CN106613749A - 一种农田雨水集蓄、排水及节灌系统 - Google Patents

一种农田雨水集蓄、排水及节灌系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种农田雨水集蓄、排水及节灌系统，适用于农田水循环土层厚度较薄、旱涝频繁、土壤有效水含量偏低、降雨再分配以填洼与地表径流为主的农田地区，包括集蓄装置、排水装置、节灌装置及太阳能供电装置。本发明能够有效提高天然降水资源的利用率与节水灌溉的自动化水平，具有节能、环保、绿色、低碳的特点，尤其适用于农田水循环土层厚度较薄、旱涝频繁、土壤有效水含量偏低、降雨再分配以填洼与地表径流为主的农田地区。

Description

一种农田雨水集蓄、排水及节灌系统
技术领域
本发明涉及一种农田雨水集流节水灌溉装置系统，特别适用于农田水循环土层厚度较薄、旱涝频繁、土壤有效水含量偏低、降雨再分配以填洼与地表径流为主的农田地区。
背景技术
雨水集蓄利用是水资源开发利用最早的方式，早在4000年前的中东、南阿拉伯以及北非等地区就出现了将收集的雨水用于生活、生产等的雨水集蓄系统。在20世纪上半叶，由于江河开发和地下水供水技术的飞速发展，雨水集蓄技术除在少数缺水地区利用外已被人们所忽视。20世纪80年代以来，随着全世界水资源日益紧缺，同时低成本的水源工程也几乎都已开发，以供水为目的的雨水集蓄系统得到了迅速发展，雨水利用范围也从生活用水向城市用水和农业用水方面扩展。1982年6月在美国夏威夷召开的第1届雨水集流利用国际会议和1980年11月联合国在第35届大会上提出的“联合国1981—1990年国际饮水供应和环境卫生十年”，共同推动了雨水利用技术的研究和发展。东南亚的尼泊尔、印度、泰国，非洲的肯尼亚、坦桑尼亚，以及日本、澳大利亚、美国、德国等发达国家，都采用了多种技术开发和利用雨水。我国自20世纪80年代末，开始开发利用雨水资源，如甘肃省实施的“121雨水集流工程”、内蒙古实施的“112集雨节水灌溉工程”、宁夏实施的“窖水工程”、陕西实施的“甘露工程”等都促进了我国雨水集蓄措施的研究和应用，产生了明显的经济效益、社会效益和生态效益。1995年6月在北京召开了“第七届国际雨水集流系统大会”，1998年9月在徐州召开了“国际雨水利用学术会议暨中国第二届雨水大会”，这两次会议进一步推动了我国的雨水利用研究和示范工作。
总之，雨水集流利用已经遍及世界多个国家，包括干旱缺水的发展中国家和供水比较充足的发达国家，但目前还基本处于以民间方式利用的阶段，主要集中用于解决农村与小城镇的人畜饮用水问题，如何更好地发挥雨水集蓄在农业生产与城市发展过程中的积极作用，是目前及今后一个时期世界各国水资源可持续开发利用亟待解决的问题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种农田雨水集蓄、排水及节灌系统，特别适用于农田水循环土层厚度较薄、旱涝频繁、土壤有效水含量偏低、降雨再分配以填洼与地表径流为主的农田地区。
为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案如下。
一种农田雨水集蓄、排水及节灌系统，适用于农田水循环土层厚度较薄、旱涝频繁、土壤有效水含量偏低、降雨再分配以填洼与地表径流为主的农田地区，包括集蓄装置、排水装置、节灌装置及太阳能供电装置；
所述集蓄装置包括水平铺设在地下的承接管网，此承接管网包括多排相互水平平行设置的承接管，各平行承接管之间通过一根与之垂直设置的水平承接管相互连通，所有承接管两端端部均设置为盲管，且在每根平行设置的承接管顶部管壁上设置有若干呈品字形分布的集雨开孔，每一集雨开孔上均包裹覆盖有透水无纺土工布，透水无纺土工布上方设置有延伸至地表的反滤层；在每一根平行设置的承接管上均间隔设置至少一组向下延伸的竖管，不同竖管的底端通过管路相互连通，承接管与竖管之间通过三通连通；
所述排水装置的组成结构为：至少一根承接管最边缘的一个竖管高出所述承接管3-8cm，在此竖管的顶端或者上部侧壁上设置有排水孔，此排水孔通过排水管路接通至附近的排水沟。
作为本发明的一种优选技术方案，所述节灌装置包括提水装置和与提水装置连通的输配水管网，所述提水装置的提水末端设置在所述任一竖管底部。
作为本发明的一种优选技术方案，所述太阳能供电装置包括依次连接的太阳能板、充电控制器和蓄电装置，此蓄电装置与所述节灌装置的提水装置电连接。
作为本发明的一种优选技术方案，所述承接管网铺设在地下30-40cm处。
作为本发明的一种优选技术方案，所述集雨开孔的单孔直径2-3cm，开孔密度为80-120个/平米。
作为本发明的一种优选技术方案，所述反滤层自上向下依次包含粗砂层、小石子层、大石子层，且粗砂层厚度:小石子层厚度:大石子层厚度为1:1:（1-2）。
作为本发明的一种优选技术方案，所述粗砂层中粗砂的粒径为0.5-3mm、小石子层中小石子的粒径为3-12mm、大石子层中大石子的粒径为10-50mm。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于：本发明面向农业现代化与水资源安全的需战略求，围绕降水资源利用率低与节水灌溉自动化水平较低的问题，开展农田雨水集蓄、排水与节灌系统及方法的研究，本发明的技术方案能够利用上壁开孔、包裹透水无纺土工布、铺设反滤层的承接管自动收集农田内天然雨水再分配所形成的地表积水与径流，并利用手压泵或者电动水泵，通过竖管抽取集蓄在承接管内的雨水，在非雨季节适时进行补灌，从而提高天然降水资源的利用率与节水灌溉的自动化水平，具有节能、环保、绿色、低碳的特点。
本发明创制的承接管网系统的设计及配套的反滤层装置，是本发明高效实施的重要保障，能够较好的收集雨水并控制泥沙堵塞现象的出现，是本发明的核心技术改进点之一；尤其适用于旱涝频繁、农田土壤有效水含量偏低、参与农田水循环的土层厚度较薄、降雨再分配主要以填洼与地表径流为主的地区，为农业生产提供水资源保障。
附图说明
图1为本发明集蓄装置的平面结构示意图
图2显示集蓄装置的立面结构及排水装置。
图3为承接管的结构示意图。
图4为反滤层的结构示意图。
图5为节灌装置及太阳能供电装置的结构示意图。
图中：承接管（1）、集雨开孔（2）、透水无纺土工布（3）、反滤层（4）、粗砂层（41）、小石子层（42）、大石子层（43）、竖管（5）、排水孔（7）、提水装置（8）、输配水管网（9）、太阳能板（10）、充电控制器（11）、蓄电装置（12）。
具体实施方式
实施例1、农田雨水集蓄、排水及节灌系统
参看附图，本发明一个具体实施例的结构中包括集蓄装置、排水装置、节灌装置及太阳能供电装置；
其中的集蓄装置包括水平铺设在地下35cm处的承接管网，此承接管网包括多排相互水平平行设置的承接管1，各平行承接管1之间通过一根与之垂直设置的水平承接管1相互连通，所有承接管1两端端部均设置为盲管，且在每根平行设置的承接管1顶部管壁上设置有若干呈品字形分布的集雨开孔2，集雨开孔2的单孔直径2.5cm，开孔密度为100个/平米；每一集雨开孔2上均包裹覆盖有透水无纺土工布3，透水无纺土工布（上海盈帆环保材料有限公司出产的长丝土工布）3上方设置有延伸至地表的反滤层4，反滤层4自上向下依次包含粗砂层41、小石子层42、大石子层43，且粗砂层厚度:小石子层厚度:大石子层厚度为1:1:1.5，粗砂层41中粗砂的粒径为0.5-3mm、小石子层42中小石子的粒径为3-12mm、大石子层43中大石子的粒径为10-50mm；在每一根平行设置的承接管1上均间隔设置多组向下延伸的竖管5，不同竖管5的底端通过管路相互连通，承接管1与竖管5之间通过三通连通；
其中排水装置的组成结构为：至少一根承接管1最边缘的一个竖管5高出所述承接管5cm，在此竖管5的顶端或者上部侧壁上设置有排水孔7，此排水孔7通过排水管路接通至附近的排水沟；
其中的节灌装置包括提水装置8和与提水装置8连通的输配水管网9，提水装置8的提水末端设置在任一竖管5底部；多数情况下提水装置8为电动水泵，也可根据实际情况采用手压泵或水桶提水，输配水管网9多数情况下为地表沟渠灌水网，根据实际情况也可采用为滴灌、渗灌、喷灌系统；
其中的太阳能供电装置包括依次连接的太阳能板10、充电控制器11和蓄电装置12，此蓄电装置12与节灌装置的提水装置8电连接。
实施例2、本发明的应用分析
2.1集蓄库容的计算
以1公顷（100米×100米）的农田为例，雨季降雨量为200mm-500mm，农田的集流效率为5%-10%，那么雨季的集流量为100m3-500m3。承接管的直径为80cm，承接管的间距为20米，那么可以计算出承接管的总长度为600米，库容为314立方米。
2.2节水灌溉制度的确定
假设节水灌溉的灌水定额为10m3/亩，那么1公顷农田灌一次总共需要150m3水，也就是说，在雨季将承接管全部蓄满一次，可以在非雨季节为作物提供两次补灌的机会。
2.3投资概算
承接管以水泥管为例，直径80cm的水泥管单价为100元/米，600米的水泥管需要6.0万元，加上25根竖管的费用2500元，合计6.25万元。一次投资，多年受益，使用寿命按20年计算，平均每年的费用为200元左右。
上述描述仅作为本发明可实施的技术方案提出，不作为对其技术方案本身的单一限制条件。

Claims (7)

1.一种农田雨水集蓄、排水及节灌系统，适用于农田水循环土层厚度较薄、旱涝频繁、土壤有效水含量偏低、降雨再分配以填洼与地表径流为主的农田地区，包括集蓄装置、排水装置、节灌装置及太阳能供电装置；其特征在于：
所述集蓄装置包括水平铺设在地下的承接管网，此承接管网包括多排相互水平平行设置的承接管（1），各平行承接管（1）之间通过一根与之垂直设置的水平承接管（1）相互连通，所有承接管（1）两端端部均设置为盲管，且在每根平行设置的承接管（1）顶部管壁上设置有若干呈品字形分布的集雨开孔（2），每一集雨开孔（2）上均包裹覆盖有透水无纺土工布（3），透水无纺土工布（3）上方设置有延伸至地表的反滤层（4）；在每一根平行设置的承接管（1）上均间隔设置至少一组向下延伸的竖管（5），不同竖管（5）的底端通过管路相互连通，承接管（1）与竖管（5）之间通过三通连通；
所述排水装置的组成结构为：至少一根承接管（1）最边缘的一个竖管（5）高出所述承接管（1）3-8cm，在此竖管（5）的顶端或者上部侧壁上设置有排水孔（7），此排水孔（7）通过排水管路接通至附近的排水沟。
2.根据权利要求1所述的农田雨水集蓄、排水及节灌系统，其特征在于：所述节灌装置包括提水装置（8）和与提水装置（8）连通的输配水管网（9），所述提水装置（8）的提水末端设置在所述任一竖管（5）底部。
3.根据权利要求2所述的农田雨水集蓄、排水及节灌系统，其特征在于：所述太阳能供电装置包括依次连接的太阳能板（10）、充电控制器（11）和蓄电装置（12），此蓄电装置（12）与所述节灌装置的提水装置（8）电连接。
4.根据权利要求1所述的农田雨水集蓄、排水及节灌系统，其特征在于：所述承接管网铺设在地下30-40cm处。
5.根据权利要求1所述的农田雨水集蓄、排水及节灌系统，其特征在于：所述集雨开孔（2）的单孔直径2-3cm，开孔密度为80-120个/平米。
6.根据权利要求1所述的农田雨水集蓄、排水及节灌系统，其特征在于：所述反滤层（4）自上向下依次包含粗砂层（41）、小石子层（42）、大石子层（43），且粗砂层厚度:小石子层厚度:大石子层厚度为1:1:（1-2）。
7.根据权利要求6所述的农田雨水集蓄、排水及节灌系统，其特征在于：所述粗砂层（41）中粗砂的粒径为0.5-3mm、小石子层（42）中小石子的粒径为3-12mm、大石子层（43）中大石子的粒径为10-50mm。
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