌溉土地包括耕作层（2）和死土层（4），耕作层（2）位于死土层（4）顶部，分水管（19）和气体汇集管（35）放置在耕作层（2）表面，微灌管植入死土层（4）内，所述的微灌管设有多段并使得多段管体串联拼接而成且拼接处通过塑料薄膜带（56）密封。

7.根据权利要求1所述的一种无机微灌管节水灌溉系统，其特征在于：所述的微灌管采用无机微灌管，无机微灌管包括中空的管体（1），所述管体沿轴线截面中的外径（H）为30～40mm，管体内径（φ）为10～16mm，管体（1）的管壁（5）内设置有至少一个均匀分布的泡孔（51），相邻两个泡孔（51）的泡壁（52）之间开设有直径为10～600nm的孔洞。

8.根据权利要求7所述的一种无机微灌管节水灌溉系统，其特征在于：所述的管体（1）制作原料包括纤维、硅酸盐水泥和水，其中纤维的质量为硅酸盐水泥质量的1～2%，水的质量为硅酸盐水泥和纤维混合物质量的45%-55%，且纤维采用有机纤维或者植物纤维中的任意一种。

9.根据权利要求7所述的一种无机微灌管节水灌溉系统，其特征在于：所述的管体（1）的制作原料中还加有发泡剂，且加入发泡剂后管体（1）的干容重为300～400kg/m³。