CN112005868A - 高效节水型自动农田改良系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够根据作物生长周期特点实时检测土壤墒情、空气湿度和风速等情况自动选择灌溉方式进行作物灌溉，同时通过地下渗水措施过滤土壤盐碱及重金属的一种高效节水型自动农田改良系统系统，由主控单元1、检测单元2、灌溉单元4、供水系统3、灌溉水管5以及排水系统组成，充分发挥出各种灌溉方式的优点，克服了作物长期采用滴灌方式引起的盐分积累对作物根区造成盐害，避免了因传统不良耕作灌溉和工业化过程造成的土壤盐碱化、重金属超标现象等危害，可广泛应用于现代化农林业自动灌溉和牧草、城市绿化等灌溉系统。

Description

高效节水型自动农田改良系统
技术领域
本发明属于土壤改良范畴，涉及一种农田改良系统，特别涉及到一种高效节水型自动农田改良系统系统。
背景技术
在我国部分农村由于长期不合理的耕作灌溉而引起的土壤盐渍化，以及发展相对不和谐的工业化进程等因素，导致农田重金属残留等危害，使土壤物理性质恶化，土壤高度离散，湿时膨胀，干时板结，通透性很差，严重妨碍作物的生长发育，甚至危及人畜健康和生命安全。
喷灌可以控制喷水量和灌水均匀性，避免地面灌时容易产生的地面径流和深层渗漏损失，相对传统的灌溉方式可以提高水利用效率，节约灌溉用水。具有增产、生工、省地、抑制病虫害和方便叶面施肥的优点，但同时也存在喷灌受风和空气湿度影响大，不适用作物授粉期等缺点；滴灌虽然克服了喷灌的缺点，但还存在着容易引起盐分积累和限制根系发展的缺点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够根据作物生长周期特点实时检测土壤墒情、空气湿度和风速等情况自动选择灌溉方式进行作物灌溉，同时通过地下渗水措施过滤土壤盐碱及重金属的一种高效节水型自动农田改良系统系统。
本发明一种高效节水型自动农田改良系统，由主控单元1、检测单元2、灌溉单元4、供水系统3、灌溉水管5以及排水系统组成，其特征在于：灌溉单元4通过灌溉水管5连接供水系统3，主控单元1采用信号线缆连接检测单元2，主控单元1采用控制线缆连接灌溉单元4和供水系统3，灌溉水管5和排水系统在耕土层以下根据作物耕作密度均匀埋设；排水系统由渗水管61、集水管62和集水井63组成，渗水管61与灌溉水管5并排交替敷设，末端连接集水管62，集水管62汇集到集水井63；
所述检测单元2由土壤水分传感器21、空气湿度传感器22和风速仪23组成，分别采用信号线缆连接到主控单元的信号输入端；
所述供水系统3由进水控制阀31、水肥罐32、过滤器33、增压泵34组成；所述进水控制阀31连接灌溉水源及水肥罐32，灌溉水经水肥罐32配入水肥后进入过滤器33过滤掉非水溶性的颗粒物，经增压泵34输入灌溉水管5；
所述灌溉单元4由喷灌装置41、电动三通阀42和滴灌装置43组成，滴灌装置43和喷灌装置41分别连接电动三通阀42的两个出水口，电动三通阀42的进水口连接灌溉水管5。
所述灌溉水管5采用耐腐蚀抗压材料制作，预埋在耕土层以下，在每个灌溉口的变径三通阀的出口处均连接灌溉单元4的电动三通阀42。
所述渗水管61采用耐腐蚀抗压材料制作，其断面呈椭圆状，上部半圆弧部分为多孔渗水区，下部U型段为接水区，预埋在耕土层以下，呈1‰~5‰的坡度低端连接集水管62，在多孔渗水区上部预先铺设一层砂砾渗水层后回填耕土。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步的描述：
图1为本发明地下管网布置示意图；
图2为本发明灌溉系统示意图；
图3为本发明渗水管断面示意图
图标符号说明：
1.主控单元； 2.检测单元； 3.供水系统；4.灌溉单元；5.灌溉水管；21.土壤水分传感器； 22.空气湿度传感器；23.风速仪； 31.进水控制阀； 32.水肥罐；33.过滤器；34.增压泵； 41.喷灌装置； 42.电动三通阀； 43. 滴灌装置；61.渗水管；62.集水管；63.集水井。
具体实施方式
根据附图，本发明一种高效节水型自动农田改良系统，由主控单元1、检测单元2、灌溉单元4、供水系统3、灌溉水管5以及排水系统组成，其特征在于：灌溉单元4通过灌溉水管5连接供水系统3，主控单元1采用信号线缆连接检测单元2，主控单元1采用控制线缆连接灌溉单元4和供水系统3，灌溉水管5和排水系统在耕土层以下根据作物耕作密度均匀埋设；排水系统由渗水管61、集水管62和集水井63组成，渗水管61与灌溉水管5并排交替敷设，末端连接集水管62，集水管62汇集到集水井63；
所述检测单元2由土壤水分传感器21、空气湿度传感器22和风速仪23组成，分别采用信号线缆连接到主控单元的信号输入端；
所述供水系统3由进水控制阀31、水肥罐32、过滤器33、增压泵34组成；所述进水控制阀31连接灌溉水源及水肥罐32，灌溉水经水肥罐32配入水肥后进入过滤器33过滤掉非水溶性的颗粒物，经增压泵34输入灌溉水管5；
所述灌溉单元4由喷灌装置41、电动三通阀42和滴灌装置43组成，滴灌装置43和喷灌装置41分别连接电动三通阀42的两个出水口，电动三通阀42的进水口连接灌溉水管5。
所述灌溉水管5采用耐腐蚀抗压材料制作，预埋在耕土层以下，在每个灌溉口的变径三通阀的出口处均连接灌溉单元4的电动三通阀42。
所述渗水管61采用耐腐蚀抗压材料制作，其断面呈椭圆状，上部半圆弧部分为多孔渗水区，下部U型段为接水区，预埋在耕土层以下，呈1‰~5‰的坡度低端连接集水管62，在多孔渗水区上部预先铺设一层砂砾渗水层后回填耕土。
在主控单元1中根据作物生长环节预设各阶段时间对土壤含水量需求；土壤水分传感器21插入作物生长土壤中，风速仪23和空气湿度传感器22安装于农作物大田上方且略高于农作物生长高度；当主控单元1通过检测单元2监测到土壤含水量低于预设阈值时，主控单元1继续检测风速仪23和空气湿度传感器22信号，同时对比所处时间与主控单元1预设农作物授粉生长期，当检测到此时满足下列三种条件之一或同时满足两种及以上条件时主控单元1向电动三通阀42发出控制信号打开供水系统3经过灌溉水管5与滴灌装置43的通道，然后打开进水控制阀31，对农作物进行滴灌灌溉：
风速在5.5～7.9m/s以上，
空气相对湿度低于30％～62%，
所灌溉农作物此时正处于授粉生长期；
当不能满足上述任何一种条件时，主控单元1向电动三通阀42发出控制信号打开供水系统3经过灌溉水管5与喷灌装置41的通道，然后打开进水控制阀31，对农作物进行喷灌灌溉；风速处于5.5～7.9m/s之间时系统灌溉方式选择条件闭锁风速判据条件，空气相对湿度处于于30％～62%之间时系统灌溉方式选择条件闭锁空气相对湿度判据条件。
所述灌溉水管5由干管和支管组成，每条干管上连接一组以上的支管；滴灌装置43和喷灌装置41以及电动三通阀42组成一组灌溉单元4，每条支管上安装一组以上的灌溉单元4。
所述水肥罐32设有根肥腔和叶面肥腔，并根据预设农作物生长周期控制向供水系统3注入水肥量和水肥成分，同时依据主控单元1的指令，当系统进行喷灌过程时，闭锁根肥注入供水系统3，当系统进行滴灌过程时，闭锁叶面肥注入供水系统3。
土壤中的盐碱及重金属成分随着灌水过程或雨水浇灌，向耕土层下方浸渗，经渗水管61然后经集水管63汇集到集水井63，集中排至水处理系统进行净化处理后回用。
本发明一种高效节水型自动农田改良系统能够根据作物生长周期特点实时检测土壤墒情、空气湿度和风速等情况自动选择灌溉方式进行作物灌溉的一种自动灌溉及土壤改良系统，充分发挥出各种灌溉方式的优点，克服了作物长期采用滴灌方式引起的盐分积累对作物根区造成盐害，克服传统不良耕作灌溉和工业化过程造成的土壤盐碱化、重金属超标现象等危害，以及由于滴灌只湿润部分土壤，加之作物的根系有向水性，引起作物根系集中向湿润区生长导致限制根系发展；避免了采用喷灌过程中因风速过高造成吹散水滴降低灌溉均匀度及水资源浪费和空气湿度过低时，蒸发损失加大。合理利用水资源，同时减少了作物授粉期因喷灌造成的授粉障碍等缺点。可广泛应用于现代化农林业自动灌溉和牧草、城市绿化等灌溉系统。

Claims (5)

1.高效节水型自动农田改良系统，由主控单元1、检测单元2、灌溉单元4、供水系统3、灌溉水管5以及排水系统组成，其特征在于：灌溉单元4通过灌溉水管5连接供水系统3，主控单元1采用信号线缆连接检测单元2，主控单元1采用控制线缆连接灌溉单元4和供水系统3，灌溉水管5和排水系统在耕土层以下根据作物耕作密度均匀埋设；排水系统由渗水管61、集水管62和集水井63组成，渗水管61与灌溉水管5并排交替敷设，末端连接集水管62，集水管62汇集到集水井63；
所述检测单元（2）由土壤水分传感器（21）、空气湿度传感器（22）和风速仪（23）组成，分别采用信号线缆连接到主控单元（1）的信号输入端；
所述供水系统（3）由进水控制阀（31）、水肥罐(32)、过滤器（33）、增压泵（34）组成；所述进水控制阀（31）连接灌溉水源及水肥罐（32），灌溉水经水肥罐（32）配入水肥后进入过滤器（33）过滤掉非水溶性的颗粒物，经增压泵（34）输入灌溉水管（5）；
所述灌溉单元（4）由喷灌装置（41）、电动三通阀（42）和滴灌装置（43）组成，滴灌装置（43）和喷灌装置（41）分别连接电动三通阀（42）的两个出水口，电动三通阀（42）的进水口连接灌溉水管（5）；
所述灌溉水管（5）采用耐腐蚀抗压材料制作，预埋在耕土层以下，在每个灌溉口的变径三通阀的出口处均连接灌溉单元（4）的电动三通阀（42）；
所述渗水管61采用耐腐蚀抗压材料制作，其断面呈椭圆状，上部半圆弧部分为多孔渗水区，下部U型段为接水区，预埋在耕土层以下，呈1‰~5‰的坡度低端连接集水管62，在多孔渗水区上部预先铺设一层砂砾渗水层后回填耕土。
2.根据权利要求1所述的高效节水型自动农田改良系统，其特征在于：在主控单元（1）中根据作物生长环节预设各阶段时间对土壤含水量需求；土壤水分传感器（21）插入作物生长土壤中，风速仪（23）和空气湿度传感器（22）安装于农作物大田上方且略高于农作物生长高度；当主控单元（1）通过检测单元（2）监测到土壤含水量低于预设阈值时，主控单元（1）继续检测风速仪（23）和空气湿度传感器（22）信号，同时对比所处时间与主控单元（1）预设农作物授粉生长期，当检测到此时满足下列三种条件之一或同时满足两种及以上条件时主控单元（1）向电动三通阀（42）发出控制信号打开供水系统（3）经过灌溉水管（5）与滴灌装置（43）的通道，然后打开进水控制阀（31），对农作物进行滴灌灌溉：
风速在5.5～7.9m/s以上，
空气相对湿度低于30％～62%，
所灌溉农作物此时正处于授粉生长期；
当不能满足上述任何一种条件时，主控单元（1）向电动三通阀（42）发出控制信号打开供水系统（3）经过灌溉水管（5）与喷灌装置（41）的通道，然后打开进水控制阀（31），对农作物进行喷灌灌溉；
当风速处于5.5～7.9m/s之间时系统灌溉方式选择条件闭锁风速判据条件，空气相对湿度处于于30％～62%之间时系统灌溉方式选择条件闭锁空气相对湿度判据条件。
3.根据权利要求1所述的高效节水型自动农田改良系统，其特征在于：所述灌溉水管（5）由干管和支管组成，每条干管上连接一组以上的支管；滴灌装置（43）和喷灌装置（41）以及电动三通阀（42）组成一组灌溉单元（4），每条支管上安装一组以上的灌溉单元（4）。
4.根据权利要求1所述的高效节水型自动农田改良系统，其特征在于：所述水肥罐（32）设有根肥腔和叶面肥腔，并根据预设农作物生长周期控制向供水系统（3）注入水肥量和水肥成分，同时依据主控单元（1）的指令，当系统进行喷灌过程时，闭锁根肥注入供水系统（3），当系统进行滴灌过程时，闭锁叶面肥注入供水系统（3）。
5.根据权利要求1所述的高效节水型自动农田改良系统，其特征在于：所述渗水管61采用耐腐蚀抗压材料制作，其断面呈椭圆状，上部半圆弧部分为多孔渗水区，下部U型段为接水区，预埋在耕土层以下，呈1‰~5‰的坡度低端连接集水管62，在多孔渗水区上部预先铺设一层砂砾渗水层后回填耕土。
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