CN106358986A - 一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，由蓄水系统、首部设施管理房、减压池、灌溉系统、排水井和管路构成；所述的蓄水系统包括沉淀池和清水池；所述的首部设施管理房通过主管与清水池连通，其地势低于清水池；由于山地地块高差变化大，在相应的灌溉区设立减压池以防止局部压力过大而损坏管道，减压池由主管连通首部设施管理房或上一级减压池，上一级减压池地势高于下一级减压池；所述的管路包括主管、分水主管和阀门。本发明通过在山区高海拔处修建沉淀池、清水池等，可以最大限度地开发利用山区的水源，解决了山区季节性干旱缺水的问题，并提高了降水资源的利用率，而不用以高成本为代价采用提灌站的形式从河谷抽水进行灌溉。

Description

一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统
技术领域
本发明涉及节水省肥的灌溉施肥工程技术领域，尤其涉及一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统。
背景技术
川西高原位于青藏高原东侧，该区日照充足，干湿季节分明，全年有7个月为旱季，降雨量较少，蒸发量是降雨量的2.5倍。由于川西高原地形地貌复杂，土壤保水保肥性能差，地表水不易积蓄，水土流失面大，雨季的降水因基础设施条件的限制不能有效保留和利用，而旱季又干旱缺水，致使当地的农业生产和百姓生活对天气依赖性很大，基本上是靠天吃饭,而目前干旱地区多采用的以提灌站的形式从河谷抽水进行灌溉的方法对于地形复杂、坡度大的高山峡谷地区，因扬程大、成本高而实际操作性不强，同时对高原地区雨季的降水资源也没有很好的利用。另外川西高原地区因为缺水，导致肥料很难被植物吸收利用，且易对土壤造成严重污染。除川西高原以外，中国的西北地区、青藏高原、云贵高原等很多缺水的高原地方同样面临相同的困境。
近年来，水肥一体化微灌技术在我国作物栽培上的应用越来越广，其能有效提高水肥利用率，从而达到节水省肥的目的，但目前水肥一体化微灌技术仅在平原地区或坡度较小的山区推广使用，而在高山峡谷地区，因其海拔高、坡度大、地形复杂、种植区分散还没有一套适宜的完整的水肥一体化灌溉系统可供推广使用。
云南瑞升烟草技术(集团)有限公司于2011‐01‐28所申请的申请号为201110031452.2的“一种适用于高原山区的灌溉系统”，一种适用于高原山区的灌溉系统提供的是一种适用于高原山区的引水、蓄水、节水灌溉系统，该系统利用自压力的原理，用输水管道将地势较高的水库或溪流里的水引入地势较低的蓄水池中，再将蓄水池中的水引入到地势更低的一个个水窖中，灌溉系统又与蓄水池或水窖连接，形成一个用不同长度、不同粗细的管网将山区的水库或溪流、水池、水窖、灌溉系统管网灌桩连接起来的自动灌溉系统。该系统做到了“把山上的水留在山上用、今年的水明年用、小水攒成大水用”，最大限度地利用水资源。但该申请没有详细说明和解决如何在高海拔，坡度大，地形复杂，种植区域分散的山区铺设灌溉管网，实现各种植地块均匀灌溉的问题。
发明内容
本发明要解决的问题的在于提供一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，克服上述现有技术中存在的不足，通过借助自然地形地势，有效的将高山泉水、雪水等自然降水收集蓄积起来，分配到各种植地块，从而解决高山峡谷地区缺水用、施肥难的问题，并提高水肥利用率。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，由蓄水系统、首部设施管理房、减压池、灌溉系统、排水井和管路构成；所述的蓄水系统包括沉淀池和清水池，沉淀池地势高于清水池，通过引水沟渠将山顶的溪流水引入沉淀池沉淀后，再通过引水沟渠或主管将沉淀池中的水引入清水池；所述的首部设施管理房通过主管与清水池连通，其地势低于清水池，主要用于安装灌溉首部系统，包括灌溉控制、过滤系统、管网安全保护等；由于山地地块高差变化大，在相应的灌溉区设立减压池以防止局部压力过大而损坏管道，减压池由主管连通首部设施管理房或上一级减压池，上一级减压池地势高于下一级减压池；所述的灌溉系统包括微喷灌系统或滴灌或渗灌系统，由灌溉管网、注肥器和阀门构成，通过分水主管连通首部设施管理房或减压池；所述的排水井位于各片区灌溉系统尾端最低处合适位置，用于冬季排空管内积水，防止冬季冰冻而管道破裂；所述的管路包括主管、分水主管和阀门，沉淀池、清水池、首部设施管理房和各级减压池之间由主管连通，灌溉系统通过分水主管与首部设施管理房或减压池连通。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，本灌溉系统的取水源为山顶的溪流水，采用重力自压，管道输水减压调压灌溉。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，由于山地地势狭窄，沉淀池修建因地势而定，如果沉淀池修建长度受限制，设计梯田式的多级沉淀，如果修建地点长度满足，可以修一个沉淀池；沉淀池的进水区和出水区分别用拦污栅和不锈钢过滤网网拦截杂物。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，清水池的出水口用不锈钢过滤网拦污，并在出水口下方设置排污口，溢出水修引水沟渠引流。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，首部设施管理房的过滤系统为不锈钢过滤网+砂石过滤器+叠片过滤器三级过滤，在叠片过滤器两端安装两个压力表，与过滤器进水口和出水口相连，用于监控灌溉系统的压力和判定过滤器的清洁程度及清理时间。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，在每一个减压池向下一级减压池输水的出水口处及每一个减压池向灌溉片区输水的入水口处安装不锈钢过滤网，在减压池出水口下方设置排污口。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，山区若种植区集中于不同的海拔区域，呈分散种植，可根据地形及种植分布划分不同的灌溉区，同时设立相应的减压池，并根据灌溉区中不同的灌水小区布置相应的灌溉管网，灌溉时为减少用水矛盾可实行不同灌溉区间的轮灌。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，铺设灌溉管网时，在地势较平的地块，灌溉管顺种植行铺设；在地势起伏较均匀的斜坡地块，采用等高线布局行向，顺种植行铺设滴灌管；在地势起伏较大的地块，难以进行等高线布置的选用压力补偿灌溉。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，在灌溉管网首部设立取水口、注肥口；取水口方便施肥取水，如再连接一根塑料管可实现浇定及其他用途灌水，注肥口连接注肥器，进行水肥一体化灌溉，也可用于根部灌药或叶面喷药等功能，注肥口肥料溶液需进行过滤处理，注肥器可依情况选用成套设备，包括注肥动力与肥料过滤于一体，也可单独设置肥液过滤器。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，由于山地地块高差变化大，为保证每个灌水小区的灌水均匀度，可在各灌水小区的首部安装可以调压(减压)的调压阀，在灌溉管网安装好后分别调压设定所有灌水小区的首部所需压力值。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，在清水池、首部设施管理房及各级减压池出水口的主管及分水主管上均安装自动进排气阀和截止阀，并设立相应的阀门井以便管理检修。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，灌溉网路的灌溉、取水、注肥可选择球阀控制，减压池的入水口可选择浮球阀控制，排水井的入水口可选择排水阀控制，也可根据实际情况选择其他阀门。
本发明一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，进一步的，管道铺设要求在地基较好的基础上(平整，结构紧实)平铺，松软地段需夯实，如果基础较差，地形变化大，要加固等妥善处理；管道连接及交叉连接处应设置镇墩，混泥砂浆处理。
本发明具有如下优势：
1、本发明通过在山区高海拔处修建沉淀池、清水池等，可以最大限度地开发利用山区的水源，将降水资源蓄积起来，在旱季干旱少雨时再加以利用，解决了山区季节性干旱缺水的问题，并提高了降水资源的利用率，而不用以高成本为代价采用提灌站的形式从河谷抽水进行灌溉。
2、本发明根据海拔地形及种植分布划分不同的灌溉区，同时设立相应的减压池，在铺设灌溉管网时，因地制宜，分类设计，对斜坡地采取等高线设计，同时因地而异分别选用普通微灌或压力补偿微灌灌溉，有效的解决了高山峡谷地区因海拔高、坡度大、地形复杂、种植区分散等情况带来的水肥一体化灌溉系统铺设困难的问题，创造了一套适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统。
3、本发明有效利用山顶自然水资源，在输水过程中，利用地势差的自压力原理输水，减少了压力泵等设备的适用，节约了成本和能源。
4、本发明采用水肥一体化灌溉技术，提高了水肥利用率，达到了节水省肥的目的，同时有利于作物的稳产、增产和品质提高，并且可以改善土壤的理化性质，节省劳力，减轻劳动强度。
5、本发明可以有效解决高山峡谷地区雨季降水流失严重，利用程度低，而旱季干旱缺水的用水状况及肥料利用率低的问题，为高山峡谷地区农业生产提供有力的保障。
附图说明
图1是本发明实施例提供的色尔岭村葡萄水肥一体化灌溉系统总体示意图；
图2是本发明实施例提供的沉淀池结构示意图；
图3是本发明实施例提供的色尔岭村A灌区示意图；
图4是本发明实施例提供的色尔岭村B灌区示意图；
图5是本发明实施例提供的色尔岭村C灌区示意图；
图6是本发明实施例提供的色尔岭村D灌区示意图；
图7是本发明实施例提供的排水井安装结构示意图；
图8是本发明实施例提供的阀门井安装结构示意图；
图9是本发明实施例提供的田间各地块管道结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图1‐9及具体实施例对本发明作进一步说明。应当明确，下述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例：四川省阿坝州金川县色尔岭村葡萄水肥一体化灌溉方案
色尔岭村地处川西高原，年内降雨量主要分布在4—10月，占年降雨量的91％，年均降水量616.2mm，蒸发量1500mm，蒸发量大。山区有丰富山泉水资源，但由于基础设施条件限制未能较好的有效利用，故常有冬干、春旱和伏旱，所以该地区仍然存在阶段性缺水问题影响农业生产。色尔岭村葡萄种植区域海拔在2294.99m‐2881.03m，地形为山坡地形，多级台地，地块普遍为不规则异形地，地面高低起伏，平整度差，其土壤大多为黄沙土壤，土层较深，土壤特点为浸润速度中等，保水保肥性较差。该地区年最低温度约为‐20℃，冻土层约40cm。
图1示出了本发明实施例提供的色尔岭村葡萄水肥一体化灌溉系统总体示意图。本系统由蓄水系统、首部设施管理房、减压池、灌溉系统、排水井和管路构成。本系统采用重力自压，管道输水减压调压灌溉。
蓄水系统包括沉淀池和清水池，本系统的取水源为高山长流山泉水，水质较清澈，水源充足，能保证种植区灌溉用水。在葡萄种植区域东北方向上方海拔3042.94m处有一个1000㎡的蓄水池可作为清水池。沉淀池建在清水池之上，地势高于清水池，通过引水沟渠将山顶的溪流水引入沉淀池沉淀后，再通过引水沟渠或主管将沉淀池中的水引入清水池，
图2示出了本发明实施例提供的沉淀池结构示意图。由于山地地势狭窄，沉淀池修建长度受限制，设计梯田形式两级沉淀，水流入沉淀池后，流速降低利于砂石沉降，沉淀池规格长6m×宽2‐2.2m×高1.2m/个，沉淀池的进水区和出水区分别用拦污栅，20目不锈钢网拦截杂物，清水池的出水口用30目不锈钢过滤网拦污，并在出水口下方设置排污口，清水池溢出水修引水沟渠引流。
首部设施管理房通过主管与清水池连通，其地势低于清水池，选择在海拔2850m‐2855m合适位置修建，面积20㎡，高2.2‐2.5m，长方形修建。管理房主要用于安装灌溉首部系统，包括灌溉控制、过滤系统、官网安全保护等。首部选用不锈钢材质的网室过滤+砂石过滤器+叠片过滤器三级过滤，网室过滤选择30目不锈钢网，主要过滤较大的杂质；砂石过滤器选用手动反冲洗碳钢砂石过滤器，DN150流量160m3/H，主要过滤悬浮物等；叠片过滤器选用手动反冲洗过滤器，DN150流量160m3/H，过滤精度130μm，输水管上依管径大小分别安装1寸‐6寸不等叠片过滤器，主要过滤细小杂物，少量藻类。由于首部设施管理房建在山上，没有电源，不便选用方便的自动反冲洗过滤器，对于公共灌溉大区域清洗过滤器带来不便，因此对首部过滤系统安排专人管理清洗。在叠片过滤设备两端安装两个压力表，与过滤器进水口和出水口相连，用于监控灌溉系统的压力和判定过滤器的清洁程度及清理时间。
由于山地地块高差变化大，在相应的灌溉区设立减压池以防止局部压力过大而损坏管道，减压池由主管连通首部设施管理房或上一级减压池，上一级减压池地势高于下一级减压池。在每一个减压池向下一级减压池输水的出水口处及每一个减压池向灌溉片区输水的入水口处安装30目不锈钢过滤网，在减压池出水口下方设置排污口。
结合当地实际情况，因地制宜，色尔岭村葡萄作物灌溉采用滴灌，灌溉技术参数如下：
微灌土壤湿润比：P＝45‐50％
微灌水利用系数：η＝0.90
设计灌水均匀度：Eu≥80％
设计日供水强度：I＝5mm
设计湿润深度：0.6m≥z≥0.5m
灌溉系统(滴管系统)由灌溉管网、注肥器和阀门构成，通过分水主管连通首部设施管理房或减压池。滴灌采用流量为2.0L/H，滴头间距为0.4m，管径为1.6cm，壁厚为1.0cm。设计灌溉管为内镶式滴头，工作压力在0.08-0.25Mpa范围内，流量基本相同，每行葡萄铺设一根滴管，按照国标质量要求最大铺设长度不超过105m。
图3-6示出了本发明实施例提供的色尔岭村A、B、C、D灌区示意图。由于色尔岭村为山地地形，葡萄种植区相对集中在不同海拔区域，以农户为单元分散种植，总灌溉面积766.61亩，根据地形及种植分布，分为4个灌溉区，即A、B、C、D灌区，A灌区583.46亩，又分为A1、A2、A3、A4、A5五个灌溉片区；B灌区44.86亩；C灌区127.73亩；D灌区10.56亩，并为每个灌溉片区设立相应的减压池。整个灌区分为14个轮灌组，每一轮灌组约55亩，每天分上午、下午两个轮次，避开中午温度较高时段灌溉，即每天可完成110亩葡萄灌溉，整个灌区7天完成一个轮灌周期。由于灌区由多个分散的农户单元组成，每一轮灌组由农户自由协商组合，同一轮灌组尽量避开同一灌溉区，减少用水矛盾。轮灌时间有农户协商确定。
铺设灌溉管网时，在地势较平的地块，灌溉管顺种植行铺设；在地势起伏较均匀的斜坡地块，采用等高线布局行向，顺种植行铺设滴灌管；在地势起伏较大的地块，难以进行等高线布置的选用压力补偿灌溉，PE管上安装压力补偿滴头。
在每一地块(或较集中的种植户地块)即灌水小区的灌溉管网首部设立一个取水口，球阀控制，方便施肥取水，如再连接一根塑料管可实现浇定及其他用途灌水。农户要求各种植户单独肥水管理，故在每一地块(或较集中的种植户地块)即灌水小区设立一个注肥口，球阀控制，连接注肥器，进行水肥一体化灌溉，也可用于根部灌药或叶面喷药等功能，注肥口肥料溶液需进行过滤处理，由于农户分散，考虑设备使用及管理水平差异大，经济成本及维护成本等因素，注肥器选用成套设备，包括注肥动力与肥料过滤于一体。
由于山地地块高差变化大，为保证每个灌水小区的灌水均匀度，在各灌水小区的首部安装可以调压(减压)功能的压力调节器使之稳定在灌溉系统所要求的压力数值上。调压阀大小依各地块管径大小选择，规格在之间。在灌溉管网安装好后分别调压设定所有灌水小区的首部所需压力。
图7示出了本发明实施例提供的排水井安装结构示意图。灌溉区为高海拔山地，冬季有积雪，管内积水易引起管道爆裂，因此各片区灌溉系统尾端最低处合适位置，设置排水井，在冬季冰冻来临之前，将管网中水排尽，防止管道破裂。排水井砖混结构，要求安全稳固，大小以方便人操作为宜。
管路包括主管、分水主管和阀门，沉淀池、清水池、首部设施管理房和各级减压池之间由主管连通，灌溉系统通过分水主管与首部设施管理房或减压池连通。
图8示出了本发明实施例提供的阀门井安装结构示意图。在清水池、首部设施管理房及各级减压池出水口的主管及分水主管上均安装自动进排气阀和截止阀，本次依管径大小不等选用1”‐3”DG‐010自动进排气阀，并设立相应的阀门井以便管理检修。灌溉网路的灌溉、取水、注肥选择球阀控制，规格依灌径大小确定，田间灌溉阀门管径大于选用截止阀。减压池的入水口选择浮球阀控制，排水井的入水口选择排水阀控制。
图9示出了本发明实施例提供的田间各地块管道结构示意图。灌溉管网的一级支管下埋10‐20cm，二级支管铺设于地面，连通滴管完成灌溉，主管埋于冻土层下，即地面下约50cm。管道铺设要求在地基较好的基础上(平整，结构紧实)平铺，松软地段需夯实，如果基础较差，地形变化大，要加固等妥善处理；管道连接及交叉连接处应设置镇墩，混泥砂浆处理。

Claims (10)

1.一种适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，由蓄水系统、首部设施管理房、减压池、灌溉系统、排水井和管路构成；所述的蓄水系统包括沉淀池和清水池，沉淀池地势高于清水池，通过引水沟渠将山顶的溪流水引入沉淀池沉淀后，再通过引水沟渠或主管将沉淀池中的水引入清水池；所述的首部设施管理房通过主管与清水池连通，其地势低于清水池，主要用于安装灌溉首部系统，包括灌溉控制、过滤系统、管网安全保护；由于山地地块高差变化大，在相应的灌溉区设立减压池以防止局部压力过大而损坏管道，减压池由主管连通首部设施管理房或上一级减压池，上一级减压池地势高于下一级减压池；所述的灌溉系统包括微喷灌系统或滴灌或渗灌系统，由灌溉管网、注肥器和阀门构成，通过分水主管连通首部设施管理房或减压池；所述的排水井位于各片区灌溉系统尾端最低处合适位置，用于冬季排空管内积水，防止冬季冰冻而管道破裂；所述的管路包括主管、分水主管和阀门，沉淀池、清水池、首部设施管理房和各级减压池之间由主管连通，灌溉系统通过分水主管与首部设施管理房或减压池连通。
2.根据权利要求1所述适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，由于山地地势狭窄，沉淀池修建因地势而定，如果沉淀池修建长度受限制，设计梯田式的多级沉淀，如果修建地点长度满足，则修一个沉淀池；沉淀池的进水区和出水区分别用拦污栅和不锈钢过滤网拦截杂物。
3.根据权利要求1所述适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，清水池的出水口用不锈钢过滤网拦污，并在出水口下方设置排污口。
4.根据权利要求1所述适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，首部设施管理房的过滤系统为不锈钢过滤网+砂石过滤器+叠片过滤器三级过滤，在叠片过滤器两端安装两个压力表，与过滤器进水口和出水口相连，用于监控灌溉系统的压力和判定过滤器的清洁程度及清理时间。
5.根据权利要求1所述适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，在每一个减压池向下一级减压池输水的出水口处及每一个减压池向灌溉片区输水的入水口处安装不锈钢过滤网，在减压池出水口下方设置排污口。
6.根据权利要求1所述适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，山区若种植区集中于不同的海拔区域，呈分散种植，可根据地形及种植分布划分不同的灌溉区，同时设立相应的减压池，并根据灌溉区中不同的灌水小区布置相应的灌溉管网，灌溉时为减少用水矛盾实行不同灌溉区间的轮灌。
7.根据权利要求1至6任一权利要求所述适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，铺设灌溉管网时，在地势较平的地块，灌溉管顺种植行铺设；在地势起伏较均匀的斜坡地块，采用等高线布局行向，顺种植行铺设滴灌管；在地势起伏较大的地块，难以进行等高线布置的选用压力补偿灌溉。
8.根据权利要求7所述适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，在灌溉管网首部设立取水口、注肥口；取水口方便施肥取水，注肥口连接注肥器，进行水肥一体化灌溉。
9.根据权利要求8所述适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，由于山地地块高差变化大，为保证每个灌水小区的灌水均匀度，在各灌水小区的首部安装可以调减压的调压阀，在灌溉管网安装好后分别调压设定所有灌水小区的首部所需压力值。
10.根据权利要求9所述适用于高山峡谷地区的水肥一体化灌溉系统，其特征在于，在清水池、首部设施管理房及各级减压池出水口的主管及分水主管上均安装自动进排气阀和截止阀，并设立相应的阀门井以便管理检修。
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