CN112195907B - 一种仿生树状水土保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种多雨地区用仿生树状水土保护装置及一种干旱地区用仿生树状水土保护装置。上述多雨地区用仿生树状水土保护装置中利用集水树杆将雨水导入仿生树干中后再利用积水活塞将雨水放入并密封于仿生树干底部，从而借助毛细管根上浸润孔保持土壤中湿度。上述干旱地区用仿生树状水土保护装置中利用第一导沙管将地表风导向高处，从而避免地表风对泥沙、土壤的搬运效果。

Description

一种仿生树状水土保护装置

技术领域

本发明涉及水土流失技术领域，尤其涉及一种仿生树状水土保护装置。

背景技术

据第一次全国水利普查成果，我国水土流失面积达294.91万平方公里，占国土总面积的30.72％，严重的水土流失会破坏耕地资源，降低土地生产力，危及国家粮食安全、生态安全和防洪安全。

研究发现，产生水土流失的主要原因是过度降水和风力搬运两大自然作用。如多雨地区，在持续水冲击的条件下，由于暴雨动能大，溅蚀力强，其对于疏松地表的冲刷会造成大量的水土流失，使得土壤表层土质发生脱落；而部分地区的年平均降水量较少，土壤湿度不足以控制整个地区的土壤固态化，导致在较为微小的风力作用下，产生非常明显的土壤搬运效果，成为水土流失的另一主因，在这些地区，土壤条件恶劣，树木难以存活，导致水土流失问题无法被解决，造成恶性循环。

调研发现，植被的多种生理结构在治理水土流失方面有着举足轻重的作用。从宏观的植被分布来看，植被斑块尺度形成的土堆效应和树木的群落分布能够在一定程度上减少水土流失；从微观的植物结构来说，植物的根系、树干、枝干等多种生理结构能够加固土壤，有效解决水土流失问题。

根据以上问题和相关研究思路，本申请着眼设计出一种具有低成本、低损坏率仿生树状水土保护装置，以有效解决水土流失问题。

发明内容

针对上述问题，现提供一种仿生树状水土保护装置，旨在有效解决水土流失问题。

具体技术方案如下：

本发明的第一个方面是提供一种多雨地区用仿生树状水土保护装置，具有这样的特征，包括：

顶部设有开口的中空状仿生树干，仿生树干的顶部设有集雨盘，仿生树干内设有积水活塞；

多个集水树杆，集水树杆的一端穿过集雨盘侧壁并延伸至集雨盘内；

多根导水管，导水管的一端穿过集雨盘侧壁并延伸至集雨盘内，导水管的另一端沿仿生树干侧壁螺旋延伸至仿生树干的底部；以及

用于将仿生树干根植于地表的仿生根系，仿生根系中毛细管根的一端穿入仿生树干并与仿生树干连通，且毛细管根上设有浸润孔；

其中，当雨水天时雨水汇入仿生树干中并下压积水活塞，积水活塞下行并使雨水汇入仿生树干底部后积水活塞上行并复位。

上述的仿生树状水土保护装置，还具有这样的特征，集水树杆的另一端上设有集水叶片。

上述的仿生树状水土保护装置，还具有这样的特征，仿生根系还包括结构根、地表根，结构根的一端设于仿生树干上，结构根的另一端向下延伸，地表根的一端设于仿生树干上，地表根的另一端以仿生树干为轴心向外辐射。

上述的仿生树状水土保护装置，还具有这样的特征，保护装置还包括：

传动齿轮，传动齿轮转动连接于仿生树干上；

传动齿条，传动齿条通过传动杆连接于积水活塞上，传动齿条与传动齿轮啮合连接；以及

复位簧，复位簧的一端设于仿生树干上，复位簧的另一端连接于积水活塞上；

其中，当雨水天时雨水汇入仿生树干中并下压积水活塞，积水活塞下行并使雨水汇入仿生树干底部后积水活塞在复位簧所用下上行并复位。

上述方案的有益效果是：

本发明提供的多雨地区用仿生树状水土保护装置中利用集水树杆将雨水导入仿生树干中后再利用积水活塞将雨水放入并密封于仿生树干底部，从而借助毛细管根上浸润孔保持土壤中湿度。

本发明的第二个方面是提供一种干旱地区用仿生树状水土保护装置，具有这样的特征，包括：

顶部设有开口的中空状仿生树干，仿生树干的顶部设有集水盘；

多个阻沙板，阻沙板竖直设于仿生树干上，导沙条相对远离仿生树干的一端至相对靠近仿生树干的另一端呈由高到低的倾斜设置；

多个“人”字状的第一导沙管，第一导沙管设于仿生树干上，第一导沙管包括第一导沙支管及第二导沙支管，第一导沙支管的一端呈水平状，第一导沙支管的另一端向上弯曲并延伸至阻沙板底部，第二导沙支管的一端与第一导沙支管中部连通，且第二导沙支管的另一端向远离阻沙板方向向下弯曲延伸；以及

用于将仿生树干根植于地表的仿生根系，仿生根系中毛细管根的一端穿入仿生树干并与仿生树干连通，且毛细管根的底部呈开口状。

上述的仿生树状水土保护装置，还具有这样的特征，保护装置还包括多个“人”字状的第二导沙管，第二导沙管设于仿生树干上第一导沙管的下方，第二导沙管包括第三导沙支管及第四导沙支管，第三导沙支管的一端呈水平状，第三导沙支管的另一端向上弯曲延伸，第四导沙支管的一端与第三导沙支管中部连通，第四导沙支管的另一端向远离第一导沙管方向向下弯曲延伸。

上述的仿生树状水土保护装置，还具有这样的特征，仿生根系还包括结构根，结构根的一端设于仿生树干上，结构根的另一端向下延伸。

本发明提供的干旱地区用仿生树状水土保护装置中利用第一导沙管将地表风导向高处，从而避免地表风对泥沙、土壤的搬运效果。

附图说明

图1为本发明的实施例1中提供的仿生树状水土保护装置的结构示意图；

图2为本发明的实施例1中提供的仿生树状水土保护装置的部分分解结构示意图；

图3为本发明的实施例2中提供的仿生树状水土保护装置的结构示意图。

附图中：11、仿生树干；12、集雨盘；13、积水活塞；14、集水树杆；15、导水管；16、毛细管根；17、集水叶片；18、结构根；19、地表根；110、传动齿轮；111、传动齿条；112、传动杆；21、仿生树干；22、集水盘；23、阻沙板；24、导沙条；25、第一导沙支管；26、第二导沙支管；27、毛细管根；28、第三导沙支管；29、第四导沙支管；210、结构根。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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的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。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

实施例1

图1为本发明的实施例1中提供的仿生树状水土保护装置的结构示意图；图2为本发明的实施例1中提供的仿生树状水土保护装置的部分分解结构示意图。如图1和图2所示，本实施例中提供的多雨地区用仿生树状水土保护装置包括：顶部设有开口的中空状仿生树干11，仿生树干11的顶部设有集雨盘12，仿生树干11内设有积水活塞13；多个集水树杆14，集水树杆14的一端穿过集雨盘12侧壁并延伸至集雨盘12内；多根导水管15，导水管15的一端穿过集雨盘12侧壁并延伸至集雨盘12内，导水管15的另一端沿仿生树干11侧壁螺旋延伸至仿生树干11的底部；以及用于将仿生树干11根植于地表的仿生根系，仿生根系中毛细管根16的一端穿入仿生树干11并与仿生树干11连通，且毛细管根16上设有浸润孔(图中未显示)。

本发明中仿生树干11中相对位于上方的上段树干段及相对位于下方的下段树干段可均呈圆筒状，且下段树干段内径大于上段树干段内径，这样即可将积水活塞13设置于上段树干段内。

本发明中集雨盘12及集水树杆14的设计可部分降低雨水对地表的直接溅蚀，且集雨盘12及集水树杆14还可将雨水汇入仿生树干11中，随着仿生树杆11内雨水的逐渐增加雨水下压积水活塞13并将积水活塞13推入下段树干段中，此时雨水泄入下段树干段中，随后积水活塞13上行并复位，从而将雨水储存并密封于下段树干段及毛细管根16中，以防止雨水经仿生树干11顶部开口快速挥发。本发明中当连续晴天时储存并密封于下段树干段及毛细管根16中的雨水可经毛细管根16上的细小浸润孔挥发进入土壤中，以保持土壤中湿度。

本发明中为降低雨水对地表土壤的冲击作用，故将导水管15的一端延伸至集雨盘12内，以将集雨盘12中汇集的雨水导入地表。为进一步降低雨水流速，减少雨水对土壤的冲刷作用，本发明中导水管15的另一端沿仿生树干11侧壁螺旋延伸至仿生树干11的底部，从而通过延长导水管15长度以降低雨水速度。

具体的，本发明中仿生根系还包括结构根18、地表根19，结构根18的一端设于仿生树干11上，结构根18的另一端向下延伸，地表根19的一端设于仿生树干11上，地表根19的另一端以仿生树干11为轴心向外辐射，本发明中分别通过结构根18及地表根19实现对仿生树干11竖向及环向方向上的固定。

具体的，本发明提供的仿生树状水土保护装置中还包括：传动齿轮110，传动齿轮110转动连接于仿生树干11上；传动齿条111，传动齿条111通过传动杆112连接于积水活塞13上，传动齿条111与传动齿轮110啮合连接；以及复位簧(图中未显示)，复位簧的一端设于仿生树干11上，复位簧的另一端连接于积水活塞13上，本发明中当雨水汇入仿生树干11中并将积水活塞13推入下段树干段中后，积水活塞13下行并使雨水泄入仿生树干11底部，随后积水活塞13再复位簧作用下上行并复位。

于上述技术方案基础上，进一步的，本实施例提供的仿生树状水土保护装置中集水树杆14的另一端上还设有勺状的集水叶片17，以增加集水面积。

实施例2

图3为本发明的实施例2中提供的仿生树状水土保护装置的结构示意图。如图3所示，本发明的实施例中提供的干旱地区用仿生树状水土保护装置包括：顶部设有开口的中空状仿生树干21，仿生树干21的顶部设有集水盘22；多个阻沙板23，阻沙板23竖直设于仿生树干21上，本发明中阻沙板的底部设有导沙条24，且导沙条24相对远离仿生树干21的一端至相对靠近仿生树干21的另一端呈由高到低的倾斜设置；多个“人”字状的第一导沙管，第一导沙管设于仿生树干21上，第一导沙管包括第一导沙支管25及第二导沙支管26，第一导沙支管25的一端呈水平状，第一导沙支管25的另一端向上弯曲并延伸至阻沙板23底部，第二导沙支管26的一端与第一导沙支管25中部连通，且第二导沙支管26的另一端向远离阻沙板23方向向下弯曲延伸；以及用于将仿生树干21根植于地表的仿生根系，仿生根系中毛细管根27的一端穿入仿生树干21并与仿生树干21连通，且毛细管根27的底部呈开口状。

本发明中通过设置集水盘22以将少量雨水收集并汇入仿生树干21中，从而利用毛细管根27底部的开口将雨水泄入地表土壤中。本发明中还可考虑以金属制成集水盘22，从而利用集水盘22冷凝水汽并汇入仿生树干21中。

本发明中通过设置阻沙板23(阻沙板23上设有导风孔，以使地表风中气流通过并滤除地表风中沙粒)以增大近地表风的运动阻力，从而降低风沙流的速度并促使风沙流中的沙粒沉积于阻沙板23上。由于沉积沙粒自身的流动性沙粒向下流动，此时由于导沙条24的阻隔及导向作用，沙粒流向仿生树干21表面，并最终经仿生树干21表面流向仿生树干21根部。本发明中通过设置导沙条24以防止沙粒直接掉落并融入风中。

本发明中通过进一步设置第一导沙管以利用向上弯曲设置的第一导沙支管25将地表风导向高处(以避免地表风对地表的侵蚀)，从而降低风速的同时还可借助地表风风向的改变使地表风中沙粒沉积并经第二导沙支管26汇出后再经仿生树干21表面沉积于仿生树干21根部。本发明中第一导沙支管25末端开口可由阻沙板23分隔开，这样当阻沙板23上沉积沙粒较多时两侧阻沙板23上部分沙粒还可依次经第一导沙支管25、第二导沙支管26及仿生树干21表面导向仿生树干21根部。

具体的，本发明中仿生根系还包括结构根210，结构根210的一端设于仿生树干21上，结构根210的另一端向下延伸，本发明中利用结构根210实现对仿生树干21竖向方向上的固定。

于上述技术方案基础上，进一步的，本实施例提供的仿生树状水土保护装置中还包括多个“人”字状的第二导沙管，第二导沙管设于仿生树干21上第一导沙管的下方，第二导沙管包括第三导沙支管28及第四导沙支管29，第三导沙支管28的一端呈水平状，第三导沙支管28的另一端向上弯曲延伸，第四导沙支管29的一端与第三导沙支管28中部连通，第四导沙支管29的另一端向远离第一导沙管方向向下弯曲延伸，本发明中通过设置第二导沙管以利用向上弯曲设置的第三导沙支管28将地表风导向高处，从而借助地表风方向的改变使地表风中沙粒沉积并经第四导沙支管29汇出并沉积于仿生树干21根部。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种仿生树状水土保护装置，其特征在于，包括：

顶部设有开口的中空状仿生树干（11），所述仿生树干（11）的顶部设有集雨盘（12），所述仿生树干（11）内设有积水活塞（13）；

多个集水树杆（14），所述集水树杆（14）的一端穿过所述集雨盘（12）侧壁并延伸至所述集雨盘（12）内；

多根导水管（15），所述导水管（15）的一端穿过所述集雨盘（12）侧壁并延伸至所述集雨盘（12）内，所述导水管（15）的另一端沿所述仿生树干（11）侧壁螺旋延伸至所述仿生树干（11）的底部；

用于将所述仿生树干（11）根植于地表的仿生根系，所述仿生根系包括毛细管根（16）、结构根（18）、地表根（19），所述毛细管根（16）的一端穿入所述仿生树干（11）并与所述仿生树干（11）连通，且所述毛细管根（16）上设有浸润孔，所述结构根（18）的一端设于所述仿生树干（11）上，所述结构根（18）的另一端向下延伸，所述地表根（19）的一端设于所述仿生树干（11）上，所述地表根（19）的另一端以所述仿生树干（11）为轴心向外辐射；

传动齿轮（110），所述传动齿轮（110）转动连接于所述仿生树干（11）上；

传动齿条（111），所述传动齿条（111）通过传动杆（112）连接于所述积水活塞（13）上，所述传动齿条（111）与所述传动齿轮（110）啮合连接；以及

复位簧，所述复位簧的一端设于所述仿生树干（11）上，所述复位簧的另一端连接于所述积水活塞（13）上；

其中，当雨水天时雨水汇入所述仿生树干（11）中并下压所述积水活塞（13），所述积水活塞（13）下行并使雨水汇入所述仿生树干（11）底部后所述积水活塞（13）在所述复位簧所用下上行并复位。

2.根据权利要求1所述的仿生树状水土保护装置，其特征在于，所述集水树杆（14）的另一端上设有集水叶片（17）。

3.一种仿生树状水土保护装置，其特征在于，包括：

顶部设有开口的中空状仿生树干（21），所述仿生树干（21）的顶部设有集水盘（22）；

多个阻沙板（23），所述阻沙板（23）竖直设于所述仿生树干（21）上，所述阻沙板的底部设有导沙条（24），所述导沙条（24）相对远离所述仿生树干（21）的一端至相对靠近所述仿生树干（21）的另一端呈由高到低的倾斜设置；

多个“人”字状的第一导沙管，所述第一导沙管设于所述仿生树干（21）上，所述第一导沙管包括第一导沙支管（25）及第二导沙支管（26），所述第一导沙支管（25）的一端呈水平状，所述第一导沙支管（25）的另一端向上弯曲并延伸至所述阻沙板（23）底部，所述第二导沙支管（26）的一端与所述第一导沙支管（25）中部连通，且所述第二导沙支管（26）的另一端向远离所述阻沙板（23）方向向下弯曲延伸；以及

用于将所述仿生树干（21）根植于地表的仿生根系，所述仿生根系中毛细管根（27）的一端穿入所述仿生树干（21）并与所述仿生树干（21）连通，且所述毛细管根（27）的底部呈开口状。

4.根据权利要求3所述的仿生树状水土保护装置，其特征在于，所述保护装置还包括多个“人”字状的第二导沙管，所述第二导沙管设于所述仿生树干（21）上所述第一导沙管的下方，所述第二导沙管包括第三导沙支管（28）及第四导沙支管（29），所述第三导沙支管（28）的一端呈水平状，所述第三导沙支管（28）的另一端向上弯曲延伸，所述第四导沙支管（29）的一端与所述第三导沙支管（28）中部连通，所述第四导沙支管（29）的另一端向远离所述第一导沙管方向向下弯曲延伸。

5.根据权利要求3或4所述的仿生树状水土保护装置，其特征在于，所述仿生根系还包括结构根（210），所述结构根（210）的一端设于所述仿生树干（21）上，所述结构根（210）的另一端向下延伸。

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