CN111472331A - 水位管理设备和农田灌溉排水系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水位管理设备和农田灌溉排水系统，属于农业技术领域，水位管理设备包括引流管和灌排控制装置，引流管包括用于固定安装的固定管端和能够升降移动的自由管端，灌排控制装置用于控制自由管端在通流位置与截流位置之间切换，其中，自由管端的端面位置在通流位置不高于固定管端的端面位置且在所述截流位置高于固定管端的端面位置。水位管理设备还可包括用于实时检测水位的水位检测模块和控制器模块，控制器模块配置为根据水位检测模块的水位检测信号控制灌排控制装置，以调节引流管的自由管端的端面位置。本发明的水位管理设备简易实用，可通用性安装，操作与控制简单。

Description

水位管理设备和农田灌溉排水系统

技术领域

本发明属于农业技术领域，具体地，涉及一种水位管理设备和农田灌溉排水系统。

背景技术

农业生产中常常需要控制水量，以水稻为例，在生长的整个过程中需要经历灌水泡田、浅水插秧、薄水分蘖、排水晒田、灌水孕穗、干湿交替灌浆等阶段。水稻种植过程中并不是一直保持稻田有水，而要在不同生长阶段采取不同的水位控制，这样才能提高水稻的质量和产量。

目前市面上常见的水位控制管理方式有两种，一种是较为原始地通过人工直接掘开田埂泥土进行灌溉水的灌排，农田的水位主要由上流的水位来控制，不仅不利于控制灌排水量，而且在水流冲击下容易造成田埂上的泥土流失，不利于水土保持，灌排水结束后直接用泥土封闭效果不佳，容易水土流失。另一种方式是设计专用的垂直升降挡板，但垂直升降挡板的使用限制较多，在泥土田埂上不适用，比较适合在水泥田埂上使用，主要在研究单位或示范基地运用较多，并未普及化很广。

发明内容

针对现有技术的上述不足，本发明公开了一种水位管理设备和农田灌溉排水系统，该水位管理设备简易实用，可通用性安装，操作与控制简单。

为实现上述目的，本发明提供了一种水位管理设备，所述水位管理设备包括：

引流管，包括用于固定安装的固定管端和能够升降移动的自由管端；和

灌排控制装置，用于控制所述自由管端在通流位置与截流位置之间切换；

其中，所述自由管端的端面位置在所述通流位置不高于所述固定管端的端面位置且在所述截流位置高于所述固定管端的端面位置。

在一些实施例中，所述水位管理设备还可包括用于实时检测水位的水位检测模块。

在一些实施例中，所述水位管理设备还可包括控制器模块，所述控制器模块配置为根据所述水位检测模块的水位检测信号控制所述灌排控制装置，以调节所述引流管的自由管端的端面位置。

在一些实施例中，所述水位管理设备还可包括为设备供电的太阳能模块。

在一些实施例中，所述水位管理设备还可包括支撑架组件，所述引流管设置在所述支撑架组件的内腔中，所述支撑架组件包括：

管端装夹部，用于装夹固定所述固定管端；以及

功能模块安装部，用于安装功能模块，所述功能模块至少包括所述灌溉控制装置。

在一些实施例中，所述支撑架组件还可包括底部插接桩脚。

在一些实施例中，所述支撑架组件可为L形框架并包括横向边框部和竖向边框部，所述固定管端容纳于所述横向边框部的横向内腔中，所述自由管端位于所述竖向边框部的竖向内腔中，所述横向边框部的外端部形成为所述管端装夹部，所述竖向边框部的顶端形成为所述功能模块安装部。

在一些实施例中，所述横向边框部和竖向边框部均可为长方体框架并由沿框架边线分布并相互连接的多根横向边杆和多根竖向边杆围箍成型。

在一些实施例中，所述管端装夹部可包括横向间隔设置的第一管夹和第二管夹，所述第一管夹和第二管夹均包括对称安装于所述横向边框部的外端部且匹配卡合于所述引流管的外管壁上的管夹半片。

在一些实施例中，所述灌排控制装置可安装在所述竖向边框部的顶端并包括绕线轮和驱动电机，所述驱动电机驱动所述绕线轮旋转并通过所述绕线轮上的绕线牵引所述自由管端升降移动。

在一些实施例中，所述灌排控制装置可包括设置在所述自由管端上方的电梯牵引平台和用于驱动所述电梯牵引平台沿所述竖向边框部的竖向内腔升降的电梯驱动机构，所述电梯牵引平台与所述自由管端相连以牵引所述自由管端升降移动。

在一些实施例中，所述灌排控制装置可包括设置在所述自由管端下方的顶升平台和用于驱动所述顶升平台沿所述竖向边框部的竖向内腔升降的顶升驱动机构，所述顶升平台推动所述自由管端升降移动。

在一些实施例中，所述引流管可包括横向管段和竖向管段，所述横向管段的外端为所述固定管端，所述竖向管段的顶端为所述自由管端，所述竖向管段的底端伸出有横向套接管，所述横向套接管套接于所述横向管段的内端并能够围绕所述横向管段的横向中心轴线枢转，所述灌排控制装置包括用于驱动所述横向套接管枢转的驱动电机。

在一些实施例中，所述灌排控制装置可包括：

驱动电机；

牵引滑轮机构，包括滑轮组件和缠绕所述滑轮组件的牵引绳，所述驱动电机牵引所述牵引绳的首端，所述牵引绳的末端连接所述自由管端；和

固定支架，从所述固定管端的周壁向上延伸，所述驱动电机和所述牵引滑轮机构安装于所述固定支架上。

在一些实施例中，所述引流管可包括相互连接的穿埋管和排水管，所述穿埋管作为所述固定管端，所述排水管的外端为所述自由管端。

在一些实施例中，所述穿埋管可为硬管，所述排水管包括与所述穿埋管相连的排水管连接端、所述自由管端以及连接于所述排水管连接端与所述自由管端之间的中间软管。

在一些实施例中，所述固定支架可包括：

竖向支撑杆，从所述穿埋管的外周壁向上伸出；

横向撑杆，从所述竖向支撑杆的顶端横向伸出并安装有所述牵引滑轮机构；以及

加强梁，斜向连接在所述竖向支撑杆与所述横向撑杆之间。

在一些实施例中，所述穿埋管的两端的外周壁上套设有用于贴合安装在田埂的侧壁面上的定位隔板；和/或

所述定位隔板与所述穿埋管的外周壁之间形成有轴向位置可调节的键槽连接结构。

相应地，本发明还提供了一种农田灌溉排水系统，所述农田灌溉排水系统包括：

农田，包括进水侧田埂和排水侧田埂；以及

设置在所述进水侧田埂一侧的灌水水位管理设备和/或

设置在所述排水侧田埂一侧的排水水位管理设备；

其中，所述灌水水位管理设备和/或所述排水水位管理设备为上述的水位管理设备，所述引流管的固定管端贯穿埋置于相应的所述进水侧田埂和/或排水侧田埂中。

本发明的排水水位管理设备结构简单、成本低廉，引流管的固定管端可以直接埋入田埂中供长久使用，既适用于泥土田埂也适用于水泥田埂，既适于在灌水口，也适于排水口使用，通用性强，而且只需控制引流管的自由管端的位置，控制参数少且简单，易于操作和自动化控制，有利于自动化定量灌排水作业。在此基础上，本发明的排水水位管理设备可通过灌排控制装置实现对农田的灌水、停止灌水、排水或停止排水操作，既省时省力，又能提高农事作业的效率和农产品的产量。此外，排水水位管理设备的结构和控制方式简单，有利于实现简单、低成本的自动化控制和智能化控制。

有关本发明的其他优点以及优选实施方式的技术效果，将在下文的具体实施方式中进一步说明。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施方式及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

在附图中：

图1为根据本发明的第一具体实施例的水位管理设备中的引流管的结构示意图；

图2、图3分别为根据本发明的第一具体实施例的水位管理设备位于不同视角的立体图；

图4、图5分别为根据本发明的第一具体实施例的水位管理设备中的灌排控制装置和支撑架组件的立体图；

图6为根据本发明的第二具体实施例的水位管理设备中的引流管的结构示意图；

图7、图8分别为根据本发明的第三具体实施例的水位管理设备中的穿埋管和排水管的立体图，其中的排水管为直线软管；

图9为根据本发明的第三具体实施例的水位管理设备中的引流管在截流状态下的结构示意图，其中的排水管为软管且呈直角弯管状；

图10、图11分别为根据本发明的第三具体实施例的水位管理设备中的引流管在通流状态下的结构示意图，其中的排水管为软管且呈直线状或直角弯管状；

图12为根据本发明的第三具体实施例的水位管理设备中的固定支架的立体图；

图13为根据本发明的第三具体实施例的水位管理设备的结构示意图，引流管处于通流状态；

图14至图19为根据本发明的具体实施例的农田灌溉排水系统的不同区域部分在不同工作状态下的结构示意图，图中未示出灌排控制装置；其中，图14展示了应用在灌溉渠一侧的水位管理设备在截流状态下的结构示意图；图15和图16分别展示了应用在灌溉渠一侧的水位管理设备在通流状态下的结构示意图；图17展示了应用在排水渠一侧的水位管理设备在截流状态下的结构示意图；图18和图19分别展示了应用在排水渠一侧的水位管理设备在通流状态下的结构示意图；

图20为根据本发明的第四具体实施例的水位管理设备的结构示意图。

附图标记说明

1 引流管 11 固定管端

12 自由管端 121 挂环

13 横向管段 14 竖向管段

15 横向套接管 16 穿埋管

17 排水管 171 排水管连接端

172 中间软管 2 灌排控制装置

21 绕线轮 211 绕线

22 驱动电机 23 滑轮组件

24 引绳 3 水位检测模块

4 控制器模块 5 太阳能模块

6 支撑架组件 61 管端装夹部

611 第一管夹 612 第二管夹

62 功能模块安装部 63 底部插接桩脚

7 外罩防护装置 8 固定支架

81 竖向支撑杆 82 横向撑杆

83 加强梁 9 定位隔板

10 通讯模块 100 农田

101 进水侧田埂 102 排水侧田埂

200 灌水渠 300 排水渠

T1 通流位置 T2 截流位置

A 田埂顶面 B 埋置位置

C 土壤表面 D 灌溉渠底面

E 排水渠底面

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。

下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本发明。

为适应不同类型的农田，有利于低成本地大规模推广应用和实现智能化农业，本发明针对性地提供了一种水位管理设备。参见图1至图20的具体实施例，该水位管理设备包括引流管1和灌排控制装置2，引流管1包括用于固定安装的固定管端11和能够升降移动的自由管端12，灌排控制装置2用于控制自由管端12在通流位置T1与截流位置T2之间切换。其中，自由管端12的端面位置在通流位置T1不高于固定管端11的端面位置且在截流位置T2高于固定管端11的端面位置。其中，定义自由管端12的端面位置为自由管端12的端面中心的高度位置，固定管端11的端面位置为固定管端11的端面中心的高度位置。

在本发明的水位管理设备中，引流管1的固定管端11可通过埋管方式进行安装，适于安装在泥土田埂中，也适于预埋在水泥田埂中。当该水位管理设备作为灌水水位管理设备时，引流管1的自由管端12可设于灌溉渠200或农田100中；当该水位管理设备作为排水水位管理设备时，引流管1的自由管端12可设于排水渠300或农田100中。引流管1可由多管段固定连接而成，也可有多管段可拆卸连接而成，使用者可简单地通过操纵引流管1的自由管端12以实现通流或截流控制。灌排控制装置2可实现对农田的灌水、停止灌水、排水或停止排水操作，既省时省力，又能提高农事作业的效率和农产品的产量。此外，水位管理设备的结构和控制方式简单，有利于实现简单、低成本的自动化控制和智能化控制，以下还将具体阐述。

由于人工掘泥灌排方式费事费力、容易水土流失和水位控制效果差，垂直升降挡板的使用限制较多，虽然可通过电机控制，但这种控制管理方式一般为人工控制或者定时控制的方式，无法实时控制水位。有鉴于此，本案发明人进行不断思考和创新，为了能进一步提高农事作业的效率和农产品的产量，实现对农田水位的实时控制管理，本发明的水位管理设备还可包括用于实时检测水位的水位检测模块3。如图2和图3所示，水位检测模块3可例如为超声波检测模块，水位检测模块3正对下方的农田，通过发出和接收超声波信号来实时计算农田液位的高度。其中，超声波检测模块可采用为本领域技术人员公知的通用性的常规装置，在此不做展开论述。

进一步地，水位管理设备还包可括控制器模块4，控制器模块4被配置为根据水位检测模块3的水位检测信号控制灌排控制装置，以调节引流管1的自由管端12的端面位置。如此，通过结合水位检测模块3和控制器模块4，本发明的水位管理设备能自动感知农田水位高度并进行实时、自动、智能的水位管理，既省时省力，又可进一步提高农事作业的效率和农产品的产量。

更进一步地，水位管理设备还可包括为设备供电的太阳能模块5，如此，可充分利用充足太阳光资源，实现长期的稳定能源保障，具有良好的经济效益。

以下将具体阐述本发明的第一具体实施例的水位管理设备，相对于本发明的第二具体实施例和第三具体实施例的水位管理设备，本发明的第一具体实施例的水位管理设备结构更为紧凑、更为专业化和装备化。如图1～图5所示的根据本发明的第一具体实施例的水位管理设备，该水位管理设备包括支撑架组件6，引流管1设置在支撑架组件6的内腔中。该支撑架组件6可包括管端装夹部61和功能模块安装部62，管端装夹部61用于装夹和固定固定管端11，功能模块安装部62用于安装功能模块。功能模块安装部62安装的功能模块至少包括灌溉控制装置，除此以外，还可包括水位检测模块3、控制器模块4或太阳能模块5等，本发明不限于此。

可选地，支撑架组件6还可包括底部插接桩脚63。如图2、图3和图5所示，底部插接桩脚63可包括对称设置的多根，多根底部插接桩脚63插装在泥土中以将水位管理设备稳固可靠地进行安装。

进一步地，支撑架组件6可为L形框架并包括横向边框部和竖向边框部，固定管端11容纳于横向边框部的横向内腔中，自由管端12位于竖向边框部的竖向内腔中，横向边框部的外端部形成为管端装夹部61，竖向边框部的顶端形成为功能模块安装部62。其中，横向边框部远离竖向边框部的那一端为横向边框部的外端部，横向边框部靠近竖向边框部的那一端为横向边框部的内端部。如图2和图3所示，固定管端11容纳于横向边框部的横向内腔中并被管端装夹部61固定装夹在横向边框部的外端，自由管端12位于竖向边框部的竖向内腔中并可在竖向边框部的竖向内腔中上下升降以实现通流或截流控制。需要说明的是，功能模块安装部62除了形成在竖向边框部的顶端外，还可以形成在竖向边框部的中部或侧部等，本发明不限于此。

具体地，如图2和图3所示，太阳能模块5可安装于支撑架组件6的竖向边框部的顶部，如此，可避免太阳能模块5受到遮挡以能更充分地接收阳光。此外，为了便于接线以及使得水位管理设备的整体结构更加合理紧凑，同时避免控制器模块4和水位检测模块3因水汽侵入而失效，控制器模块4和水位检测模块3也可安装在支撑架组件6的竖向边框部的顶部。

可选地，横向边框部和竖向边框部均为长方体框架，横向边框部和竖向边框部由多根相互连接的横向边杆和竖向边杆围箍而成，多根横向边杆和多根竖向边杆沿框架边线分布。具体地，如图5所示，支撑架组件6的主框架由三根横向边杆和四根竖向边杆围箍而成，如此，支撑架组件6沿竖直方向可分为三层，其中最上层形成一个平面，该平面用于安装水位管理设备的功能模块。支撑架组件6沿水平方向分为四层，其中，固定弯管7靠近固定管端11的固定管段安装在第一层和第二层之间，固定弯管7靠近自由管端12的自由升降管段可容纳在第二层和第四层之间。此外，每根横向边杆和竖向边杆均可由多段分体支杆连接而成，为了对支撑架组件6的整体结构进行稳固，横向边杆和竖向边杆的相交位置可设有固定件进行固定连接。需要说明的是，除了图示的长方体框架外，横向边框部和竖向边框部还可为梯形柱体框架、圆柱体框架或不规则体框架等，本发明不限于此。

更进一步地，管端装夹部61可包括横向间隔设置的第一管夹611和第二管夹612，第一管夹611和第二管夹612均包括对称安装于横向边框部的外端部且匹配卡合于引流管1的外管壁上的管夹半片。如图2所示，横向边框部的外端部包括支撑架组件6的第一层和第二层，第一管夹611和第二管夹612分别为设置在支撑架组件6的第一层和第二层中的管夹片，每个管夹片均包括由两个设有半圆缺口的管夹半片匹配拼接而成，引流管1的外管壁卡接在管夹半片的半圆缺口中。其中，第一管夹611和第二管夹612除了用于将引流管1的固定管端11固定在支撑架组件6外，还用于贴合安装在田埂的侧壁面上以在田埂上定位安装引流管1的固定管端11。其中，第一管夹611和第二管夹612之间的间距而可根据不同的田埂宽度进行设计。

可选地，水位管理设备还可包括围绕布置在支撑架组件6的周侧的外罩防护装置7。如图2和图3所示，外罩防护装置7可包括防护网和挡泥板，防护网和挡泥板围绕布置在支撑架组件6的四个周侧。防护网设置在横向边框部的内端部的端面上，引流管1的自由管端12的端口正对防护网，水可以通过防护网的网孔进入自由管端12的端口以实现通流灌排，并且防护网可用于阻止树枝或者杂草等大块物体移动至引流管1的上部或者下部，避免影响引流管1的自由管端12的正常升降。挡泥板设置在支撑架组件6的其余三个周侧上，挡泥板4用于阻止泥土等杂物掉落在引流管1的上部或者下部而影响引流管1的自由管端12的正常升降。

在本发明的第一具体实施例的水位管理设备中，灌排控制装置2的具体结构可多种多样，例如，第一种具体结构的灌排控制装置2可安装在竖向边框部的顶端并包括绕线轮21和驱动电机22，驱动电机22驱动绕线轮21旋转并通过绕线轮21上的绕线211牵引自由管端12升降移动。具体地，如图1、图2、图3和图4所示，绕线轮21上的绕线211与引流管1的自由管端12连接，驱动电机22驱动绕线轮21旋转，如此，绕线轮21通过正转和反转来调节绕线211向下伸出的长度以牵引引流管1的自由管端12进行升降移动。其中，绕线211可直接与引流管1的自由管端12进行固定连接，或者，绕线211的线端可设有活动扣，引流管1的自由管端12可设有固定把手，绕线211的的活动扣可扣住引流管1的固定把手，活动扣和固定把手为可拆卸卡扣连接，便于拆装和运输。

可选地，灌排控制装置2除了为上述的具体结构外，灌排控制装置2还可为第二种具体结构(图中未示出)，第二种具体结构的灌排控制装置2可包括电梯牵引平台和电梯驱动机构，电梯牵引平台设置在自由管端12上方，电梯驱动机构用于驱动电梯牵引平台沿竖向边框部的竖向内腔升降，电梯牵引平台与自由管端12相连以牵引引流管1的自由管端12升降移动。或者，第二种具体结构的灌排控制装置2可包括电梯升降平台和电梯伸缩驱动机构，电梯升降平台在自由管端12上方，电梯伸缩驱动机构用于驱动电梯升降平台沿竖向边框部的竖向内腔升降，电梯升降平台与自由管端12相连以带动引流管1的自由管端12升降移动。

可选地，灌排控制装置2除了为上述的具体结构外，灌排控制装置2还可为第三种具体结构(图中未示出)，第三种具体结构的灌排控制装置2可包括顶升平台和顶升驱动机构，顶升平台设置在自由管端12下方，顶升驱动机构用于驱动顶升平台沿竖向边框部的竖向内腔升降，顶升平台推动引流管1的自由管端12升降移动。其中，电梯牵引平台和电梯驱动机构、电梯升降平台和电梯伸缩驱动机构以及顶升平台和顶升驱动机构可采用为本领域技术人员公知的通用性的常规方式，且可以根据实际需要选择不同类型的平台和驱动机构，采用何种平台和驱动机构并不影响本发明的实现，故在此不做展开论述。

需要说明的是，用于检测农田水位的水位检测模块3一般设于农田100的上方，图2和图3所示的水位检测模块3位于引流管1的自由管端12同一侧，则自由管端12应设置于农田100的那一侧，而并非灌水渠200或排水渠300的那一侧。而对于其他具体结构的水位管理设备，可根据实际情况进行设置，若水位检测模块3不是与引流管1的自由管端12位于同一侧，则引流管1的自由管端12也可设于灌水渠200或排水渠300的那一侧，本发明不限于此。

可选地，如图6所示，图中示出了根据本发明的第二具体实施例的水位管理设备中的引流管1，引流管1包括横向管段13和竖向管段14，横向管段13远离竖向管段14的一端为横向管段13的外端，横向管段13靠近竖向管段14的一端为横向管段13的内端，横向管段13的外端为固定管端11。竖向管段14远离横向管段13的一端为竖向管段14的顶端，竖向管段14靠近横向管段13的一端为竖向管段14的底端，竖向管段14的顶端为自由管端12，竖向管段14的底端伸出有横向套接管15，横向套接管15套接于横向管段13的内端，横向套接管15能够围绕横向管段13的横向中心轴线枢转，如此，竖向管段14的顶端可随着横向套接管15的转动而改变高度，即自由管端12可随着横向套接管15的转动而实现升降。其中，横向套接管15的外周壁可例如设有与齿条或链轮配合的齿轮圈(图中未示出)，灌排控制装置2还包括用于驱动齿条移动或链轮转动的驱动电机以驱动横向套接管15围绕横向管段13的横向中心轴线枢转。其中，齿条和齿轮圈驱动机构以及链轮和齿轮圈驱动机构可采用为本领域技术人员公知的通用性的常规方式，在此不做展开论述。

进一步地，本发明的水位管理设备还可设有人机交互界面和通讯模块10，用户可通过人机交互界面设定农田水位高度，水位检测模块3被唤醒并监测当前农田的水位高度，控制器模块4根据水位检测模块3的水位检测信号控制灌排控制装置以进行灌溉或排水。根据水位管理设备在农田的设置位置的不同，水位管理设备可为灌水水位管理设备或排水水位管理设备。当水位管理设备设置在进水侧田埂101一侧时，水位管理设备为灌水水位管理设备；当水位管理设备设置在排水侧田埂102一侧时，水位管理设备为排水水位管理设备。

具体地，水位管理设备为灌水水位管理设备时，如果农田的水位高度低于用户设定的数值，则自动启动水位管理设备进行灌溉，此时可启动水位管理设备的驱动电机22来驱动绕线轮21旋转以将引流管1的自由管端12降低，水从高液位的灌水渠200处流入引流管1，再流入农田内。当引流管1的自由管端12到达设定的最低位置后，停止驱动电机22。若灌溉后的农田水位到达用户设定的数值时，启动水位管理设备的驱动电机驱动绕线轮21反方向旋转以将引流管1的自由管端12升高，由此进行截流，让水不再流动。当引流管1的自由管端12到达设定的最高位置后，停止驱动电机22。而当水位管理设备为排水水位管理设备时，如果农田的水位高于用户设定的数值，则自动启动水位管理设备进行排水，此时可启动水位管理设备的驱动电机22来驱动绕线轮21旋转以将引流管1的自由管端12降低，水从农田流入引流管1，再流到低水位的排水渠300中。当引流管1的自由管端12到达设定的最低位置后，停止驱动电机22。当排水后的农田水位到达用户设定的数值时，启动水位管理设备的驱动电机驱动绕线轮21反方向旋转以将引流管1的自由管端12升高，由此进行截流，让水不再流动。当引流管1的自由管端12到达设定的最高位置后，停止驱动电机22。

进一步地，如图7～图13所示，图中示出了根据本发明的第三具体实施例的水位管理设备。灌排控制装置2包括：

驱动电机22；

牵引滑轮机构，包括滑轮组件23和缠绕滑轮组件23的牵引绳24，驱动电机22牵引牵引绳24的首端，牵引绳24的末端连接自由管端12；和

固定支架8，从固定管端11的周壁向上延伸，驱动电机22和牵引滑轮机构安装于固定支架8上。

其中，图12和图13具体为牵引滑轮装置，通过驱动电机22拉倒牵引绳24以提拉控制引流管1的自由管端12的升降，可实现精度化的行程控制。

更进一步地，引流管1可包括相互连接的穿埋管16和排水管17，穿埋管16作为固定管端11，排水管17的外端为自由管端12。在发明的水位管理设备中，穿埋管16通过埋管方式进行安装，适于安装在泥土田埂中，也适于预埋在水泥田埂中。排水管17与穿埋管16相连，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，使用者可简单地通过操纵排水管17以实现通流或截流控制，以下还将具体阐述。

图7至图13公开了水位管理设备的第三具体实施例。其中，穿埋管16为硬管，排水管17包括与穿埋管16相连的排水管连接端171、自由管端12以及连接于排水管连接端171与自由管端12之间的中间软管172。具体地，图8的排水管17为直线软管，排水管连接端171与穿埋管16的内端螺纹连接，自由管端12设有挂环121，可通过提拉挂环121来调节自由管端12的高度位置，以实现引流管1的通流或截流控制。自由管端12与排水管连接端171之间连接有中间软管172，例如波纹管等，以适于提拉形变。其中，图9展示了水位管理设备在截流状态下的结构示意图，图10和图11均展示了水位管理设备在通流状态的结构示意图，图9中的自由管端12的端面位置在截流位置高于固定管端11的端面位置；图10和图11中的自由管端12的端面位置在通流位置不高于固定管端11的端面位置，其中的排水管17为软管且分别呈直线管状和直角弯管状。

此外，如图20所示，图中示出了根据本发明的第四具体实施例的水位管理设备。相对于图2中的第一具体实施例的水位管理设备，灌排控制装置2设置在支撑架组件6，以及相对于图13中的第三具体实施例的水位管理设备，该灌排控制装置2设置在固定支架8上，该第四具体实施例的水位管理设备中的灌排控制装置2可无需设置高于田埂的支撑支架结构。如图20所示，灌排控制装置2设置在田埂上，灌排控制装置2直接伸出牵引绳与引流管1的自由管端12连接以牵引控制自由管端12相对于固定管端11进行升降移动，整体结构更为简易。

图示的不同结构形式的水位管理设备均结构简单、操作方便，成本低廉。其中，无论是在灌溉渠200或是在排水渠300，排水管17均连接于穿埋管16的内端，换言之，本发明的水位管理设备适于在灌溉渠200一侧或是在排水渠100一侧的田埂中安装使用，通用性好。当安装于灌水口时，应保证穿埋管16应位于灌溉渠200的水面以下；当安装于排水口时，应保证穿埋管16位于农田的液面水位以下，保证水能正常排出。如图14、图15和图16所示，水位管理设备为灌水水位管理设备，排水管17位于农田100的那一侧，本发明不限于此，排水管17也可位于灌水渠200的那一侧。如图17、图18和图19所示，水位管理设备为排水水位管理设备，排水管17位于排水渠300的那一侧，本发明不限于此，排水管17也可位于农田100的那一侧。

具体地，为实现通流，自由管端12的端面位置处于通流位置T1，自由管端12的端面位置在通流位置T1不高于固定管端11的端面位置B，从而有利于从穿埋管16的外端流入的流体经过穿埋管16的内端流出后，能够通过排水管17排出，而不产生倒灌现象。自由管端12的端面位置在通流位置T1不高于固定管端11的端面位置B，即自由管端12的端面位置在通流位置T1可等于固定管端11的端面位置B，也可低于固定管端11的端面位置B。

同样的，为实现截流，防止流过穿埋管16的流体通过排水管17排出，自由管端12的端面位置处于截流位置T2，自由管端12的端面位置在截流位置T2至少要高于固定管端11的端面位置B。进一步地，如果是从农田往外排水，可将自由管端12的端面位置设置为在截流位置T2高于田埂顶面A，自然更高于农田100内的液面，因而产生截流效果；如果是往农田灌水，也可将自由管端12的端面位置设置为在截流位置T2高于田埂顶面A，由于灌溉渠200的液面不应高于田埂顶面A，否则农田内会产生水满溢出，因此高于田埂的田埂顶面A的自由管端12自然截流。

需要说明的是，自由管端12的管端的形状不限，例如可为规则圆形、方形或不规则锯齿形状等，关于自由管端12的端面位置在截流位置高于固定管端11的端面位置，可理解为，在截流状态下，自由管端12的管端最低点高于固定管端11的管端最高点；而关于自由管端12的端面位置在通流位置不高于固定管端11的端面位置，可理解为，在通流状态下，自由管端12的管端最低点低于固定管端11的管端最高点。

因此，本发明的水位管理设备不仅存在结构简易化的优点，还存在易于操控的优点，控制参数少且简单，只需控制水位管理设备的端面位置、田埂顶面A位置、穿埋管16的埋置位置B。此外，本发明的水位管理设备还包括用于控制自由管端12在截流位置T2与通流位置T1之间切换的灌排控制装置2。通过灌排控制装置2可实现对农田的灌水、停止灌水、排水或停止排水操作，而且由于控制逻辑、结构方式和控制参数简单，有利于实现简单、低成本的自动化控制、智能化控制等。

其中，固定支架8可安装在田埂上。但在图示的实施例中，为避免在泥土田埂上的安装不牢靠，固定支架8可通过焊接等方式固定安装在穿埋管16上。可选地，固定支架8包括：

竖向支撑杆81，从穿埋管16的外周壁向上伸出；

横向撑杆82，从竖向支撑杆81的顶端横向伸出并安装有牵引滑轮机构；以及

加强梁83，斜向连接在竖向支撑杆81与横向撑杆82之间。

这种固定支架的结构简单、容易获得，而且安装后牢固可靠，竖向支撑杆81的底端固定在穿埋管16上，还部分地埋置在田埂中。通过加强梁83的支撑，横向撑杆82能够稳定可靠地横向伸出，有利于安装牵引绳24和滑轮组件23。需要说明的是，上述牵引绳牵引方式仅为举例，而非水位管理设备的唯一组成形式，例如也可以是通过齿轮传动使得排水管17整体旋转等，在此不再一一展开阐述。

需要说明的是，如图13中的第二具体实施例的水位管理设备中，水位检测模块3可设于横向撑杆82的伸出端，由于用于检测农田水位的水位检测模块3一般设于农田100的上方，若水位检测模块3位于引流管1的自由管端12同一侧，则自由管端12应设置于农田100的那一侧，而并非灌水渠200或排水渠300的那一侧。而对于其他具体结构的水位管理设备，可根据实际情况进行设置，若水位检测模块3不是与引流管1的自由管端12位于同一侧，则引流管1的自由管端12也可设于灌水渠200或排水渠300的那一侧，本发明不限于此。

此外，如果在发生雨量超标等导致灌溉渠300的液面暴涨等特殊情况时，为避免通过水位管理设备非必要地灌入农田，水位管理设备还可包括例如设置在穿埋管16的端部的穿埋管闸阀(图中未显示)。穿埋管闸阀用于阻截穿埋管16内的穿过流体，可以是手动闸阀，也可以是电控式闸阀。穿埋管闸阀可为单个，也可分别设置在穿埋管16的内端和外端，而且在两端设置闸阀时，在水位管理设备闲置时，可避免外界物体进入并堵塞、腐蚀穿埋管16等等。其中，闸阀可采用为本领域技术人员公知的通用性的常规方式，在此不做展开论述。

除了通过上述的水位管理设备去升降具有中间软管172的排水管17外，还可以通过例如手动模式调节排水管出水端12的位置。例如，在图7和图8所示的穿埋管16的穿埋管连接端可与排水管连接端171形成螺纹连接，可手动调节排水管出水端12的位置。或者，本领域技术人员能够知晓的是，排水管连接端171与穿埋管16的穿埋管连接端之间也可形成可拆卸的嵌套连接。在此基础上，可设有周向间隔分布的多个周向套接卡位，其中至少包括可使得排水管17分别处于图9、图10和图11位置的套接卡位。此外，排水管17不限于可弯折管，也可以是图6所示的大致硬质直角弯管。

穿埋管16优选为防锈金属管，也可以是耐腐蚀的塑料管等。此外，穿埋管16的两端的外周壁上可套设有用于贴合安装在田埂的侧壁面上的定位隔板9。参见图14至图19，在安装好穿埋管16后，无论是在水泥田埂或是泥土田埂上，都可将定位隔板9贴合田埂的侧壁，以定位固定穿埋管16，安装更牢靠。其中，定位隔板9可固定套装在穿埋管16的外周壁上，也可以是在定位隔板9与穿埋管16的外周壁之间形成有轴向位置可调节的键槽连接结构，从而可根据不同的田埂宽度调节两个定位隔板9之间的宽度间距。

以上公开了一种结构简单、成本低且便于控制的水位管理设备，这种水位管理设备可大规模推广应用在常规简易化的农田水力系统中。为此，本发明提供了一种农田灌溉排水系统。参见图14至图19的具体实施例，该农田灌溉排水系统包括：

农田100，包括进水侧田埂101和排水侧田埂102；以及

设置在进水侧田埂101一侧的灌水水位管理设备和/或设置在排水侧田埂102一侧的排水水位管理设备；

其中，灌水水位管理设备和/或排水水位管理设备均为上述的水位管理设备，水位管理设备的通用性好，引流管1的固定管端11贯穿埋置于相应的进水侧田埂101和/或排水侧田埂102中。

本领域技术人员能够理解的是，本发明的农田灌溉排水系统可以仅包括灌水水位管理设备和排水水位管理设备中的一者，或者，本发明的农田灌溉排水系统还可以同时包括灌水水位管理设备和排水水位管理设备。并且，当农田灌溉排水系统仅包括灌水水位管理设备或排水水位管理设备时，灌水水位管理设备或排水水位管理设备为上述的水位管理设备；当农田灌溉排水系统同时包括灌水水位管理设备和排水水位管理设备时，灌水水位管理设备和排水水位管理设备中的一者或两者为上述的水位管理设备。

用于灌溉时，灌溉渠200中的水位应高于穿埋管16的入水口，穿埋管16要高于农田100的液面。用于排水时，农田100的液面要高于穿埋管16或与穿埋管16平齐，即不低于穿埋管16的外端，保证排水时农田里的水能顺利排出。

在图14至图19所示的具体实施例中，水位管理设备还包括：

灌溉渠200，形成在进水侧田埂101的外侧；和

排水渠300，形成在排水侧田埂102的外侧；

其中，在灌溉渠200一侧，灌溉渠200的液位高度不高于进水侧田埂101的田埂顶面A，农田100的土壤表面C、灌溉渠200的灌溉渠底面D和穿埋管16的埋置位置B(即图示的穿埋管16的中心轴线位置)依次增高，水位管理设备的排水管17位于农田100内；在排水渠300一侧，排水渠300的排水渠底面E、农田100的土壤表面C和穿埋管16的埋置位置B依次递增，农田灌溉排水装置的排水管17位于排水渠300内。

现有的大量水田中，灌溉渠200多是挨着田埂形成，或者说田埂为灌溉渠200的一个侧壁，田埂用于隔离农田水位与渠道水位，因而田埂顶面A位置最高，截流位置T2不低于田埂顶面A，自然也就高于灌溉渠200的液位高度，即具有较大控制裕量。本发明上述的水位管理设备可广泛应用于此类常见的农田水力系统中，结合灌排控制装置2、控制器模块4和水位检测模块3以控制排水管17，从而实现精确的自动化农田水位控制。

当然，本领域技术人员能够理解的是，当灌溉渠200与进水侧田埂101彼此独立，灌溉渠200的水位高度远高于进水侧田埂101的田埂顶面A时，此时需要加长排水管17的长度，使得在截流位置T2，自由管端12的端面位置不仅高于田埂顶面A，也要高于灌溉渠200的水位高度。或者更适宜地，采用包括穿埋管闸阀的灌排控制装置。

另外，本领域技术人员公知的是，关于穿埋管16的埋置位置B，在灌溉渠200一侧，埋置位置B应高于灌溉渠底面D且低于灌溉渠的液面，在排水渠300一侧，埋置位置B应高于农田土壤表面C且低于农田的液面。

以上仅为本发明的较佳实施方式而已，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、改进等改动均应包含在本发明的保护范围之内。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

此外，本发明的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明的思想，其同样应当视为本发明所公开的内容。

Claims (19)

1.一种水位管理设备，其特征在于，所述水位管理设备包括：

引流管(1)，包括用于固定安装的固定管端(11)和能够升降移动的自由管端(12)；和

灌排控制装置(2)，用于控制所述自由管端(12)在通流位置(T1)与截流位置(T2)之间切换；

其中，所述自由管端(12)的端面位置在所述通流位置(T1)不高于所述固定管端(11)的端面位置且在所述截流位置(T2)高于所述固定管端(11)的端面位置。

2.根据权利要求1所述的水位管理设备，其特征在于，所述水位管理设备还包括用于实时检测水位的水位检测模块(3)。

3.根据权利要求2所述的水位管理设备，其特征在于，所述水位管理设备还包括控制器模块(4)，所述控制器模块(4)配置为根据所述水位检测模块(3)的水位检测信号控制所述灌排控制装置(2)，以调节所述引流管(1)的自由管端(12)的端面位置。

4.根据权利要求3所述的水位管理设备，其特征在于，所述水位管理设备还包括为设备供电的太阳能模块(5)。

5.根据权利要求1～4中任意一项所述的水位管理设备，其特征在于，所述水位管理设备包括支撑架组件(6)，所述引流管(1)设置在所述支撑架组件(6)的内腔中，所述支撑架组件(6)包括：

管端装夹部(61)，用于装夹固定所述固定管端(11)；以及

功能模块安装部(62)，用于安装功能模块，所述功能模块至少包括所述灌溉控制装置(2)。

6.根据权利要求5所述的水位管理设备，其特征在于，所述支撑架组件(6)还包括底部插接桩脚(63)。

7.根据权利要求5所述的水位管理设备，其特征在于，所述支撑架组件(6)为L形框架并包括横向边框部和竖向边框部，所述固定管端(11)容纳于所述横向边框部的横向内腔中，所述自由管端(12)位于所述竖向边框部的竖向内腔中，所述横向边框部的外端部形成为所述管端装夹部(61)，所述竖向边框部的顶端形成为所述功能模块安装部(62)。

8.根据权利要求7所述的水位管理设备，其特征在于，所述横向边框部和竖向边框部均为长方体框架并由沿框架边线分布并相互连接的多根横向边杆和多根竖向边杆围箍成型。

9.根据权利要求7所述的水位管理设备，其特征在于，所述管端装夹部(61)包括横向间隔设置的第一管夹(611)和第二管夹(612)，所述第一管夹(611)和第二管夹(612)均包括对称安装于所述横向边框部的外端部且匹配卡合于所述引流管(1)的外管壁上的管夹半片。

10.根据权利要求7所述的水位管理设备，其特征在于，所述灌排控制装置(2)安装在所述竖向边框部的顶端并包括绕线轮(21)和驱动电机(22)，所述驱动电机(22)驱动所述绕线轮(21)旋转并通过所述绕线轮(21)上的绕线(211)牵引所述自由管端(12)升降移动。

11.根据权利要求7所述的水位管理设备，其特征在于，所述灌排控制装置(2)包括设置在所述自由管端(12)上方的电梯牵引平台和用于驱动所述电梯牵引平台沿所述竖向边框部的竖向内腔升降的电梯驱动机构，所述电梯牵引平台与所述自由管端(12)相连以牵引所述自由管端升降移动。

12.根据权利要求7所述的水位管理设备，其特征在于，所述灌排控制装置(2)包括设置在所述自由管端(12)下方的顶升平台和用于驱动所述顶升平台沿所述竖向边框部的竖向内腔升降的顶升驱动机构，所述顶升平台推动所述自由管端(12)升降移动。

13.根据权利要求7所述的水位管理设备，其特征在于，所述引流管(1)包括横向管段(13)和竖向管段(14)，所述横向管段(13)的外端为所述固定管端(11)，所述竖向管段(14)的顶端为所述自由管端(12)，所述竖向管段(14)的底端伸出有横向套接管(15)，所述横向套接管(15)套接于所述横向管段(13)的内端并能够围绕所述横向管段(13)的横向中心轴线枢转，所述灌排控制装置(2)包括用于驱动所述横向套接管(15)枢转的驱动电机。

14.根据权利要求1～4中任意一项所述的水位管理设备，其特征在于，所述灌排控制装置(2)包括：

驱动电机(22)；

牵引滑轮机构，包括滑轮组件(23)和缠绕所述滑轮组件(23)的牵引绳(24)，所述驱动电机(22)牵引所述牵引绳(24)的首端，所述牵引绳(24)的末端连接所述自由管端(12)；和

固定支架(8)，从所述固定管端(11)的周壁向上延伸，所述驱动电机(22)和所述牵引滑轮机构安装于所述固定支架(8)上。

15.根据权利要求14所述的水位管理设备，其特征在于，所述引流管(1)包括相互连接的穿埋管(16)和排水管(17)，所述穿埋管(16)作为所述固定管端(11)，所述排水管(17)的外端为所述自由管端(12)。

16.根据权利要求15所述的水位管理设备，其特征在于，所述穿埋管(16)为硬管，所述排水管(17)包括与所述穿埋管(16)相连的排水管连接端(171)、所述自由管端(12)以及连接于所述排水管连接端(171)与所述自由管端(12)之间的中间软管(172)。

17.根据权利要求15所述的水位管理设备，其特征在于，所述固定支架(8)包括：

竖向支撑杆(81)，从所述穿埋管(16)的外周壁向上伸出；

横向撑杆(82)，从所述竖向支撑杆(81)的顶端横向伸出并安装有所述牵引滑轮机构；以及

加强梁(83)，斜向连接在所述竖向支撑杆(81)与所述横向撑杆(82)之间。

18.根据权利要求16所述的水位管理设备，其特征在于，所述穿埋管(16)的两端的外周壁上套设有用于贴合安装在田埂的侧壁面上的定位隔板(9)；和/或

所述定位隔板(9)与所述穿埋管(16)的外周壁之间形成有轴向位置可调节的键槽连接结构。

19.一种农田灌溉排水系统，其特征在于，所述农田灌溉排水系统包括：

农田(100)，包括进水侧田埂(101)和排水侧田埂(102)；以及

设置在所述进水侧田埂(101)一侧的灌水水位管理设备和/或设置在所述排水侧田埂(102)一侧的排水水位管理设备；

其中，所述灌水水位管理设备和/或所述排水水位管理设备为根据权利要求1～18中任意一项所述的水位管理设备，所述引流管(1)的固定管端(11)贯穿埋置于相应的所述进水侧田埂(101)和/或排水侧田埂(102)中。

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