CN108142256A - 一种u字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，属于农田水利、园林经济作物、温室作物等灌溉领域。该系统由包括动力机泵、吸入口过滤器、喷灌施肥装置、首部干管、喷灌控制阀、滴灌控制阀、喷灌支管、喷头及辅助装置、滴灌减压阀、水力平衡支管、滴灌施肥装置、滴灌过滤器、微滴灌支管、微滴灌模块、毛管末端压力表、排水沟组成。本发明能够实现喷灌与滴灌同时灌溉与独立灌溉，兼具灌溉、施肥与排水功能，水力设计合理、投资成本可控、移动固定方式可调，灌溉面积易于拓展，系统的适应性和利用率高。

Description

一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统

技术领域

本发明涉及农田水利、园林经济作物、温室作物等灌溉领域，特别涉及一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统。

背景技术

我国是一个农业大国，灌溉技术已经成为农业现代化的重要组成部分，为农业的增产增收发挥着重要作用。但同时，农作物种植地形条件复杂，农作物种类繁多。为提高耕地利用率，不论是在北方还是南方，都存在同一个灌溉季节作物间作套种、同一灌溉地块作物分片种植、不同灌溉季节不同作物轮作等情况，此时由于种植作物密植与稀植的差异、高秆与矮杆的差异、需水量的差异，会使得其适用的灌溉系统有所不同。以我国东北、华北等地为例，轮作方式主要是“冬小麦+夏玉米”，间作方式主要是“花生+玉米”，华南江苏一带轮作方式主要为“小麦+水稻”，有时还存在同一灌溉季节内同时需要对粮食作物和果树进行灌溉的情况。其中玉米、果树属于高秆作物，花生属于矮杆作物，玉米属于稀植作物，小麦、花生、水稻属于密植作物；上述特点加上作物植株和果实对水滴冲击力的承受能力，综合分析得出，玉米宜采用滴灌，小麦、花生宜采用喷灌，水稻宜采用滴灌，果树宜采用小管出流或滴灌。以果实为主的蔬菜类作物多采用滴灌，以叶菜类为主的蔬菜类作物多适于微喷灌。从上述分析可知，无论是大田灌溉、菜畦灌溉、温室灌溉，都会存在需要进行喷滴灌两用，甚至是喷、微、滴灌三用的系统。并且，为了提高生产效率和作物品质，有的场合需要进行施肥灌溉；对于不同经济条件和劳动力水平的用户，系统各组成部分的固定、移动模式会有不同的要求；考虑到农田管理、作物品质保障需要以及水资源的循环利用，有的场合需要对灌溉地块进行及时的排水，以防止病虫害的滋生。上述要求是现有传统的单一的喷灌、微灌或滴灌系统难以满足的。随着“十九大”报告“农村振兴战略”的提出、“化肥农药减施增效”措施的推行，喷滴灌两用系统的需求将日益迫切。同时，我国目前农户以10亩以下的小型农户为主，随着土地适度规模经营的开展，以及2014年农业部《关于促进家庭农场发展的指导意见》的出台，30亩～50亩的中型农户会逐渐增多，此时，急需能够进行面积拓展的喷滴灌两用系统。

为了满足不同场合的灌溉需要，多位学者提出了喷滴灌两用系统。发明专利200610049562.0公开了双低喷滴灌方法，里面涉及四种喷灌或滴灌方法，但里面未提及喷灌和滴灌同时灌溉的情况，难以满足以“花生+玉米”为例的矮杆与高秆作物间作的喷滴灌需要，并且未考虑施肥功能。发明专利201410083292.X公开了农业种植用轻小型喷滴灌两用装置，采用水泵进口负压施肥，并且采用了以自吸泵为基础的喷滴灌双工况泵，但该专利只对系统的首部构成进行了介绍，未涉及系统的管路布置与田间作物种植的对应情况，同样的不足存在于专利201310314102.6和201310515933.X中。考虑系统管路布置时，上述几种装置都是喷灌与滴灌两种模式经过阀门切换以后分别进行灌溉，很难实现喷、滴灌同时灌溉，难以满足灌溉区域内多种作物灌溉季节重叠时提高生产效率的要求，以及在有些必要的经济作物灌溉场合同时发挥滴灌水肥利用率高、喷灌能调节田间小气候的特点。

发明专利201510128325.2公开了一种果树喷滴灌系统，采用一行地埋式旋转喷头与两行滴灌带交替布置的方式，实现对果树的叶面施肥灌溉和根部的施肥灌溉，同时保证了田间小气候。但这样布置的不足之处在于喷灌与滴灌的灌水器工作压力差别较大，一般在0.15MPa～0.25MPa左右。采用在同一干管上顺序布置喷灌支管7和滴灌带的方式会使得各支管水力状态难以平衡，或者滴灌带入口处调节阀压力损失过大而导致能源浪费的情况；喷灌和滴灌两种灌溉模式下的需水量、施肥量、灌水频率、施肥频率等参数可能存在差异，喷灌、滴灌支管交替布置的系统构成方式会给喷灌、滴灌二种灌溉方式下灌水量和施肥量的统一调节带来不便；该系统管道用量较多，投资较大；一台动力机泵1的控制面积有限，难以进行面积拓展。并且，上述系统均为考虑田间排水问题，不利于资源利用和环保。因此，急需能够实现喷灌与滴灌同时灌溉与独立灌溉，兼具灌溉、施肥与排水功能，水力设计合理、投资成本可控、移动固定方式可调，灌溉面积易于拓展的喷滴灌多功能应用系统，从而提高系统的适应性和利用率。

针对上述技术问题，本发明人对喷灌、滴灌的应用进行了潜心研究，并获得了国家自然科学基金资助项目的资助，国家自然科学基金资助项目-轻小型喷灌机组变量运行对肥液输运及沉积的影响机理(项目编号51609104)。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，该喷滴灌系统能满足大田、菜畦、温室等场合作物轮作、间作套种、分片种植等情况下不同作物的灌溉、施肥、排水等需要，系统构成方式灵活、成本可控、灌溉面积易于拓展、易于实现自动化，符合不同规模中小型农户的需要。

实现本发明的具体技术解决方案为：

一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，包括喷灌模块17、微滴灌模块14、喷灌支管7和微滴灌支管13，所述微滴灌模块13设置在喷灌模块17的侧方；喷滴灌系统可沿喷灌模块17或微滴灌模块14的两侧进行面积拓展，形成分片灌溉模式，实现不同作物的分片灌溉。

喷滴灌单元18由一个喷灌模块17、一个滴灌减压阀9、一根水力平衡支管10、一个滴灌过滤器12、一条微滴灌支管13、一个微滴灌模块14构成；一个喷滴灌单元18可以完成小片地块多种类作物的灌溉；通过多个喷滴灌单元18的组合，形成交替轮灌模式，实现多片间作种植区的交替轮灌。

多功能喷滴灌系统还包括动力机泵1、吸入口过滤器2、喷灌施肥装置3、首部干管4、喷灌控制阀5、滴灌控制阀6、、喷头及辅助装置8/滴灌施肥装置11、毛管末端压力表15、排水沟16，其中：

所述首部干管4位于动力机泵1出口至喷灌支管7入口之间；喷灌施肥装置3的主管道是首部干管4的一部分；

所述喷灌施肥装置3位于动力机泵1出口至喷灌支管7入口之间，以管道水流方向作为参考，喷灌支管7入口处设有喷灌控制阀5；喷灌支管7上装设有多套喷头及辅助装置8；

所述喷灌支管7的下游设有滴灌减压阀9，滴灌减压阀9下游依次设有滴灌施肥装置11、滴灌过滤器12和微滴灌支管13，微滴灌支管13各三通处与微滴灌模块14相连；水力平衡支管10与喷灌支管7并联，一端设于喷灌施肥装置3与喷灌控制阀5之间，一端设于滴灌减压阀9与滴灌施肥装置11之间，水力平衡支管10入口处设有滴灌控制阀6；微滴灌支管13布设方向(与该管道水流方向一致)与喷灌支管7布设方向垂直，微滴灌模块14各毛管布设方向与微滴灌支管13布设方向与垂直；排水沟16开设方向与微滴灌模块14各毛管布设方向一致，与喷灌支管7布设方向相反；毛管末端压力表15位于微滴灌模块14各毛管末端，用于系统水力状态调试过程的压力指示，以及系统运行状态、滴灌带堵塞情况的监测；排水沟16的始端与微滴灌支管13位置接近，方向与之垂直，与微滴灌毛管布设方向一致；

所述喷灌支管7、滴灌减压阀9、微滴灌支管13、微滴灌模块14形成U字型结构。

所述动力机泵1包括喷滴灌双工况自吸泵和柴油机装置1-1、进水管1-2；

所述吸入口过滤器2安装于进水管1-2入口，对水源中的杂物进行粗过滤；当需要进行喷灌施肥时，在喷灌施肥装置3与喷灌控制阀5之间根据需要可装设喷灌过滤器；

所述喷灌施肥装置3包括喷灌主管道3-1、主管道阀门3-2、喷灌施肥管阀门3-3、施肥进水管3-4、施肥出水管3-5、施肥器A3-6、进水口压力表A13-7和出水口压力表A23-8；主管道阀门3-2设于喷灌主管道3-1上，用于系统的喷灌清水灌溉模式；喷灌施肥管阀门3-3设于施肥进水管3-4入口处；喷灌施肥管阀门3-3、施肥进水管3-4、施肥出水管3-5、施肥器A3-6共同构成施肥支管模块，与主管道阀门3-2并联；施肥器A 3-6包括比例施肥器、吸肥管、吸肥管阀门和肥料桶；施肥支管模块用于喷灌施肥模式；进水口压力表A13-7设于施肥进水管3-4与喷灌主管道3-1的连接点之前、动力机泵1出水口之后；出水口压力表A2 3-8设于施肥出水管3-4与喷灌主管道3-1的连接点之后、水力平衡支管10与喷灌主管道3-1的连接点之前；进水口压力表A13-7、出水口压力表A23-8用于对施肥器A 3-6两端的压差进行测量和显示，以便于对施肥量的调节。进水口压力表A13-7还可显示动力机泵1出口的压力，用于对整个系统工作状态指示，以便于系统水力状态的调节。

所述喷灌支管7上装设有多套喷头8-1及喷头竖管8-2、三脚支架8-3组合装置；喷头竖管8-2与喷灌支管7采用管道三通8-4连接；

喷灌支管7末端喷头处设压力表C 19；当系统只需要进行喷灌时，将滴灌减压阀9开度调整到0，作为截止阀或堵头使用；当系统需要喷灌、滴灌同时灌溉时，可根据喷灌支管7末端喷头的压力以及微滴灌模块14毛管入口处所需的压力对滴灌减压阀9的压力进行调节，使其满足要求；

所述喷头及辅助装置8包括喷头8-1、喷头竖管8-2、三脚支架8-和管路连接件8-4；

所述滴灌施肥装置11的构成与喷灌施肥装置3的构成一致，包括微滴灌主管道11-1、微滴灌主管道控制阀11-2、滴灌施肥管阀门11-3、施肥进水管11-4、施肥出水管11-5、施肥器B 11-6、进水口压力表B111-7、出水口压力表B211-8；当系统需要喷灌、滴灌同时灌溉施肥、并且施肥种类一致、灌水量、施肥量基本匹配时，只调节喷灌施肥管阀门3-3，开启施肥器A 3-6即可；当需只有滴灌需要施肥，或者滴灌施肥种类与喷灌施肥种类不一致时，只调节滴灌施肥管阀门11-3，开启施肥器B 11-6；当喷灌、滴灌需要同时灌溉施肥，并且滴灌施肥量略大，或者施肥种类在喷灌施肥基础上有所增加时，同时开启施肥器A 3-6、施肥器B11-6。在微滴灌支管13入口处设置滴灌施肥装置11与在动力机泵1出口增设滴灌施肥装置11相比，能够减少肥液在管道输运过程中的水力损失和肥液在管壁上的附着，有效提高施肥均匀性，并且是喷灌施肥、滴灌施肥参数控制更加方便。

所述微滴灌模块14包括但不限于微灌毛管20、小孔出流毛管21、滴灌毛管22等管道、各管道对应的灌水器和毛管入口处的球阀23；所述灌水器包括但不限于微喷头24、多孔管25、微喷带、滴箭、滴头26；根据实际需要，微滴灌模块14可以选配上述一种或多种毛管，构成喷-微灌、喷-滴灌、喷-微-滴灌系统。

所述动力机泵1、喷灌施肥装置3、首部干管4、喷灌控制阀5、喷灌支管7、喷头及辅助装置8共同构成喷灌模块17；

所述喷灌模块17、滴灌减压阀9、水力平衡支管10、滴灌过滤器12、微滴灌支管13、微滴灌模块14构成喷滴灌单元18(必要时可包括一套滴灌施肥装置11；

排水沟16布设方向与处理后的地面坡度一致，排水沟16始端位置的高程高于末端处的高程；

滴灌过滤器12的过滤精度高于吸入口过滤器2和喷灌过滤器，防止微滴灌的灌水器堵塞。

喷灌模块17与微滴灌模块14的地块坡度与管道布设方向或水流方向一致；

喷灌施肥装置3与喷灌控制阀5之间装设有喷灌过滤器；

系统沿喷灌模块17或微滴灌模块14的两侧进行面积拓展，形成分片灌溉模式；

通过多个喷滴灌单元18组合，通过交替轮灌完成地块内作物的灌溉；

系统中的首部干管4、喷灌主管道3-1采用塑料PE管或涂塑软管；

喷头的样式包括但不限于摇臂式喷头(如PY系列、ZY系列)、旋转喷盘式喷头(如尼尔森公司R3000、R33系列)、全射流喷头(PXH系列)或地埋式喷头；喷头竖管8-2的高度依据作物茎秆高度确定；当田间灌溉需要对单个喷头8-1进行开启或关闭时，在对应喷头竖管8-2的入口处设置调节阀；喷灌支管7如需移动方便可采用涂塑软管，如需在一个灌溉季节内固定灌溉可采用塑料PE管、地面布置，如需长期固定灌溉，则采用地埋式塑料PE管；

沿微滴灌支管13水流方向，微滴灌模块14中的各毛管按工作压力大小依次排布；以使管道水力状态更加合理；如遇田间灌溉特殊场合需要，各毛管的排布顺序可略作调整，但系统安装时需将各毛管的工作压力调试到位。依据水泵的流量情况以及田间灌溉需求，微滴灌模块14中各毛管可采用依次轮灌的方式运行，如水泵流量允许可采用多条毛管同时运行的模式。

排水沟16宽度为10cm～20cm；沿微滴灌支管13的布设方向上，设置喷灌区地面29-1和微滴灌区域截面29-2的地面坡度均向排水沟16方向倾斜一定角度，如横向坡度在2％左右，以利于排水；

所述喷灌控制阀5、滴灌控制阀6、喷灌主管道阀门3-2、喷灌施肥管阀门3-3、微滴灌主管道阀门11-2、滴灌施肥管阀门11-3均采用闸阀；微滴灌模块14毛管入口处均采用球阀23；上述阀门根据实际需要和经济水平，可以采用电磁阀代替、辅以相应的控制系统和软件实现自动控制；各种灌溉模式的切换、灌水频率和灌溉时间、灌水量和施肥量等均可以通过软件程序进行设置。

所述喷灌控制阀5、滴灌控制阀6、喷灌主管道阀门3-2、喷灌施肥管阀门3-3、微滴灌主管道阀门11-2、滴灌施肥管阀门11-3、微滴灌模块14毛管入口处均采用电磁阀；

本发明中，一个喷滴灌单元18可以完成小块地块不同作物的灌溉；

滴灌控制阀6在系统只需要进行滴灌时开启。水力平衡支管10对滴灌工况起到水力平衡作用，使系统从喷灌切换到滴灌模式时压力相差不会太大。单独设置水力平衡支管10来控制滴灌模式，与喷灌支管7沿程各喷头处分别设置阀门来进行喷灌和滴灌模式的切换相比，成本大大降低，并且能够减少多口出流管道局部阻力损失，降低滴灌模式的系统能耗；同时能使滴灌模式开启时尽快使系统达到水力平衡状态，起到快速供水的效果；

排水沟16布设方向与处理后的地面坡度一致，排水沟16始端位置的高程高于末端处的高程。地面纵向坡度宜在2％左右，使微滴灌毛管能一定程度上利用自压，又不能使微滴灌毛管末端灌水器的水头过大；在枯水期且需要灌溉的季节，排水沟16的末端可以堵上，起到蓄水、涵养水源的效果，保持附近地块湿润；

动力机泵1中的喷滴灌双工况自吸泵和柴油机装置1-1的喷灌、滴灌工况根据系统的实际布置情况来确定。当系统存在喷灌、微灌、滴灌三种工况，并且水力参数差别较大时，需计算三种模式下的最不利管路，根据三工况点来设计喷滴灌自吸泵。在设计喷滴灌自吸泵的同时，也可对喷灌、微灌、滴灌的配置方式和运行参数略作调整，以便于机组运行，实现水力平衡，使机组成本和能耗降低；

喷灌模块17用于完成区域A的灌溉，微滴灌模块14中的各毛管分别用于完成区域B1、B2、B3的灌溉。一种毛管和灌水器对应一个子区域如B1的灌溉。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

(1)系统压力利用合理、水力设计巧妙，使系统能耗较低。通过喷灌支管7与微滴灌支管13串联的方式，利用喷灌模块17末端喷头的余压完成微滴灌模块14的灌溉，使系统单位灌溉面积的能耗降低；水力平衡支管10的设计能使滴灌模式下的输水压力损失与通过喷灌支管7对微滴灌模块14进行供水相比有所降低，从而使系统能耗降低；喷灌模块17、滴灌模块的地面坡度处理到与水流方向一致，有利于利用一定的自压进行灌溉，使系统能耗降低；当采用分片灌溉模式或交替轮灌模式时，相邻微滴灌单元30或喷滴灌单元18采用快速供水辅助管道31连接，与传统的所有毛管依次与供水支管连接相比压力损失降低，从而使系统能耗降低。水泵的双工况或多工况设计与系统管路设计、配置要求相匹配，实现系统的优化运行，使系统能耗进一步降低。

(2)系统中存在的喷-微灌、喷-滴灌、喷-微-滴灌等灌溉模式可以分别实现对应子模式的同时灌溉和独立灌溉，满足矮杆与高秆作物的轮作或间作灌溉需求、密植作物与稀植作物共存的灌溉需求，并且充分发挥喷灌形成田间小气候和滴灌灌水效率高的特点，实现增产增效。例如喷-滴灌模式包含喷灌单独运行模式、滴灌单独运行模式和喷-滴灌同时运行模式。喷-滴灌同时运行模式通过喷灌支管7与微滴灌支管13的串联和滴灌减压阀9的调压来实现；喷灌单独运行模式通过喷灌控制阀5和滴灌减压阀9来控制，喷灌控制阀5控制喷灌模式开启，滴灌减压阀9在喷灌支管7末端起到与微滴灌模块14的隔断作用；滴灌单独运行模式通过滴灌控制阀6和滴灌减压阀9来控制，滴灌控制阀6控制滴灌模式开启，滴灌减压阀9在微滴灌支管13首端起到与喷灌模块17的隔断作用。多种模式同时灌溉和独立灌溉的实现使系统的控制更加方便，实用性增强。

(3)系统功能多样，资源利用合理，施肥均匀性高，总体成本降低。系统不仅可以实现多种模式的灌溉，还具有施肥、排水、蓄水的功能。系统中设有喷灌施肥器和滴灌施肥器，喷灌或滴灌模式下的施肥种类和施肥量能够方便地根据需求调节，并且滴灌施肥器设置在离微滴灌模块14最近的位置，减少肥液在输运过程中的压力损失和质量损耗，提高肥液的利用率和施肥均匀性，减少化肥的面源污染。系统中排水沟16的布设方向与地面坡度一致，且与水源方向垂直，利于丰水期排水，实现水资源的循环，减少涝灾和病虫害的滋生，同时方便喷灌模块17移动及农艺作业。在枯水期且需要灌溉的季节，排水沟16的末端可以堵上，起到蓄水的效果，保持附近地块湿润。系统还可用于施药、防霜等用途。系统多功能的利用和集约化的设计，使系统与喷灌系统、滴灌系统、排水工程等单独进行设计相比成本大大降低。

(4)系统固定、移动方式灵活，成本可控，适应性强。喷滴灌单元18模式下，一个微滴灌单元30内的毛管可以根据需要进行固定或移动；分片灌溉模式或交替轮灌模式下，均采用微滴灌模块14固定、喷灌模块17移动的方式进行灌溉，根据需要也可采用季节性固定或永久性固定的方式；动力机泵1、喷灌施肥装置3、滴灌施肥装置11等价值较高、通用性强的设备可采用移动方式，租赁使用。因此，系统的成本更加可控，对地块条件、作物特点、农户经济条件、劳动力水平等因素适应性更强。

(5)模块化设计，便于面积拓展。系统中有喷灌模块17、微滴灌模块14，二者可以分别向管道两侧进行拓展；微滴灌模块14内有不同的毛管形式，可以根据需要选配；由一个喷灌模块17、一个滴灌减压阀9、一根水力平衡支管10、一套滴灌施肥装置11、一个滴灌过滤器12、一条微滴灌支管13和一个微滴灌模块14构成一个喷滴灌单元18，多个喷滴灌单元18可以进行组合。通过上述方式可以方便地进行面积拓展，实现不同作物的分片灌溉，小片区域多种类作物的灌溉，以及多片间作种植区的交替轮灌。

(6)系统便于压力观察和调节，易于实现自动化。系统中喷灌施肥装置3、滴灌施肥装置11的两端均设有压力表，喷灌支管7的末端喷头处均设有压力表；喷灌模块和微滴灌模块采用U字型布置，并且不同微滴灌毛管的末端均设有压力表，方便不同灌溉模式下的水力调节，以及系统运行状态的指示。系统采用U字型布置以后毛管末端压力表的设置位置与水源位置接近，减少系统观测和调节过程中的劳动强度。各处压力表的设置和关键位置处阀门的设置便于实现系统的自动化控制；也可以对工作量大、需频繁启闭的环节采用自动控制，其他环节采用手动控制，进一步使系统维护、操作更加方便，性价比提高。

(7)系统设计和运行参数的确定可以根据用户需要进行灵活设定，便于管理和所需功能的实现。从系统设计角度可以根据田间管路布置和系统配置来确定喷滴灌双工况泵的定制化设计或选配，也可根据初选泵的参数来对管路系统进行设计和配置；从系统运行角度，灌水量设计和灌水时间的设置可以喷灌为主、微滴灌为辅，或以微滴灌为主、喷灌为辅；施肥量和施肥种类的选择可以微滴灌为主(主要为经济作物)、喷灌为辅。通过上述方式实现灌溉系统的“建-管结合”，更好地发挥不同灌溉模式的特点，为不同类型作物的增产增收服务。

附图说明

图1为一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统结构示意图

图2为喷头及辅助装置构成示意图

图3为排水沟及管道布设示意图

图4为喷滴灌单元灌溉模式及交替轮灌模式示意图

图5为分片灌溉模式示意图

图中标号所代表的含义为：1为动力机泵，1-1为喷滴灌双工况自吸泵和柴油机装置，1-2为进水管，2为吸入口过滤器，3为喷灌施肥装置，3-1为喷灌主管道，3-2为主管道阀门，3-3为喷灌施肥管阀门，3-4为施肥进水管，3-5为施肥出水管，3-6为施肥器A，3-7为进水口压力表A1，3-8为出水口压力表A2，4为首部干管，5为喷灌控制阀，6为滴灌控制阀，7为喷灌支管，8为喷头及辅助装置，8-1为喷头，8-2喷头竖管，8-3三脚支架，8-2喷头竖管，8-4管道三通，9为滴灌减压阀，10为水力平衡支管，11为滴灌施肥装置，11-1为微滴灌主管道，11-2为微滴灌主管道控制阀，11-3为滴灌施肥管阀门，11-4为施肥进水管，11-5为施肥出水管，11-6为施肥器B，11-7为进水口压力表B1，11-8为出水口压力表B2，12为滴灌过滤器，13为微滴灌支管，14为微滴灌模块，15为毛管末端压力表，16为排水沟，17为喷灌模块，18为喷滴灌单元，19为压力表C，20为微灌毛管，21为小孔出流毛管，22为滴灌毛管，23为球阀，24为微喷头，25为多孔管，26为滴头，27为密植作物，28为果树，29为支管滴灌控制阀，29-1为喷灌区地面，29-2为微滴灌区域截面，30为微滴灌单元，31为快速供水辅助管道，32为喷灌干管A，33为喷灌干管B

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

如图1所示，一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统结构示意图，图1中示出了喷滴灌单元及微滴灌模块以及施肥装置的具体布置，其包括动力机泵1、吸入口过滤器2、喷灌施肥装置3、首部干管4、喷灌控制阀5、滴灌控制阀6、喷灌支管7、喷头及辅助装置8、滴灌减压阀9、水力平衡支管10、滴灌施肥装置11、滴灌过滤器12、微滴灌支管13、微滴灌模块14、毛管末端压力表15、排水沟16。其具体连接关系在说明书中已经详述，在此不再重复赘述。

喷灌支管7、微滴灌支管13、微滴灌模块14的毛管形成U字型结构。

如图2所示，喷头及辅助装置构成示意图。所述喷头及辅助装置8包括喷头8-1、喷头竖管8-2、三脚支架8-3和管路连接件8-4；三角支架8-3其用于支撑喷头，其与放置的地面进行固定；管路连接件8-4与喷灌支管7连接，将喷管支管7内的水引入喷头8-1，喷头竖管8-2连接管路连接件8-4与喷头8-1。

如图3所示，排水沟及管道布设示意图。沿微滴灌支管13的布设方向上，设置喷灌区地面29-1和微滴灌区域截面29-2的地面横向坡度均向排水沟16方向倾斜，排水沟16布设方向与处理后的地面纵向坡度一致，排水沟16始端位置的高程高于末端处的高程。

下面以灌溉适用的场景分别以具体实施例进行举例说明。

实施例1喷滴灌单元灌溉模式

如图4所示，一个喷滴灌单元18由一个喷灌模块17、一个滴灌减压阀9、一根水力平衡支管10、一个滴灌过滤器12、一条微滴灌支管13和一个微滴灌模块14构成必要时可包括一套滴灌施肥装置11。对于小型农户，采用喷滴灌单元18即可完成田块内不同作物的灌溉。根据作物茎秆高度、灌水量、施肥量的需要，可选配不同的喷头及微滴灌毛管型式，在微滴灌模块14内对于同一种毛管型式，管道可以采用固定或移动的方式完成灌溉。喷灌支管7、喷头8-1、微滴灌支管13等可根据需要进行移动、季节性固定或永久性固定。为提高装置的利用率，降低每户农户的灌溉成本，动力机泵1、喷灌施肥装置3、滴灌施肥装置11等可采用移动方式，租赁使用。喷滴灌单元18中，喷头8-1适于密植作物27、矮杆作物或大田作物的灌溉，微喷头24、微喷带适于蔬菜灌溉，小孔出流多孔管25适于果树28灌溉，滴头26适于高秆作物、稀植作物灌溉，滴箭适于花卉作物灌溉。上述灌水器建议的应用场合没有明显区分，根据实际需要选用。

实施例2分片灌溉模式

如图5所示，对于作物分片种植的场合，如一片地块种植小麦，相邻地块种植蔬菜或经济作物，喷灌与滴灌在相互独立的区域。此时微滴灌区可能存在不同作物，需设置多种毛管；蔬菜作物收获频繁，需水较多，因此管道宜采用季节性固定的方式，可以减少踩踏毁苗的情况。喷灌区作物种植面积通常较大，需将喷灌支管7移动多个工作位置，才能完成灌溉。此时，需采用微滴灌固定、喷灌移动两用的分片灌溉模式。图中，系统分为采用喷灌的移动灌溉区(区域C)和采用微滴灌的轮灌区(区域D1、D2、D3等)。喷灌模块17可以采用全移动方式，或者采用动力机泵1和喷灌施肥装置3固定，喷灌支管7、喷头及辅助装置8移动的方式。一个微滴灌模块14和一根水力平衡支管10、一个干管滴灌控制阀6和一个支管滴灌控制阀29、滴灌过滤器12构成一个单独的微滴灌单元30，必要时可在各单元微滴灌支管13入口处设置滴灌施肥装置11。一个微滴灌单元30对应一个轮灌区如区域D1的灌溉。微滴灌单元30的各组成部分中，滴灌过滤器12(和滴灌施肥装置11)可以采用移动的方式，其他管道及灌水器、阀门等设备均采用季节性固定的方法来适应一个灌溉季节内的固定灌溉，和不同灌溉季节的作物调整；沿蔬菜作物的种植方向根据需要采用多个微滴灌单元30，采用轮灌的方法灌溉。将相邻微滴灌单元30的水力平衡支管10采用快速供水辅助管道31连接起来，使各微滴灌单元30的供水和控制保持独立。干管滴灌控制阀6设置于每个微滴灌单元30的快速供水辅助管道31入口处，用于相邻微滴灌单元30的水路接通；支管滴灌控制阀29用于设置于所在微滴灌单元30的水力平衡支管10入口处，与下一个在微滴灌单元30的干管滴灌控制阀6是并联关系，用于所在微滴灌单元30的启闭控制。喷灌支管7沿大田作物(如小麦)的种植方向，一个工作位置灌溉完毕时，移动到下一个工作位置进行灌溉，最终满足整篇喷灌区的灌水和施肥要求。喷灌支管7在不同工作位置上的首端和末端分别通过喷灌干管A32和喷灌干管B 33连接起来，并且分别与快速供水辅助管道31和微滴灌支管13连接起来，便于在不同工作位置上喷灌模块17与微滴灌模块14相连，以保证微滴灌模块14的供水，实现喷灌模块17和微滴灌模块14同时灌溉。喷灌干管A 32和喷灌干管B 33采用固定的方式。当喷灌模块17沿小麦种植方向移动到较远的位置时，滴灌减压阀9的开口需调大，以保证微滴灌模块14毛管的工作压力；能够同时开启的毛管数量也需根据实际情况调节。

实施例3交替轮灌模式

如图4所示，当采用以“花生+玉米”为例的矮杆与高秆作物间作、“玉米+大豆”套种、需水量大的作物与需水量小的作物间作套种时，喷灌与滴灌管道需要交替布置。为便于耕作、并且降低系统成本，可采用微滴灌固定、喷灌移动的交替轮灌模式。在作物种植方向，通过多个喷滴灌单元18组合完成灌溉。一个喷滴灌单元18对应一个交替轮灌模块(例如灌溉模块E)的灌溉，一个喷滴灌单元18内，一种管道和相应灌水器对应一个子区域如E1的灌溉。相邻单元的水力平衡支管10通过快速供水辅助管道31相连，相邻单元的微滴灌支管13首尾相连。此时，设置于快速供水辅助管道31上的滴灌控制阀称为干管滴灌控制阀6，用于相邻喷滴灌单元18的水路接通；每个微滴灌单元30的水力平衡支管10入口处需单独再设置支管滴灌控制阀29，与下一个在喷滴灌单元18的干管滴灌控制阀6是并联关系，用于所在喷滴灌单元18滴灌模式的启闭控制。喷灌施肥装置3和滴灌施肥装置11等设施根据需要在相应位置设置。微滴灌模块14建议一般采用固定布置，不同喷滴灌单元18的微滴灌模块14采用轮灌的方法完成灌溉。喷灌模块17可以采用移动布置，一个工作位置灌溉完毕后，移动到下一个喷滴灌单元18中的喷灌模块17工作位置进行灌溉。通过上述系统结构，无论喷灌模块17移动到什么位置，都可以实现该喷灌模块17与所需区域微滴灌模块14的同时灌溉，不同运行模式下的水力状态通过滴灌减压阀9、毛管入口处球阀23等略作调整。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，其特征在于，所述喷滴灌系统包括喷灌模块、微滴灌模块、喷灌支管和微滴灌支管，所述微滴灌模块设置在喷灌模块的侧方；喷灌支管上游端通过喷灌控制阀连接首部干管，下游端设有滴灌减压阀；微滴灌模块通过多个三通与微滴灌支管相连，微滴灌支管的上游端连接所述的滴灌减压阀，所述微滴灌支管上游端同时连接水力平衡支管的下游端，水力平衡支管的上游端通过滴灌控制阀连接首部干管，与喷灌支管形成并联关系；所述喷灌模块设有多个喷头及辅助装置，喷头及辅助装置连接在喷灌支管上；所述微滴灌模块包含多条毛管，毛管通过三通与微滴灌支管连接，每个毛管上设有多个灌水器；所述喷灌支管与毛管平行设置，其内的水流方向相反；所述喷灌支管、微滴灌支管、微滴灌模块形成U字型结构；所述喷灌模块和微滴灌模块可分别向两侧拓展。

2.根据权利要求1所述的一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，其特征在于，所述喷滴灌系统可沿喷灌模块或微滴灌模块的两侧进行面积拓展，形成分片灌溉模式，实现不同作物的分片灌溉；喷滴灌单元由一个喷灌模块、一个滴灌减压阀、一根水力平衡支管、一个滴灌过滤器、一条微滴灌支管、一个微滴灌模块组成；一个喷滴灌单元可以完成小片地块多种类作物的灌溉；通过多个喷滴灌单元组合，形成交替轮灌模式，实现多片间作种植区的交替轮灌。

3.根据权利要求1所述的一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，其特征在于，所述喷滴灌系统还设有动力机泵，所述动力机泵中采用的水泵为喷滴灌双工况自吸泵或喷-微-滴多工况自吸泵；动力机泵的进水管入口处设有对水源中的杂物进行粗过滤的吸入口过滤器；动力机泵的出水口连接首部干管；所述首部干管通过喷灌控制阀连接喷灌支管，通过滴灌控制阀连接水力平衡支管；所述微滴灌支管的上游、滴灌减压阀的下游设置滴灌过滤器。

4.根据权利要求1或2所述的一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，其特征在于，所述微滴灌模块包括多条毛管、毛管入口处的球阀以及灌水器；所述毛管为微灌毛管、小孔出流毛管或者滴灌毛管中的一种或多种管道的组合；所述灌水器包括微喷头、多孔管、微喷带、滴箭、滴头中的一种或者多种组合；沿微滴灌支管水流方向，微滴灌模块中的各毛管按工作压力大小依次排布；所述微滴灌模块的毛管末端设有压力表，用于系统运行情况和毛管堵塞状态的显示。

5.根据权利要求4所述的一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，其特征在于，所述的喷灌模块和微滴灌模块之间设有排水沟，排水沟将排除的水排到水源；排水沟布设方向与处理后的地面纵向坡度一致，排水沟始端位置的高程高于末端处的高程；沿微滴灌支管的布设方向上，设置喷灌区地面和微滴灌区域截面的地面横向坡度均向排水沟方向倾斜；排水沟宽度为10cm～20cm；所述地面纵向坡度为2％，横向坡度为2％。

6.根据权利要求4所述的一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，其特征在于，所述喷滴灌系统设有喷灌施肥装置，所述喷灌施肥装置位于动力机泵出口至喷灌控制阀之间，喷灌施肥装置的主管道是首部干管的一部分；所述喷滴灌系统设有滴灌施肥装置，所述滴灌施肥装置设于滴灌减压阀与滴灌过滤器之间。

7.根据权利要求6所述的一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，其特征在于，所述喷灌施肥装置有设置在喷灌主管道上的主管道阀门，用于系统的喷灌清水灌溉模式与施肥灌溉模式的切换；喷灌施肥管阀门设于施肥进水管入口处；喷灌施肥管阀门、施肥进水管、施肥出水管、施肥器A共同构成施肥支管模块，与主管道阀门并联；施肥器A包括比例施肥器、吸肥管、吸肥管阀门和肥料桶。

8.根据权利要求1所述的一种U字型模块化可拓展的多功能喷滴灌系统，其特征在于，所述喷灌支管采用涂塑软管、地面布置的塑料PE管或地埋式塑料PE管。