CN113661900B

CN113661900B - 一种田间灌溉温控一体化系统及其使用方法

Info

Publication number: CN113661900B
Application number: CN202110895021.4A
Authority: CN
Inventors: 崔金涛; 王羿; 邵光成; 王卫光; 侬文莲; 王小军
Original assignee: Hohai University HHU
Current assignee: Hohai University HHU
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2041-08-04
Also published as: CN113661900A

Abstract

本发明公开了一种田间灌溉温控一体化系统及其使用方法，包括渗灌系统与温控系统，所述的渗灌系统包括与灌溉泵房连通的干管，所述干管上连接有多根分干管，多根分干管的末端均连接有循环管，所述的循环管与温控泵房连接，每根分干管上均间隔连接有多根支管，每根支管的两侧均连接有多根温控管，所述温控管的另一端分别与温控送水管连接，温控送水管的末端与温控泵房连接，温控送水管、温控管、支管、分干管、循环管与温控泵房构成温控系统。本发明与渗灌系统管道相结合，能够实现调节土壤温度，缓解极端天气下土壤温度异常变化；温控系统不限时间与地点，能更好适应作物生长周期对温度的需求以及克服极端天气或气候对土壤温度的影响。

Description

一种田间灌溉温控一体化系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种田间渗灌系统及使用方法，尤其涉及一种田间灌溉温控一体化系统及其使用方法。

背景技术

水、肥、气、热是作物生长发育过程中不可缺少的关键因素。不同作物对温度的敏感性不同，同种作物不同生育期对温度的要求也不尽相同，因此，对土壤温度适时的调节能够更好满足作物生长需要；同时，在面对极端天气或者气候不适宜作物生长时，可通过调节土壤温度改变土壤水分及其他各项指标的温度，从而使土壤温度适宜作物生长。

现有的作物温度调节主要通过调节空气温度，一般采用温室大棚或者对地表采用覆盖地膜的方式的保温。当遇到高温天气或者长时间的高温气候时，温室大棚中作物由于温度过高，不适宜作物进行生长，同时，高温也会增大作物蒸腾和土壤水分蒸发，对节水灌溉是不利的；当遇到寒冷天气或者北方寒冷气候时，土壤中的水分结冰对作物生长是及其不利的，地膜覆盖不能应对寒冷气候下的生长条件，同时地膜属于一次性塑料产品，对土壤和生态环境会造成破坏。温室大棚虽能应对寒冷天气，但通常对大棚内空气温度影响较大，对土壤温度影响有限；同时东北冻土区一般需要在大棚中外接加热设备，投资和后期维护费用较高，不宜长期使用。

发明内容

发明目的：本发明目的是提供一种田间灌溉温控一体化系统及其使用方法，在不显著增加田间投资的情况下，借助传统的灌溉网路，通过新增温控系统来增加其调节土壤温度的功能，以缓解极端天气下土壤温度异常变化的情况。

技术方案：本发明包括渗灌系统与温控系统，所述的渗灌系统包括与灌溉泵房连通的干管，所述干管上连接有多根分干管，多根分干管的末端均连接有循环管，所述的循环管与温控泵房连接，每根分干管上均间隔连接有多根支管，每根支管的两侧均连接有多根温控管，所述温控管的另一端分别与温控送水管连接，温控送水管的末端与温控泵房连接，温控送水管、温控管、支管、分干管、循环管与温控泵房构成温控系统。

所述的温控管内间隔设有多个渗头，每个渗头一旁均设有弹片开关，渗头上设有渗头凸起，渗头凸起上设有渗头进水口。

所述的弹片开关包括止水弹片，止水弹片内侧开有止水弹片凹槽，所述的止水弹片凹槽能够与渗头凸起配合，止水弹片底部设有弹性橡胶，所述的弹性橡胶固定在温控管上。

所述的分干管与循环管的连接处设有温控阀门。

所述的干管与分干管的连接处设有阀门。

所述的温控送水管上安装有多个温控阀门。

所述的干管、分干管、温控送水管与循环管均埋设在地下，支管与温控管设在地表。

所述的温控泵房与温控水箱连接，所述的温控水箱依次与进水池及前池连接。

所述的灌溉泵房依次与进水池及前池连接，前池、进水池、灌溉泵房由常规渗灌系统设计而成。

一种田间灌溉温控一体化系统的使用方法，包括以下步骤：

(1)灌溉时

1)关闭温控送水管与循环管上的温控阀门；

2)打开灌溉泵房，将水流从进水池中抽入干管中；

3)水流按照干管-分干管-支管-温控管-田间的顺序完成灌溉步骤；

(2)温控时

1)将温控水箱中的循环水调节到所需温度；

2)关闭干管上的阀门，根据调控需要，开启温控送水管与循环管上的温控阀门；

3)打开温控泵房，将水从温控水箱中抽取到温控送水管中；

4)水流按照温控送水管-温控管-支管-分干管-循环管-温控水箱的顺序循环流动，实现土壤温度调控。

有益效果：本发明与渗灌系统管道相结合，能够实现调节土壤温度，缓解极端天气下土壤温度异常变化；温控系统不限时间与地点，能更好适应作物生长周期对温度的需求以及克服极端天气或气候对土壤温度的影响；温控系统采用管道循环水的形式进行土壤温度调节，运行过程不产生污染，并且温控管结构有一定耐久性，结构简单，温控系统安装时直接将管网并入渗灌系统，安装简单，不需要特殊技术工人，能够减少安装成本。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的渗灌、温控状态水流流向图；

图3为本发明的温控管结构示意图；

图4为本发明的渗头与弹片开关结构示意图；

图5为本发明弹片开关的多种状态示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步说明。

如图1所示，本发明包括前池1和进水池2，进水池2分别与渗灌系统及温控系统连接，其中，渗灌系统包括灌溉泵房3和若干个灌溉单元，多个灌溉单元呈矩形阵列分布，前池1、进水池2、灌溉泵房3由常规渗灌系统设计而成。灌溉泵房3与干管4连通，干管4上垂直连接有多根分干管5，多根分干管5的末端均与循环管9连接，循环管9与温控泵房10连接。分干管5与循环管9的连接处设有温控阀门12，干管4与分干管5的连接处设有阀门13。每根分干管5上均间隔垂直连接有多根支管6，每根支管6的两侧均垂直连接有多根温控管7，支管6与其上连接的多根温控管7组成一个灌溉单元，干管4、分干管5、支管6完成渗灌系统输水过程。温控管7的另一端分别与温控送水管8连接，温控送水管8末端与温控泵房10连接，温控泵房10由抽水泵房、冷水池、热水池组成，温控泵房10与温控水箱11连接，温控送水管8、温控管7、支管6、分干管5、循环管9、温控泵房10与温控水箱11组成温控循环系统，温控送水管8上安装有多个温控阀门12。

干管4、分干管5、温控送水管8、循环管9、支管6与温控管7设在地下10-20cm。如图3所示，每根温控管7内均间隔设有多个渗头302，每个渗头302一旁均熔接有弹片开关301，弹片开关301由柔性橡胶材料制作，熔接在温控管7上。温控管7可通过渗灌灌溉也可通过温控泵房10送水调节土壤温度；温控管7在灌溉时可正常出水，在温控状态调节土壤温度时，水流在温控管7、支管6、分干管5、循环管9以及温控送水管8内循环。

温控管7对应渗灌系统中的毛管，为温控系统的终端，每条温控管7长度为50m，两端分别通过三通管连接支管6与温控送水管8，温控管7上的弹片开关301安装在渗头302旁边5mm的位置，熔接在温控管7上，土壤温控时使水能够封闭在温控管道内循环，渗灌状态时，水流能正常从渗头302流出。

如图4所示，弹片开关301包括止水弹片401、止水弹片凹槽402、渗头凸起403、弹性橡胶404、渗头进水口405，每个渗头302上均设有多个渗头进水口405。本系统采用直径为16mm、渗头间距为500mm的贴片式渗灌带。止水弹片为401为矩形结构，材质为橡胶，能够轻微变形，内侧开有止水弹片凹槽402，止水弹片凹槽402与渗头凸起403形式相同，为矩形开槽，止水弹片凹槽402四周大于渗头凸起403四周1mm，止水弹片凹槽402深度刚好与渗头凸起403相同，为1mm，能够保证在止水弹片401压在渗头302上时不发生左右晃动，增加弹片开关301的止水密封性能，止水弹片401厚度2mm。弹性橡胶404通过熔接固定在温控管7上，宽度与渗头302同宽，每个渗头302旁边5mm处熔接一个弹片开关301，弹性橡胶404与止水弹片401同样通过熔接连接，弹性橡胶404能够发生弹性形变，弹性形变范围能够使止水弹片401变化范围从关闭渗头302的-90°到开启渗头302的+90°，保证了温控状态或渗灌能够随意切换。

如图5所示为弹片开关301的状态图，温控状态(关闭状态)501，此时水流方向由图中右侧流向左侧，水流持续作用在止水弹片401上，由于水力作用，止水弹片401覆盖在渗头302上表面，止水弹片凹槽402与渗头凸起403相契合，保证弹片开关301密封性的同时使弹片开关301与水流方向相平行，减少水头损失；渗灌状态(开启状态)502，水流方向由图中左侧流向右侧，水流的持续作用，能够使止水弹片401在运行过程中持续处于水平状态即与水流方向相平行，尽可能保证温控管7水流流态与压力的稳定。无压状态503为以上两个状态的中间态，也是管道内不存在流动水压力时的状态，此时弹性橡胶404不发生形变，为原始状态。当系统由渗灌状态502转换到温控状态501时，止水弹片401由与水流平行状态回弹到无压状态503的垂直水流方向状态，而后止水弹片401会受水流作用被压在渗头302上实现温控操作。

如图2所示的渗灌、温控状态水流流向图，当水流按灌溉泵房3-干管4-分干管5-支管6-温控管7的顺序正向流动时，此时需要关闭安装在分干管5与温控送水管8上的温控阀门12，打开安装在干管4上的阀门13，防止渗灌水循环或者回流造成压力损失，保证渗灌过程正常运行，此时，温控管7内部的弹片开关301偏向渗头302的另一侧，渗头302暴露在水流中，温控管7可正常出水实现灌溉；当水流按温控泵房10-温控送水管8-温控管7-支管6-分干管5-循环管9的顺序逆向流动时，此时需要关闭干管4上的阀门13，开启分干管5与温控送水管8上的温控阀门12，弹片开关301偏向渗头302一侧，由于恒定水压力弹片开关301被持续压在渗头302上，封闭了渗头302上的渗头进水口405，此时温控管7不能正常出水，从而保证水流在管道内循环运行，实现温控操作。当需要调节温控温度时，温控水箱11为普通塑料水箱，水箱内含有一套加热与制冷装置，用来调节温控水温。当系统运作时，无论是在渗灌状态还是在温控状态，弹片开关301始终与水流方向平行，尽可能减少管道内部水流损失，保证管道内水流流态与压力稳定；当系统处于无压状态静置时，弹片开关301处于竖直状态，垂直于水流方向。

本发明的具体使用方法：(1)灌溉时

1)关闭温控送水管8与循环管9上的温控阀门12；

2)打开灌溉泵房3中的水泵机组，将水流从进水池2中抽入干管4中；

3)水流按照干管4-分干管5-支管6-温控管7-田间的顺序完成灌溉步骤。

(2)温控时

1)根据作物生育期或者气候需要，通过温控水箱11中的加热或制冷模块将温控水箱11中的循环水调节到所需温度；

2)关闭干管上的阀门13，根据调控需要，开启温控送水管8与循环管9上的温控阀门12；

3)打开温控泵房10的水泵机组，将适宜温度的水从温控水箱11中抽取到温控送水管8中；

4)水流按照温控水箱11-温控送水管8-温控管7-支管6-分干管5-循环管9-温控水箱11的顺序循环流动，实现土壤温度调控。

Claims

1.一种田间灌溉温控一体化系统，其特征在于，包括渗灌系统与温控系统，所述的渗灌系统包括与灌溉泵房（3）连通的干管（4），所述干管（4）上连接有多根分干管（5），多根分干管（5）的末端均连接有循环管（9），所述的循环管（9）与温控泵房（10）连接，每根分干管（5）上均间隔连接有多根支管（6），每根支管（6）的两侧均连接有多根温控管（7），所述温控管（7）的另一端分别与温控送水管（8）连接，温控送水管（8）的末端与温控泵房（10）连接，温控送水管（8）、温控管（7）、支管（6）、分干管（5）、循环管（9）与温控泵房（10）构成温控系统；

所述的温控管（7）内间隔设有多个渗头（302），每个渗头（302）一旁均设有弹片开关（301），渗头（302）上设有渗头凸起（403），渗头凸起（403）上设有渗头进水口（405）；

所述的弹片开关（301）包括止水弹片（401），止水弹片（401）内侧开有止水弹片凹槽（402），所述的止水弹片凹槽（402）能够与渗头凸起（403）配合，止水弹片（401）底部设有弹性橡胶（404），所述的弹性橡胶（404）固定在温控管（7）上。

2.根据权利要求1所述的一种田间灌溉温控一体化系统，其特征在于，所述的分干管（5）与循环管（9）的连接处设有温控阀门（12）。

3.根据权利要求1所述的一种田间灌溉温控一体化系统，其特征在于，所述的干管（4）与分干管（5）的连接处设有阀门（13）。

4.根据权利要求1所述的一种田间灌溉温控一体化系统，其特征在于，所述的温控送水管（8）上安装有多个温控阀门（12）。

5.根据权利要求1所述的一种田间灌溉温控一体化系统，其特征在于，所述的干管（4）、分干管（5）、温控送水管（8）与循环管（9）均埋设在地下，支管（6）与温控管（7）设在地表。

6.根据权利要求1所述的一种田间灌溉温控一体化系统，其特征在于，所述的温控泵房（10）与温控水箱（11）连接，所述的温控水箱（11）依次与进水池（2）及前池（1）连接。

7.根据权利要求1所述的一种田间灌溉温控一体化系统，其特征在于，所述的灌溉泵房（3）依次与进水池（2）及前池（1）连接。

8.根据权利要求1~7任一项所述的一种田间灌溉温控一体化系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）灌溉时

1）关闭温控送水管与循环管上的温控阀门；

2) 打开灌溉泵房，将水流从进水池中抽入干管中；

3）水流按照干管-分干管-支管-温控管-田间的顺序完成灌溉步骤；

（2）温控时

1）将温控水箱中的循环水调节到所需温度；

2）关闭干管上的阀门，根据调控需要，开启温控送水管与循环管上的温控阀门；

3）打开温控泵房，将水从温控水箱中抽取到温控送水管中；

4）水流按照温控送水管-温控管-支管-分干管-循环管-温控水箱的顺序循环流动，实现土壤温度调控。