CN108934250B - 沙土地力提升循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明揭示了沙土地力提升循环系统，包括蓄水单元、回流单元、渗流导流层、沙土保护层及若干个独立的供排水矩阵，蓄水单元、回流单元及供排水矩阵形成可持续水循环，其中供排水矩阵可联合运行或选择性独立运行。本发明的供排水矩阵具备独立性，相互之间自主呈网，可实现联合使用或任意性选择使用，循环系统应用更灵活；可根据沙土层不同厚度的需求进行供排水矩阵的高度差异化铺设，选择性灵活，满足各类地貌地形的实地铺设需求；采用渗流导流层对沙土中水分进行导流，起到聚水汇流的作用，提高了循环系统的水循环利用率，提高了循环系统的可持续性；供排水矩阵及施肥矩阵的结构易于组装铺设，施工方便快捷。

Description

沙土地力提升循环系统

技术领域

本发明涉及沙土水土保持及地力提升的技术领域，尤其涉及沙土地力提升循环系统。

背景技术

沙土指由大量的沙和少量的黏土混合而成的土，泛指含沙量很大的土。

沙土的形成既有自然因素，也有人为因素，以人为因素为主。地表疏松的沙质沉积物是沙土的成土母质。其成土过程是在半湿润气候环境下，风蚀、沙埋、淋溶过程与生物固沙、聚集营养元素过程的对立统一作用下发生的。其形成特点是成土作用较弱，经常为风蚀和沙压作用所中断，难以形成完整的土壤剖面。多保持母质状态。沙土的有机质含量少，土质瘠薄，水分不足，漏水、漏肥。

现有技术中一般是通过设置防渗层减少水流失、设置隔挡层减少土流失、施加有机肥料进行增肥，均存在较多的缺陷。

如授权公告号CN206279518U的中国实用新型专利，其揭示了一种沙土地水土保持系统，通过在沙土地表面设置编织层、吸水层及在沙土中设置防渗层、肥料箱从而实现防水土流失，此系统存在较大的局限性，由于防渗层的存在隔断了沙土层与深土层之间的联系，未能实现对沙土的循环改善，仅能短期见效，持续有效性差。

再如授权公告号CN205530205U的中国实用新型专利，其揭示了一种沙土水土保持结构，通过设置吸收层、保持层及填充物来实现防水土流失，亦存在持续性差、改善效果差的问题。

另外，现有技术也存在不少的循环系统，通过在沙土底部设置渗水回收结构进行循环水利用，但是，传统的循环管路设置复杂，大面积铺设繁琐，且存在渗水回收率差、易堵塞、使用寿命短等问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术的不足，传统沙土地力提升见效小、持续性差的问题及传统循环系统铺设复杂、渗水回收率低、可持续性差、易堵塞等问题。

提出了沙土地力提升循环系统，包括：

若干个独立的供排水矩阵，所述供排水矩阵包括供水管路和排水管路，并且供水管路与排水管路为同轴管体，所述供排水矩阵设置于沙土层底部，其具备与所述供水管路相连通的延伸出沙土层的喷淋机构，任意两个供排水矩阵的投影无重叠；

蓄水单元，用于给所述供排水矩阵供水，所述蓄水单元与全部供排水矩阵的供水管路直接或间接连接；

回流单元，用于承接所述排水管路的回收水源，所述回流单元与全部供排水矩阵的排水管路直接或间接连接，并且回流单元的最高液位低于所述供排水矩阵所在平面，回流单元通过抽水设备与所述蓄水单元相连；

渗流导流层，设置于所述供排水矩阵的顶部，用于将沙土层中的渗液导向所述排水管路中；

沙土保护层，设置于沙土层的表层，其呈网状结构。

控制器，用于控制供水量与肥料量的装置，实时监测供水量与供肥量数据，并且将供水量与供肥量发送至服务器；

终端，用于输入灌溉施肥计划指令，并且将输入的灌溉施肥计划指令发送至服务器；

服务器，用于将存储供水量和供肥量数据，通过分析制定灌溉施肥计划，并控制控制器进行执行灌溉施肥计划，所述服务器分别连接所述控制器和所述终端。

优选地，所述供排水矩阵包括两个侧管和桥接在两个侧管之间的若干连管，所述供排水矩阵的外周管体上设有供水管口、排水管口及联通管口。

优选地，所述供排水矩阵的同轴管体包括外管和内管，所述外管与所述内管之间设有支撑体，所述内管的管腔为供水管路，所述外管与所述内管之间的管腔为排水管腔，

所述外管的顶壁为渗水孔壁，并且所述渗水孔壁外周设有用于阻隔泥沙的过滤层。

优选地，所述渗流导流层为鹅卵石层，所述鹅卵石层包括平层及朝向所述供排水矩阵的导流凸起，所述导流凸起与所述供排水矩阵的管路走向相匹配。

优选地，所述蓄水单元包括蓄水池和供水管，所述供水管上设有供水水泵和水质净化器。

优选地，所述回流单元包括水位测试仪、水质测试仪和投药井。

优选地，还包括：

若干个与所述供排水矩阵一一对应匹配的施肥矩阵，所述施肥矩阵设置于沙土层中并位于所述渗流导流层顶部，所述施肥矩阵与所述供排水矩阵在投影方向上相重叠；

施肥单元，用于向施肥矩阵提供肥料，所述施肥单元与全部施肥矩形相直接或间接连接，并且所述施肥单元的最低水位高于所述施肥矩阵所在平面。

优选地，所述施肥矩阵包括两个施肥侧管和桥接在两个施肥侧管之间的若干施肥连管，所述施肥矩阵的外周管体上设有供肥管口和供肥联通管口。

优选地，所述施肥单元包括配肥池、供肥管路及搅拌机构，所述供肥管路上设有用于过滤颗粒杂质的杂质过滤器。

优选地，所述施肥矩阵的管道底壁为渗肥孔壁，并且所述渗肥孔壁外周设有用于阻隔泥沙的阻隔过滤层。

所述控制器包括供水控制器和供肥控制器，所述供水控制器设置在所述供水管路之间，所述供肥控制器设置在供肥联通管口上；

所述供水控制器控制供水管路的开闭，所述供肥控制器控制供肥联通管口的开闭；

所述供水控制器内设置有水量监测芯片，用于监测通过供水管路的水量数据，并将数据实时发送至服务器；

所述供肥控制器内设置有肥料监测芯片，用于监测通过供肥管口的肥料数据，并将数据实时发送至服务器；

所述终端是具有输入和通信功能的录入终端。

所述服务器包括存储单元、分析处理单元、计划产生单元和通信单元；

所述存储单元存储用于存储所述水量监测芯片与所述肥料监测芯片记录的水量和肥料信息；

所述分析处理单元通过分析供水管路与供肥管路的流量和灌溉施肥时间，并生成相应区域内沙土地的水含量和肥料含量数据；

所述计划产生单元根据所述分析处理单元产生的数据制定灌溉和施肥计划，所述通信单元将所述计划产生单元定制的灌溉施肥计划发送至所述控制器。

本发明的有益效果主要体现在：

1.供排水矩阵具备独立性，相互之间自主呈网，可实现联合使用或任意性选择使用，循环系统应用更灵活；

2.可根据沙土层不同厚度的需求进行供排水矩阵的高度差异化铺设，选择性灵活，满足各类地貌地形的实地铺设需求；

3.采用渗流导流层对沙土中水分进行导流，起到聚水汇流的作用，提高了循环系统的水循环利用率，提高了循环系统的可持续性；

4.施肥矩阵及施肥单元对沙土地力提升起到促进的作用；

5.供排水矩阵及施肥矩阵的结构易于组装铺设，施工方便快捷；

6.循环系统整体自动化运行，对沙土地力提升起到长久地持续性的作用，使用寿命长；

7.整体结构巧妙、易于实施及推广应用。

附图说明

图1是本发明沙土地力提升循环系统的剖视结构示意图。

图2是本发明沙土地力提升循环系统的结构布局示意图。

图3是本发明沙土地力提升循环系统中渗流导流层与供排水矩阵的关系结构示意图。

图4是本发明沙土地力提升循环系统中供排水矩阵的组装结构示意图。

图5是本发明沙土地力提升循环系统中喷淋机构与供水管路的结构示意图。

图6是本发明沙土地力提升循环系统中施肥矩阵的管体截面示意图。

图7是本发明沙土地力提升循环系统中系统流程示意图。

具体实施方式

本发明提供沙土地力提升循环系统。以下结合附图对本发明技术方案进行详细描述，以使其更易于理解和掌握。

沙土地力提升循环系统，如图1和图2所示，包括若干个独立的供排水矩阵1、蓄水单元2、回流单元3、渗流导流层4、沙土保护层5。

其中，供排水矩阵1包括供水管路11和排水管路12，并且供水管路11与排水管路12为同轴管体10，供排水矩阵1设置于沙土层底部，其具备与供水管路11相连通的延伸出沙土层的喷淋机构13，任意两个供排水矩阵1的投影无重叠，细化地说明，供排水矩阵1可在同一平面的进行平展铺设，亦可存在高度差的铺设，可将沙土地分块分区域进行地力提升，铺设方式灵活，且采用独立的供排水矩阵1，可选择性使用。

蓄水单元2，用于给供排水矩阵1供水，蓄水单元2与全部供排水矩阵1的供水管路11直接或间接连接，即可直接与供水管路11连接，或通过供排水矩阵1之间的供水管路11联通进行间接的连接，具体地实施中，相联通的供水管路11之间设有供水阀门，通过供水阀门的启闭可实现任意性的供排水矩阵1的选择使用。

回流单元3，用于承接排水管路12的回收水源，回流单元3与全部供排水矩阵1的排水管路12直接或间接连接，并且回流单元3的最高液位低于供排水矩阵1所在平面，回流单元3通过抽水设备与蓄水单元2相连。

渗流导流层4，设置于供排水矩阵1的顶部，用于将沙土层中的渗液导向排水管路12中。渗流导流层4能将渗水导向排水管路12，使得系统的回收率提高，实现良性的水循环，满足系统的可持续性。

沙土保护层5，设置于沙土层的表层，其呈网状结构。该沙土保护层5能避免淋水或大雨对沙土层表层进行直接大面积的直接冲刷，限制地表径流，防止沙粒分散、移动。该沙土保护层5可采用两种方式，其一采用不可降解的材质制作，面积与供排水矩阵1面积吻合，在铺设时与供排水矩阵1投影重叠，如此设计方便沙土改造后的沙土保护层5回收利用。其二采用可降解的材质制作，并且其内可参入有机肥料颗粒，进行大面积铺设。

对供排水矩阵1进一步细化说明，如图2和图4所示，其包括两个侧管14和桥接在两个侧管14之间的若干连管15，供排水矩阵1的外周管体上设有供水管口16、排水管口17及联通管口18。供水管口16与蓄水单元2或其他供排水矩阵1的联通管口18相连，排水管口17与回流单元3相连，若干个供排水矩阵1形成相互联通又相互独立的整体。

如图5所示，喷淋机构13穿过外管101及内管102与供水管路11相通畅连接，需要说明的是，在同轴管体10上设置有对接管口，喷淋机构13直接与对接管口相可拆卸连接，对接管口本身即过外管101及内管102，并且与外管101、内管102相对密封。

通过侧管14和连管15的组装，能实现供排水矩阵1的快速组装，操作方便快捷，具体地，侧管14上开设若干对接口，两个侧管14的对接口一一匹配相对，连管的两端分别与对接口相密封对接，相较传统的大量二通、三通、四通所形成网络的组装方式，其具备易操作、整体性强的特点。

对供排水矩阵1的同轴管体10结构进行细化描述，如图3所示，包括外管101和内管102，外管101与内管102之间设有支撑体103，内管102的管腔为供水管路11，外管101与内管102之间的管腔为排水管路12，外管101的顶壁为渗水孔壁104，并且渗水孔壁104外周设有用于阻隔泥沙的过滤层105。该过滤层105能阻却泥沙，防止泥沙进入排水管路12中，保持排水管路12的通畅，渗水孔壁104用于渗水进入排水管路12，从而汇流至回流单元3中。

具体实施例中，如图3所示，渗流导流层4为鹅卵石层，鹅卵石层包括平层41及朝向供排水矩阵1的导流凸起42，导流凸起42与供排水矩阵1的管路走向相匹配。由于鹅卵石层的卵石之间存在间隙，沙土中的水分会由平层41聚拢，并沿着导流凸起42朝向外管101导向，渗水经过渗流导流层4的导向后大量汇聚在外管101的顶部，使得排水管路12能实现大量的渗水回收，整个循环系统的可持续性提升。

对蓄水单元2进行细化描述，其包括蓄水池21和供水管22，供水管22上设有供水水泵23和水质净化器24。蓄水池21定期清理，水质净化器24用于供水的水质净化。

回流单元3包括水位测试仪31、水质测试仪32和投药井33。所述水位测试仪31和所述水质测试仪32分别连接所述服务器，水位监测仪31的数据用于计算水量，水质测试仪32的数据用于水质监控，数据均发送到所述服务器，所述服务器的分析处理单元根据水量和水质信息计算出需要的投药量，通过投药井33投入回流池中，改善回流池水质。

优选实施例中，循环系统还包括施肥矩阵6和施肥单元7。

若干个与供排水矩阵1一一对应匹配的施肥矩阵6，施肥矩阵6设置于沙土层中并位于渗流导流层4顶部，施肥矩阵6与供排水矩阵1在投影方向上相重叠；施肥矩阵6用于向沙土中输出有机肥料。

施肥单元7用于向施肥矩阵提供肥料，施肥单元7与全部施肥矩形6相直接或间接连接，并且施肥单元7的最低水位高于施肥矩阵6所在平面。有机肥料可根据沙土土质进行配比。

对施肥矩阵6进行细化，其结构与图4所示的供排水矩阵组装结构相似，包括两个施肥侧管和桥接在两个施肥侧管之间的若干施肥连管，施肥矩阵的外周管体上设有供肥管口和供肥联通管口。其结构与供排水矩阵的结构相似，也具备易组装铺设的特点、及独立使用的特点。

施肥矩阵6的管道底壁为渗肥孔壁，并且渗肥孔壁外周设有用于阻隔泥沙的阻隔过滤层，其结构如图6所示，与外管101的结构相似，但是设置方向相反，如此设计的好处是，泥沙较难从管道底壁进入施肥矩阵6。

对施肥单元7进行细化，其包括配肥池71、供肥管路72及搅拌机构73，供肥管路72上设有用于过滤颗粒杂质的杂质过滤器74。

优选实施例中，循环系统还包括控制器、服务器和终端，

所述控制器包括供水控制器和供肥控制器，所述供水控制器设置在所述供水管路之间，所述供肥控制器设置在供肥联通管口上。用于控制供给水量与肥料量的装置，并且通过供水控制器内的水量监测芯片和供肥控制器内的肥料监测芯片来监测供水量与供肥量数据，发送回服务器。

所述服务器包括存储单元、分析处理单元、计划产生单元和通信单元；

所述存储单元存储用于存储所述水量监测芯片与所述肥料监测芯片记录的水量和肥料信息；

所述分析处理单元通过分析供水管路与供肥管路的流量和灌溉施肥时间，对相应区域的沙土的水含量和肥料含量的数据。

所述计划产生单元根据所述分析处理单元产生的数据制定灌溉和施肥计划，所述通信单元将所述计划产生单元定制的灌溉施肥计划发送至所述控制器。

所述终端是具有输入和通信功能的录入终端，用于向所述服务器手动输入灌溉施肥计划，所述终端与所述服务器连接。所述终端输入的灌溉施肥计划传输到存储单元，并且由通信单元将制定的灌溉施肥计划发送至所述控制器，由控制器动作实施灌溉施肥动作。

对供排水矩阵1控制系统中的控制器和服务器进一步细化说明，所述供水管路之间设有供水控制器，通过供水控制器控制供水管路的开启和关闭。

所述供水控制器连接所述服务器，所述服务器内部通信单元将灌溉计划发送至所述供水控制器，并使其进行灌溉动作。所述服务器控制若干个供排水矩阵1中的供水控制器的开启和关闭，对需要进行供水的供排水矩阵1发送供水指令，使相应的供排水矩阵1的供水控制器处于打开状态，实现服务器控制供水操作。

所述供水控制器内设置水量检测芯片，所述水量存储芯片监测通过供水管路11的水量信息。并实时向所述服务器的分析处理单元发送水量信息，当达到需要的供水阀值时，向所述服务器的分析处理单元反馈水量达到阀值的信号，所述服务器的分析处理单元对通过通信单元向所述供水控制器进行关停控制的指令，所述供水控制器停止供水。所述水量存储芯片向所述服务器的存储单元发送所述水量存储芯片的供水记录，所述供水记录包括并不限于，供水位置、供水量、供水时间等。

每个所述供排水矩阵1中间的平层41位置上都设置有湿度监测仪，每个供排水矩阵1之间的湿度监测仪通过连接线与所述服务器连接，并且实时向所述服务器分析处理单元发送土壤湿度。

所述服务器的分析处理单元根据相应供排水矩阵1位置的土壤湿度，选择出最短的供水线路、供水量和供水时间并生成量化数据，所述数据通过计划产生单元产生灌溉施肥计划，此计划通过通信单元发送灌溉施肥计划给控制器，控制器进行实时相应灌溉施肥动作。所述土壤湿度信息发送到存储单元内。

所述水位监测仪31和水质测试仪32分别连接所述服务器，水位监测仪31的数据用于计算水量，水质测试仪32的数据用于水质监控，数据均发送到所述服务器，所述服务器的分析处理单元根据水量和水质信息计算出需要的投药量，通过投药井33投入回流池中，改善回流池水质。

对供施肥矩阵6控制系统中的服务器控制系统进一步细化说明，所述供肥联通管口上设置有供肥控制器，所述供肥控制器控制所述供肥联通管口的开闭。所述供肥控制器设置肥料监测芯片，所述肥料监测芯片监测供肥联通管口通过的肥料信息，所述肥料信息包括并不限于肥料浓度、肥料量和施肥时间等。所述肥料监测芯片向所述服务器向所述服务器的分析处理单元实时发送肥料信息，当达到肥料量的阀值时，所述分析处理单元通过通信单元向所述供肥控制器发送关停信号，所述供肥控制器控制供肥管口停止供肥。所述肥料监测芯片向所述存储单元发送肥料信息。

所述终端是具有输入和通信功能的录入终端，用于向所述服务器手动输入灌溉施肥计划，所述终端与所述服务器连接。所述终端输入的灌溉施肥计划通过通信单元传输到所述服务器的存储单元，所述存储单元将输入的灌溉和施肥计划保存，并由通信单元向所属控制控制器发送计划动作，所述控制器实施灌溉施肥动作。

以上对本发明的技术方案进行了充分描述，需要说明的是，本发明的具体实施方式并不受上述描述的限制，本领域的普通技术人员依据本发明的精神实质在结构、方法或功能等方面采用等同变换或者等效变换而形成的所有技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.沙土地力提升循环系统，其特征在于包括：

若干个独立的供排水矩阵，所述供排水矩阵包括供水管路和排水管路，并且供水管路与排水管路为同轴管体，所述供排水矩阵设置于沙土层底部，其具备与所述供水管路相连通的延伸出沙土层的喷淋机构，任意两个供排水矩阵的投影无重叠；

所述同轴管体包括外管和内管，内管的管腔为供水管路，外管与内管之间的管腔为排水管路；外管的顶壁为渗水孔壁，并且渗水孔壁外周设有用于阻隔泥沙的过滤层；

蓄水单元，用于给所述供排水矩阵供水，所述蓄水单元与全部供排水矩阵的供水管路直接或间接连接；

回流单元，用于承接所述排水管路的回收水源，所述回流单元与全部供排水矩阵的排水管路直接或间接连接，并且回流单元的最高液位低于所述供排水矩阵所在平面，回流单元通过抽水设备与所述蓄水单元相连；

渗流导流层，设置于所述供排水矩阵的顶部，用于将沙土层中的渗液导向所述排水管路中；所述渗流导流层为鹅卵石层，鹅卵石层包括平层及朝向供排水矩阵的导流凸起，导流凸起与供排水矩阵的管路走向相匹配；

沙土保护层，设置于沙土层的表层，其呈网状结构；

控制器，用于控制供水量与肥料量的装置，实时监测供水量与供肥量数据，并且将供水量与供肥量发送至服务器；

终端，用于输入灌溉施肥计划指令，并且将输入的灌溉施肥计划指令发送至服务器；

服务器，用于将存储供水量和供肥量数据，通过分析制定灌溉施肥计划，并控制控制器进行执行灌溉施肥计划，所述服务器分别连接所述控制器和所述终端；

所述服务器包括分析处理单元，所述分析处理单元通过分析供水管路与供肥管路的流量和灌溉施肥时间，并生成相应区域内沙土地的水含量和肥料含量数据；所述服务器的分析处理单元根据相应供排水矩阵位置的土壤湿度，选择出最短的供水线路、供水量和供水时间并生成量化数据，所述数据通过计划产生单元产生灌溉施肥计划，此计划通过通信单元发送灌溉施肥计划给控制器，控制器进行实时相应灌溉施肥动作。

2.根据权利要求1所述的沙土地力提升循环系统，其特征在于：

所述供排水矩阵包括两个侧管和桥接在两个侧管之间的若干连管，所述供排水矩阵的外周管体上设有供水管口、排水管口及联通管口。

3.根据权利要求1或2所述的沙土地力提升循环系统，其特征在于：

所述供排水矩阵的同轴管体包括外管和内管，所述外管与所述内管之间设有支撑体。

4.根据权利要求1所述的沙土地力提升循环系统，其特征在于：

所述蓄水单元包括蓄水池和供水管，所述供水管上设有供水水泵和水质净化器。

5.根据权利要求1所述的沙土地力提升循环系统，其特征在于：

所述回流单元包括水位测试仪、水质测试仪和投药井。

6.根据权利要求1所述的沙土地力提升循环系统，其特征在于还包括：

若干个与所述供排水矩阵一一对应匹配的施肥矩阵，所述施肥矩阵设置于沙土层中并位于所述渗流导流层顶部，所述施肥矩阵与所述供排水矩阵在投影方向上相重叠；

施肥单元，用于向施肥矩阵提供肥料，所述施肥单元与全部施肥矩形相直接或间接连接，并且所述施肥单元的最低水位高于所述施肥矩阵所在平面。

7.根据权利要求6所述的沙土地力提升循环系统，其特征在于：

所述施肥矩阵包括两个施肥侧管和桥接在两个施肥侧管之间的若干施肥连管，所述施肥矩阵的外周管体上设有供肥管口和供肥联通管口；

所述施肥单元包括配肥池、供肥管路及搅拌机构，所述供肥管路上设有用于过滤颗粒杂质的杂质过滤器；

所述施肥矩阵的管道底壁为渗肥孔壁，并且所述渗肥孔壁外周设有用于阻隔泥沙的阻隔过滤层。

8.根据权利要求1所述的沙土地力提升循环系统，其特征在于：

所述控制器包括供水控制器和供肥控制器，所述供水控制器设置在所述供水管路之间，所述供肥控制器设置在供肥联通管口上；

所述供水控制器控制供水管路的开闭，所述供肥控制器控制供肥联通管口的开闭；

所述供水控制器内设置有水量监测芯片，用于监测通过供水管路的水量数据，并将数据实时发送至服务器；

所述供肥控制器内设置有肥料监测芯片，用于监测通过供肥管口的肥料数据，并将数据实时发送至服务器；

所述终端是具有输入和通信功能的录入终端。

9.根据权利要求8所述的沙土地力提升循环系统，其特征在于：

所述服务器还包括存储单元、计划产生单元和通信单元；

所述存储单元存储用于存储所述水量监测芯片与所述肥料监测芯片记录的水量和肥料信息；

所述计划产生单元根据所述分析处理单元产生的数据制定灌溉和施肥计划，所述通信单元将所述计划产生单元定制的灌溉施肥计划发送至所述控制器。

Images