CN110679454A - 一种地埋式树木根灌器 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种地埋式树木根灌器，包括依次连通的供水管系、分布管系和排气储水管系；供水管系由水平布置的地埋供水管和竖直布置的进水管组成；分布管系具有环绕树木主根系布置的环状流道，在环状流道管壁上具有指向根系的出水孔口，并在环状流道内布置流道稳流消能片和消能片龙骨条；排气储水管系包括储水罐连通管、临时储水罐、通气管、地表通气孔、锥形封闭孔、锥形橡胶塞、浮力体通气道、硬泡沫圆柱浮力体。灌溉用水沿供水管系进入分布管系环绕根系灌溉，部分进入排气储水管系储存；管系内的气体被水挤压到排气储水管系并从地表通气孔排出；储存的水在排气储水管系吸入气体及重力作用下返回分布管系进行渗灌灌溉。

Description

一种地埋式树木根灌器

技术领域

本发明涉及一种用于干旱区树木地下灌水器产品，特别涉及一种环状稳压流道树木根部灌水器产品，属于节水灌溉设备技术领域。

背景技术

地下灌溉是农业节水灌溉领域的灌溉方式之一，该方式可直接向作物根部供水，蒸发损失小，水分利用效率高，具有明显的节水增产效果。目前，地下灌水器堵塞、水流对土壤冲刷以及灌水湿润体与根系分布吻合度不高的问题，成为了地下灌溉技术发展与应用的难点。作为长期预埋在根区土壤中的灌水器，有压灌水开始的瞬时水压会对根系及土壤造成冲刷，造成局部空洞现象，长期冲刷会影响作物的根系生长和植株发育；灌水前后流道内部产生的负压极易造成孔口吸泥堵塞，存在流道堵塞，严重则造成灌水系统瘫痪；水头变化对灌水器各孔口流量影响较大,降低了灌水均匀度。目前应用于生产的地下灌水器出水方式，大多呈线（直线）源或点源入渗，其灌水湿润体与作物根系分布吻合度较低，不易达到较高的精准灌溉要求，不仅造成了根区以外的水资源浪费，长期灌溉导致树木根系的偏向生长引起树体抗风摆能力减弱，易造成树木随大风倾倒甚至毁坏的危害。

现有技术中，研究者从新型材料的角度研发根部灌水器，如周英翰等（申请公开号：CN108476950A）提出的一种吮吸式缓释根灌技术，利用由微孔毛细管材料构成的吮吸缓释体，从埋设于地表下的管路中吮吸水分和营养成分，能满足植物根系汲取水分和营养成分的需要，又能避免使用机械设备时对埋设于地下的设施产生的损坏，体现了根灌技术的明显优势。

另外，有学者探索性的从外部结构设计的角度开发了有压地埋灌水器，例如王兴鹏等（申请公开号：CN201805777U）研发的一种预埋式注灌装置，该装置长年预埋在果树根部，装置底端由两根相互垂直的出水管组成，通过出水管的系列水平小孔对果树根区进行加压注水灌溉，具有明显的防堵塞效果。

另外，有研究者进行了地下根灌技术及灌水系统开发，例如邱诗俊（申请公开号：CN107950366A）公开的一种盘绕式农林根灌系统，该系统通过内部传感器，通过水泵及地埋管路供水，使用地埋盘绕部件中的洒孔向花泥给水，植物根部从下方花泥中汲取水分从而进行根灌，该系统将智能灌溉与根灌技术进行了有机结合。

现有技术中，研究者们分别从新型材料、外部结构、根灌系统开发的角度进行了根部灌水器的研发，但是，目前地下灌溉用的根部灌水器在灌水均匀度、土壤湿润体的形态、抗堵性能方面仍存在缺陷，具体如下

上述吮吸式缓释根灌技术（申请公开号：CN108476950A）中，其吮吸缓释体7（图1）在停止供水后易造成负压吸泥堵塞，其抗堵塞性能的研究未见报道，灌溉水以吮吸缓释体埋设点为中心扩散入渗至土壤，较难形成与根系空间分布较吻合的对称湿润体。

上述预埋式注灌装置（申请公开号：CN201805777U）中，为了达到抗堵效果进行加压注灌，但加压过程对根区土体的冲刷破坏效果明显；两个相互垂直的出水流道5和7（图2）呈“半包围”结构，灌溉后土壤湿润体呈明显的非对称分布，与根系对称分布特征不相吻合；该装置出水流道7为无消能装置的空圆管，孔口流量随水头变化的波动较大，内部流态不稳定。

上述盘绕式农林根灌系统中（申请公开号：CN107950366A），花泥(也称吸水海绵)303（图3）在土壤中的抗堵性能未见报道，花泥及管道预埋于作物根系，在成年树木根系中预埋施工难度大、以花泥为中心扩散的土壤湿润体较难与其上部根系分布吻合。

综上，现有的根灌技术存在灌水不均匀、出水孔吸泥严重造成出水管道堵塞、根系附近土壤局部冲刷严重及灌水湿润体与根系环状分布特征不吻合等问题。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种灌水均匀、出水管道防堵塞、沿根系均匀环状分布的地埋式树木根灌器。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明提供的一种地埋式树木根灌器，包括依次连通的供水管系，分布管系和排气储水管系；

所述供水管系包括地埋供水管和进水管；所述地埋供水管沿水平方向布置，所述进水管沿竖直方向布置；

所述分布管系具有环状流道，所述环状流道环绕树木主根系布置，在环状流道管壁上具有指向根系的出水孔口，所述环状流道内布置流道稳流消能片和消能片龙骨条；

所述排气储水管系包括储水罐连通管、临时储水罐、通气管、地表通气孔、锥形封闭孔、锥形橡胶塞、浮力体通气道、硬泡沫圆柱浮力体。

具体地，所述分布管系单层布置，单层环状流道包括两个半圆，在两个半圆经两个T形三通管，分别与进水管及储水罐连通管连通。

具体地，所述分布管系双层布置，双层环状流道包括上层的两个半圆和下层的两个半圆，上层的两个半圆经两个十字形四通管，连通上方的进水管及储水罐连通管，下层的两个半圆经过两个T形三通管，分别两个十字形四通管连通。

优选地，所述地埋供水管、根灌器进水管、环状流道、储水罐连通管、临时储水罐、通气管、流道稳流消能片、三通管和四通管由PVC（聚氯乙烯树脂）材料制成。

优选地，所述根灌器进水管、环状流道、储水罐连通管外径为32-40mm，壁厚为2mm、上述三部分外径选取一致，所述地埋供水管外径为90-110mm，壁厚为2.5-3mm；所述根灌器进水管长度为300-800mm（根据树根纵向分布范围选取）；地埋供水管与竖直方向根灌器进水管通过异径三通连接。

优选地，所述环状流道分别由中心线为直径为600-1200mm（根据树根横向分布范围选取）的两个半圆，通过两个三通管连接；所述出水孔口直径为6-10mm，间距为100-200mm；所述流道稳流消能片为直径30-38mm（需与环状流道内径一致，与出水孔口间距保持一致）、厚度2mm的半圆；所述三通管内径为32-40mm（与根灌器进水管外径选取一致），壁厚为2.5-3mm；所述储水罐连通管长度为100-200mm；所述临时储水罐8外径为130-200mm（根据树木需水量大小适当选取），壁厚为4-5mm，长度为200-300mm；所述通气管外径为25mm，壁厚为2mm。

优选地，所述地表通气孔距地面高度50-150mm决定了通气管的长度；所述通气封闭孔底径为20mm，孔深为15mm，半角为20°；所述锥形橡胶塞底径为20mm，锥高为20mm，半角为20°；所述硬泡沫圆柱浮力体直径为20mm（需小于通气管内径），长度100-130mm，有4个所述浮力体通气道对称分布贯穿其中；所述浮力体通气道直径为4mm；所述四通管内径为32-40mm（与根灌器进水管外径选取一致），壁厚为2.5-3mm。

使用时，本发明包括依次连通的供水管系、分布管系和排气储水管系；供水管系由水平布置的地埋供水管和竖直布置的进水管组成；分布管系具有环绕树木主根系布置的环状流道，在环状流道管壁上具有指向根系的出水孔口，并在环状流道内布置流道稳流消能片和消能片龙骨条。工作过程及原理如下：灌溉用水依次从地埋供水管流入进水管及环状流道内，同时进水管与环状流道内气体被水挤压到储水罐连通管、临时储水罐及通气管，最终气体从地表通气孔排出根灌器，水从进水管末端通过三通管分流至对称的环状流道内，依次绕过流道稳流消能片流向储水罐连通管的底端，同时通过出水孔口入渗至树木主根系所在的土壤中，水通过储水罐连通管流向临时储水罐；当通气管内水位上升时，通气管内的硬泡沫圆柱浮力体在浮力作用下上升，管内剩余气体通浮力体通气道继续上排，当硬泡沫圆柱浮力体上升到一定高度后，锥形橡胶塞与锥形封闭孔吻合，封闭锥形封闭孔；当地埋供水管停止供水后，硬泡沫圆柱浮力体缓慢下降，此时锥形橡胶塞与锥形封闭孔分离，大气通过地表通气孔进入根灌器内部，通气管、临时储水罐、储水罐连通管内存留的水在重力作用下通过环状流道中的出水孔口缓慢渗入到根系土壤中，对树木进行灌溉。

有益效果：本发明相比现有技术，具备以下突出的实质性特点和显著的进步：

1）灌水器通气装置可大大减缓注水初始瞬间孔口水压对根系土壤造成的冲刷，停止供水后通气装置亦可消除流道负压吸泥引起的堵塞；

2）环形流道内的消能片可改变水流流态，有效降低流态指数，使孔口流量在外界压力大幅变化条件下能保持较小的变幅，有效提升灌水均匀度，减轻出流对土壤的局部冲刷。

3）流道的环形布局与根系环状分布特征一致，可提升土壤湿润体与根系空间分布 吻合度，可使根系能向四周均匀发育，可提高树体抗风摆能力。

4）该根灌器绝大多数结构采用常规的管材和连接件，可大大降低因新结构模具加工等因素引起的较高生产成本。

5）该根灌器组合模式较多，即可用单层环形流道，亦可根据树木的纵向根系发达程度选取2层（或多层）环形流道，可满足不同根系类型和需水量的树木，可大大提升该根灌器的适用范围。

可见，本发明解决了灌水器负压吸泥造成的孔口堵塞问题、压力变化引起的冲刷根系土壤问题、不同压力变化条件下孔口流量不稳定，灌水均匀度低的问题、以及根灌后土壤湿润体与根系分布特征不一致的问题。

附图说明

图1是现有吮吸式缓释根灌末端示意图；

图2是现有预埋式注灌装置的示意图；

图3是现有盘绕式农林根灌系统的结构示意图；

图4是本发明的实施例中地埋式环状稳压单层流道树木根灌器的使用状态示意图；

图5是图4中储水罐及通气管内剖结构的示意图；

图6是图4中环形流道内剖结构正三轴测示意图；

图7是本发明双层流道的一种变形；

图8是流道稳流消能片在环状流道内布置的结构示意图；

本发实施例中的标号：1-地埋供水管；2-进水管；3-出水孔口；4-环状流道；5-三通管；6-树木主根系；7-储水罐连通管；8-临时储水罐；9-通气管；10-地表通气孔；11-锥形封闭孔；12-锥形橡胶塞；13-浮力体通气道；14-硬泡沫圆柱浮力体；15-流道稳流消能片；16-四通管；17-消能片龙骨条。

具体实施方式

实施例：

本实施例的树木根灌器如图1和图2所示，包括根灌器进水管2、出水孔口3、环状流道4、三通管5、储水罐连通管7、临时储水罐8、通气管9、地表通气孔10、锥形封闭孔11、锥形橡胶塞12、浮力体通气道13、硬泡沫圆柱浮力体14、流道稳流消能片15、四通管16和消能片龙骨条17，其中地埋供水管1、树木主根系6为灌水器相对位置参照示意（水平方向地埋供水管1与竖直方向根灌器进水管2通过异径三通连接，环状流道4包围树木主根系6），四通管16为灌水器模型2组装件。其中，地埋供水管1、根灌器进水管2、环状流道4、三通管5、储水罐连通管7、临时储水罐8、通气管9、流道稳流消能片15和四通管16采用PVC（聚氯乙烯树脂）材料。环状流道4由两个半圆管、2个三通管（或四通管16）5、多个流道稳流消能片15和多个出水孔口3组成，其特征在于当水流以绕流形态径流环状流道时，能起到良好的效能效果，孔口流量均匀度较高，具有较低的流态指数。

如图2所示，通气管由地表通气孔10、锥形封闭孔11、锥形橡胶塞12、浮力体通气道13及硬泡沫圆柱浮力体14组成；其作用在于能与大气连通，却不能使根灌器内水流溢出。

本发明中，地埋供水管1、根灌器进水管2、环状流道4、三通管5、储水罐连通管7、临时储水罐8、通气管9、流道稳流消能片15和四通管16亦可采用同尺寸范围内的硬质PE材料替代。

如图7所示，根据树木根系分布状况，亦可采用双层（或多层）环形流道进行组装替代，不仅限于单层环形流道。

如图8所示，流道稳流消能片15，即可采用环形流道4与流道稳流消能片15整体制模加工为整体，也可采用的PVC材质的消能片龙骨条17穿过流道稳流消能片15圆心连接固定而成，然后置于空心环形流道内替代上述一次成型流道。

使用时，水从地埋供水管1流入进水管2、环状流道4内，同时进水管2、环状流道4内气体通过储水罐连通管7、临时储水罐8、通气管9，最终气体从地表通气孔10排出根灌器，水从进水管2末端通过三通管5分流至对称的环状流道4内，依次绕过流道稳流消能片15流向储水罐连通管7的底端，同时通过出水孔口3入渗至树木主根系6所在的土壤中，水通过储水罐连通管7流向临时储水罐8，当通气管9内水位上升时，通气管9内的硬泡沫圆柱浮力体14在浮力作用下上升，管内剩余气体通浮力体通气道13继续上排，当硬泡沫圆柱浮力体14上升到一定高度后，锥形橡胶塞12与锥形封闭孔11吻合，封闭锥形封闭孔11；当地埋供水管1停止供水后，硬泡沫圆柱浮力体14缓慢下降，此时锥形橡胶塞12与锥形封闭孔11分离，大气通过地表通气孔10进入根灌器内部，通气管9、临时储水罐8、储水罐连通管7内存留的水在重力作用下通过环状流道4中的出水孔口3缓慢渗入到根系土壤中，对树木进行灌溉。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

本发明为树木根灌提供了一种全新的思路与方法，具体实现该技术方案的方法和途径很多，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，对附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种地埋式树木根灌器，包括依次连通的供水管系、分布管系和排气储水管系，其特征在于：

所述供水管系包括地埋供水管和进水管；所述地埋供水管沿水平方向布置，所述进水管沿竖直方向布置；

所述分布管系具有环状流道，所述环状流道环绕树木主根系布置，在环状流道管壁上具有指向根系的出水孔口，所述环状流道内布置流道稳流消能片和消能片龙骨条；

所述排气储水管系包括储水罐连通管、临时储水罐、通气管、地表通气孔、锥形封闭孔、锥形橡胶塞、浮力体通气道、硬泡沫圆柱浮力体。

2.根据权利要求1所述的一种地埋式树木根灌器，其特征在于：所述分布管系单层布置，单层环状流道包括两个半圆，在两个半圆经两个T形三通管，分别与进水管及储水罐连通管连通。

3.根据权利要求1所述的一种地埋式树木根灌器，其特征在于：所述分布管系双层布置，双层环状流道包括上层的两个半圆和下层的两个半圆，上层的两个半圆经两个十字形四通管，连通上方的进水管及储水罐连通管，下层的两个半圆经过两个T形三通管，分别两个十字形四通管连通。

4.根据权利要求3所述的一种地埋式树木根灌器，其特征在于：所述地埋供水管、根灌器进水管、环状流道、储水罐连通管、临时储水罐、通气管、流道稳流消能片、三通管和四通管由聚氯乙烯树脂材料制成。

5.根据权利要求1所述的一种地埋式树木根灌器，其特征在于：所述根灌器进水管、环状流道、储水罐连通管外径选取一致，外径32-40mm，壁厚为2mm；所述地埋供水管外径为90-110mm，壁厚为2.5-3mm；所述根灌器进水管根据树根纵向分布范围选取长度为300-800mm；地埋供水管与竖直方向根灌器进水管通过异径三通连接。

6.根据权利要求1所述的一种地埋式树木根灌器，其特征在于：所述环状流道的直径根据树根横向分布范围选取，由中心线为直径为600-1200mm的两个半圆，通过两个三通管连接组成。

7.根据权利要求1所述的一种地埋式树木根灌器，其特征在于：所述出水孔口直径为6-10mm，间距为100-200mm；所述流道稳流消能片是直径30-38mm，厚度2mm的半圆；流道稳流消能片与环状流道内径一致，相邻流道稳流消能片与出水孔口的间距保持一致。

8.根据权利要求3所述的一种地埋式树木根灌器，其特征在于：所述储水罐连通管长度为100-200mm；所述临时储水罐8外径为130-200mm，壁厚为4-5mm，长度为200-300mm；所述通气管9外径为25mm，壁厚为2mm；所述地表通气孔距地面高度50-150mm；所述通气封闭孔底径为20mm，孔深为15mm，半角为20°；所述锥形橡胶塞底径为20mm，锥高为20mm，半角为20°；所述硬泡沫圆柱浮力体直径为20mm，长度100-130mm，有4个所述浮力体通气道对称分布贯穿其中；所述浮力体通气道直径为4mm；四通管内径为32-40mm，壁厚为2.5-3mm。

9.根据权利要求1所述的一种地埋式树木根灌器的工作方法，其特征在于：灌溉用水沿供水管系进入分布管系环绕根系灌溉，部分进入排气储水管系储存；管系内的气体被水挤压到排气储水管系并从地表通气孔排出；储存的水在排气储水管系吸入气体及重力作用下返回分布管系进行渗灌灌溉。

10.根据权利要求9所述的一种地埋式树木根灌器的工作方法，其特征在于：水从进水管末端通过三通管分流至对称的环状流道内，依次绕过流道稳流消能片流向储水罐连通管的底端，同时通过出水孔口入渗至树木主根系所在的土壤中，水通过储水罐连通管流向临时储水罐；当通气管内水位上升时，通气管内的硬泡沫圆柱浮力体在浮力作用下上升，管内剩余气体通浮力体通气道继续上排，当硬泡沫圆柱浮力体上升到一定高度后，锥形橡胶塞与锥形封闭孔吻合，封闭锥形封闭孔；当地埋供水管停止供水后，硬泡沫圆柱浮力体缓慢下降，此时锥形橡胶塞与锥形封闭孔分离，大气通过地表通气孔进入根灌器内部，通气管、临时储水罐、储水罐连通管内存留的水在重力作用下通过环状流道中的出水孔口缓慢渗入到根系土壤中，对树木进行灌溉。

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