CN115226613A - 一种节能节水集雨灌溉管网系统及其使用方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种节能节水集雨灌溉管网系统及其使用方法，该系统包括小单元集雨装置、连接管网和中心储水装置，以网状方式布设的小单元集雨装置通过连接管网彼此连通并均连接中心储水装置，小单元集雨装置安装在农作物植株间，小单元集雨装置均配有小单元蒸发装置和小单元储水装置，小单元集雨装置收集雨水并储于小单元储水装置中，从小单元储水装置中进入小单元蒸发装置的液态水在快速蒸发作用下变为气态，最后转化为液态水排出并直接为植物根部供水；在全部小单元集雨装置蓄满后，多余的雨水流向中心的中心储水装置，中心储水装置上配有中心补水装置，中心补水装置将中心储水装置中的蓄水定期补充到各个小单元集雨装置中以保证对农作物持续灌溉。
Description
技术领域
本发明属于节水农业灌溉领域，尤其涉及一种节能节水集雨灌溉管网系统及其使用方法。
背景技术
雨水也是一大被忽视的水资源。在我国北方，降雨集中在6-8月，年降雨量的65％都将集中在这三个月。这也就造成了一场降雨在满足植物本身生长发育需求的同时，会有更大一部分因下渗到地下或滞留地面被太阳蒸发而浪费。
同时在今天，我国除大型灌区以外的农田仍未普及节水灌溉措施，漫灌到农田中的水绝大部分同样会下渗到地下或滞留地面并被太阳蒸发，只有少部分的水真正用于植物本身的生长发育。
综上所述，如何实现无外部能源驱动的节水农业生产目标，提高降雨利用效率，进一步减少农田灌溉用水，已经成为亟需解决的问题。
发明内容
为了克服现有技术存在的一系列缺陷，本发明的目的在于针对上述问题，提供一种节能节水集雨灌溉管网系统，包括小单元集雨装置2、连接管网4和中心储水装置5，以网状方式布设的各个小单元集雨装置2通过连接管网4彼此连通并均连接到中心储水装置5，小单元集雨装置2安装在农作物植株间，小单元集雨装置2均配有小单元蒸发装置1和小单元储水装置3，小单元集雨装置2收集雨水并储于小单元储水装置3中，从小单元储水装置3中进入小单元蒸发装置1的液态水在快速蒸发作用下变为气态，最后转化为液态水排出并直接为植物根部供水；
在全部小单元集雨装置2蓄满后，多余的雨水将流向中心的中心储水装置5，中心储水装置5上配有中心补水装置6，中心补水装置6将中心储水装置5中的蓄水定期补充到各个小单元集雨装置2中以保证对农作物的持续灌溉。
优选的，所述小单元蒸发装置1包括铝制蒸发室1-1和塑料引水管1-2，所述塑料引水管 1-2与铝制蒸发室1-1相通，所述铝制蒸发室1-1和塑料引水管1-2中均塞有吸水棉绳1-3，所述铝制蒸发室1-1下端对称开两孔并接冷凝塑料软管直通植物根部；
所述小单元集雨装置2包括凹面聚光板2-1和有机玻璃管2-2，所述凹面聚光板2-1底部开圆孔以便与有机玻璃管2-2相接；
所述小单元储水装置3包括圆柱储水主体3-1、固定部和连接部3-4，所述圆柱储水主体 3-1为柱型塑料容器，所述固定部包括设于圆柱储水主体3-1上的顶部圆孔3-2和底部凸起3-3，所述连接部3-4为圆柱储水主体3-1的侧面突出一个接口并连接有T型三通；
所述连接管网4用黑色塑料软管与连接部3-4相连接以便将若干小单元储水装置3彼此连接；
所述中心储水装置5为埋入地下的大容积塑料储水罐且接入连接管网4；
所述中心补水装置6包括太阳能帆板部6-1、蓄电池部6-2和抽水泵部6-3，所述太阳能帆板部6-1光能发电并储蓄在蓄电池部6-2，蓄电池部6-2为抽水泵部6-3供电，抽水泵部6-3 用于将中心储水装置5中的水泵入连接管网4。
优选的，所述凹面聚光板2-1底部圆孔直径和有机玻璃管2-2内径相同
优选的，所述顶部圆孔3-2的直径恰大于有机玻璃管2-2的外径。
优选的，所述塑料引水管1-2的外径恰小于有机玻璃管2-2的内径。
优选的，所述连接管网4与连接部3-4通过三通接头连接。
优选的，所述塑料引水管1-2的外径和底部凸起3-3的半径相等，所述塑料引水管1-2 底部管口侧切。
优选的，距离所述中心储水装置5最近的小单元储水装置3底部安装有压力传感器。
优选的，所述塑料引水管1-2上均匀开有多个小孔。
本发明的目的还在于提供一种节能节水集雨灌溉管网系统的使用方法，包括以下步骤：
S1、降雨且当小单元储水装置3未满时，小单元集雨装置2收集降雨，并通过有机玻璃管 2-2流入小单元储水装置3；
S2、降雨且当小单元储水装置3已满时，小单元集雨装置2收集的雨水通过连接管网4 流入中心储水装置5；
S3、晴朗时且当小单元储水装置3中仍有蓄水时，小单元蒸发装置1工作，吸水棉绳1-3 通过塑料引水管1-2将水吸到铝制蒸发室1-1中，小单元集雨装置2的凹面聚光板2-1汇聚太阳光线照射在铝制蒸发室1-1中，加快吸水棉绳1-3中的液态水蒸发，水蒸气在冷凝塑料软管中转为液态水，直接为植物根部供水；
S4、距离中心储水装置5最近的小单元储水装置3底部所安装的压力传感器监测到该小单元储水装置3中水量不足时，传输信号至中心补水装置6，抽水泵部6-3开始工作，将中心储水装置5中的水泵入管网系统，抽水泵部6-3工作时间由中心储水装置5所连接小单元储水装置3数量预先计算设定，之后流入每一个小单元储水装置3中至其蓄满，之后重复S3；
S5、晴朗时且蓄电池部6-2的电量未满时，太阳能帆板部6-1工作，蓄电池部6-2充电。
与现有技术相比，本发明具备以下有益效果：
1)本发明中，通过在农作物植株间以网状方式安装彼此连通的小单元集雨装置，通过在中心连接大容量储水罐，在全部小单元集雨本身蓄满后，多余的雨水将流向中心的大容量储水罐；各小单元集雨装置均配有太阳能蒸发装置，液态水从小单元储水装置中由吸水棉绳进入铝制蒸发室，在快速蒸发作用下由液态变为气态，并通过冷凝管转化为液态水排出，直接为植物根部供水；管网系统中心的大容量储水罐配有太阳能帆板、蓄电池和抽水泵，可定期为小单元装置补充蓄水，保证对农作物的持续灌溉，以此实现无外部能源驱动的节水农业生产目标；
2)本发明节水节能，装置本身的水资源来源于雨水，能量来源于太阳能，清洁环保无污染；
3)本发明制造成本低，主体由塑料和玻璃镜片组成，造价低廉，易于大规模生产；
4)本发明采用若干相同小单元相互连接的模块化设计，有利于在农业上大规模普及；
5)本发明安装简单，小单元集雨装置、小单元蒸发装置和小单元储水装置均只用简答插入即可完成安装；
6)本发明绿色环保，可回收重复利用，对土壤和环境不会造成二次污染。
附图说明
图1为本发明中小单元装置的结构图；
图2为本发明中小单元装置的主视图、侧视图和俯视图；
图3为本发明中小单元装置的纵向剖视图；
图4为本发明中小单元蒸发装置的主视图；
图5为本发明中小单元集雨装置的主视图；
图6为本发明中小单元储水装置的主视图；
图7为本发明中管网系统全部装置的俯视图。
图中附图标记为：
1、小单元蒸发装置1；1-1、铝制蒸发室；1-2、塑料引水管；1-3、吸水棉绳；2、小单元集雨装置；2-1、凹面聚光板；2-2、有机玻璃管；3、小单元储水装置；3-1、圆柱储水主体； 3-2、顶部圆孔；3-3、底部凸起；3-4、连接部；4、连接管网；5、中心储水装置；6、中心补水装置；6-1太阳能帆板部；6-2、蓄电池部；6-3、抽水泵部。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。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。
基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
下面通过参考附图描述的实施例以及方位性的词语均是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的一个宽泛实施例中，一种节能节水集雨灌溉管网系统，包括小单元集雨装置2、连接管网4和中心储水装置5，以网状方式布设的各个小单元集雨装置2通过连接管网4彼此连通并均连接到中心储水装置5，小单元集雨装置2安装在农作物植株间，小单元集雨装置2 均配有小单元蒸发装置1和小单元储水装置3，小单元集雨装置2收集雨水并储于小单元储水装置3中，从小单元储水装置3中进入小单元蒸发装置1的液态水在快速蒸发作用下变为气态，最后转化为液态水排出并直接为植物根部供水；
在全部小单元集雨装置2蓄满后，多余的雨水将流向中心的中心储水装置5，中心储水装置5上配有中心补水装置6，中心补水装置6将中心储水装置5中的蓄水定期补充到各个小单元集雨装置2中以保证对农作物的持续灌溉。
优选的，所述小单元蒸发装置1包括铝制蒸发室1-1和塑料引水管1-2，所述塑料引水管 1-2与铝制蒸发室1-1相通，所述铝制蒸发室1-1和塑料引水管1-2中均塞有吸水棉绳1-3，所述铝制蒸发室1-1下端对称开两孔并接冷凝塑料软管直通植物根部；
所述小单元集雨装置2包括凹面聚光板2-1和有机玻璃管2-2，所述凹面聚光板2-1底部开圆孔以便与有机玻璃管2-2相接；
所述小单元储水装置3包括圆柱储水主体3-1、固定部和连接部3-4，所述圆柱储水主体 3-1为柱型塑料容器，所述固定部包括设于圆柱储水主体3-1上的顶部圆孔3-2和底部凸起3-3，所述连接部3-4为圆柱储水主体3-1的侧面突出一个接口并连接有T型三通；
所述连接管网4用黑色塑料软管与连接部3-4相连接以便将若干小单元储水装置3彼此连接；
所述中心储水装置5为埋入地下的大容积塑料储水罐且接入连接管网4；
所述中心补水装置6包括太阳能帆板部6-1、蓄电池部6-2和抽水泵部6-3，所述太阳能帆板部6-1光能发电并储蓄在蓄电池部6-2，蓄电池部6-2为抽水泵部6-3)供电，抽水泵部 6-3用于将中心储水装置5中的水泵入连接管网4。
优选的，所述凹面聚光板2-1底部圆孔直径和有机玻璃管2-2内径相同
优选的，所述顶部圆孔3-2的直径恰大于有机玻璃管2-2的外径。
优选的，所述塑料引水管1-2的外径恰小于有机玻璃管2-2的内径。
优选的，所述连接管网4与连接部3-4通过三通接头连接。
优选的，所述塑料引水管1-2的外径和底部凸起3-3的半径相等，所述塑料引水管1-2 底部管口侧切。
优选的，距离所述中心储水装置5最近的小单元储水装置3底部安装有压力传感器。
优选的，所述塑料引水管1-2上均匀开有多个小孔。
本发明的目的还在于提供一种节能节水集雨灌溉管网系统的使用方法，包括以下步骤：
S1、降雨且当小单元储水装置3未满时，小单元集雨装置2收集降雨，并通过有机玻璃管 2-2流入小单元储水装置3；
S2、降雨且当小单元储水装置3已满时，小单元集雨装置2收集的雨水通过连接管网4 流入中心储水装置5；
S3、晴朗时且当小单元储水装置3中仍有蓄水时，小单元蒸发装置1工作，吸水棉绳1-3 通过塑料引水管1-2将水吸到铝制蒸发室1-1中，小单元集雨装置2的凹面聚光板2-1汇聚太阳光线照射在铝制蒸发室1-1中，加快吸水棉绳1-3中的液态水蒸发，水蒸气在冷凝塑料软管中转为液态水，直接为植物根部供水；
S4、距离中心储水装置5最近的小单元储水装置3底部所安装的压力传感器监测到该小单元储水装置3中水量不足时，传输信号至中心补水装置6，抽水泵部6-3开始工作，将中心储水装置5中的水泵入管网系统，抽水泵部6-3工作时间由中心储水装置5所连接小单元储水装置3数量预先计算设定，之后流入每一个小单元储水装置3中至其蓄满，之后重复S3；
S5、晴朗时且蓄电池部6-2的电量未满时，太阳能帆板部6-1工作，蓄电池部6-2充电。
下面结合附图，列举本发明的优选实施例，对本发明作进一步的详细说明。
如图1至图7所示，一种节能节水集雨灌溉管网系统，包括小单元蒸发装置1、小单元集雨装置2、小单元储水装置3、连接管网4、中心储水装置5、中心补水装置6；
所述小单元蒸发装置1包括铝制蒸发室1-1和塑料引水管1-2，所述铝制蒸发室1-1下端对称开两孔并接冷凝塑料软管直通植物根部，所述塑料引水管1-2与铝制蒸发室1-1相通，所述铝制蒸发室1-1和塑料引水管1-2中均塞有吸水棉绳1-3；
所述小单元集雨装置2包括凹面聚光板2-1和有机玻璃管2-2，所述凹面聚光板2-1底部开圆孔与有机玻璃管2-2相接，所述凹面聚光板2-1底部圆孔直径和有机玻璃管2-2内径相同；
所述小单元储水装置3包括圆柱储水主体3-1、固定部和连接部3-4，所述圆柱储水主体 3-1为柱型塑料容器，所述固定部为设于圆柱储水主体3-1上的顶部圆孔3-2和底部凸起3-3，所述连接部3-4为圆柱储水主体3-1侧面突出一个接口并连接T型三通；
所述连接管网4用黑色塑料软管连接连接部3-4以实现将若干小单元储水装置3彼此连接；
所述中心储水装置5为埋入地下的大容积塑料储水罐且接入连接管网4；
所述中心补水装置6包括太阳能帆板部6-1、蓄电池部6-2和抽水泵部6-3，所述太阳能帆板部6-1光能发电储蓄在蓄电池部6-2，蓄电池部6-2为抽水泵部6-3供电，抽水泵部6-3 可将中心储水装置5中的水泵入连接管网4。
在本发明的一个实施例中，所述小单元储水装置3的顶部圆孔3-2恰大于小单元集雨装置 2上的有机玻璃管2-2外径。小单元储水装置3与小单元集雨装置2连接紧密。且因其恰有缝隙，可保证通气使装置内外的气压平衡；抽水泵部6-3补水时，过多的水可以喷洒出来直接灌溉；缝隙可收集雨水或灌溉产生的地面多余积水。
在本发明的一个实施例中，所述塑料引水管1-2外径恰小于有机玻璃管2-2内径。小单元蒸发装置1与小单元集雨装置2连接紧密。
在本发明的一个实施例中，塑料引水管1-2外径和小单元储水装置3底部的凸起半径相等。小单元蒸发装置1的塑料引水管1-2竖直安装。
在本发明的一个实施例中，塑料引水管1-2上均匀开有多个小孔，以保证塑料引水管1-2 吸水性的提升。
在本发明的一个实施例中，塑料引水管1-2底部管口侧切，以保证塑料引水管1-2吸水性的提升。
一种节能节水集雨灌溉管网系统，工作流程包括以下步骤：
S1、降雨且当小单元储水装置3未满时，小单元集雨装置2工作，收集降雨，并通过其有机玻璃管2-2流入小单元储水装置3；
S2、降雨且当小单元储水装置3已满时，小单元集雨装置2继续工作，收集的雨水通过连接管网4流入中心储水装置5内；
S3、晴朗时且小单元储水装置3中仍有蓄水时，小单元蒸发装置1工作，吸水棉绳1-3 通过塑料引水管1-2吸水到铝制蒸发室1-1中，小单元集雨装置2的凹面聚光板2-1汇聚太阳光线照射在铝制蒸发室1-1中，加快吸水棉绳1-3中的液态水蒸发，水蒸气在冷凝管中转为液态水，直接为植物根部供水；
S4、距离中心储水装置5最近的小单元储水装置3底部所安装的压力传感器监测到该小单元储水装置3中水量不足时，传输信号至中心补水装置6，抽水泵部6-3开始工作，将中心储水装置5中的水泵入管网系统，抽水泵部6-3工作时间可由中心储水装置5所连接小单元储水装置3数量预先计算设定，之后流入每一个小单元储水装置3中至其蓄满，之后重复S3、晴朗时且小单元储水装置3中仍有蓄水时，小单元蒸发装置1工作，吸水棉绳1-3通过塑料引水管1-2吸水到铝制蒸发室1-1中，小单元集雨装置2的凹面聚光板2-1汇聚太阳光线照射在铝制蒸发室1-1中，加快吸水棉绳1-3中的液态水蒸发，水蒸气在冷凝管中转为液态水，直接为植物根部供水；
S5、晴朗时且中心补水装置6的蓄电池部6-2电量未满时，太阳能帆板部6-1工作，以为蓄电池部6-2充电。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。
Claims (10)
1.一种节能节水集雨灌溉管网系统，包括小单元集雨装置(2)、连接管网(4)和中心储水装置(5)，以网状方式布设的各个小单元集雨装置(2)通过连接管网(4)彼此连通并均连接到中心储水装置(5)，其特征在于，
小单元集雨装置(2)安装在农作物植株间，小单元集雨装置(2)均配有小单元蒸发装置(1)和小单元储水装置(3)，小单元集雨装置(2)收集雨水并储于小单元储水装置(3)中，从小单元储水装置(3)中进入小单元蒸发装置(1)的液态水在快速蒸发作用下变为气态，最后转化为液态水排出并直接为植物根部供水；
在全部小单元集雨装置(2)蓄满后，多余的雨水将流向中心的中心储水装置(5)，中心储水装置(5)上配有中心补水装置(6)，中心补水装置(6)将中心储水装置(5)中的蓄水定期补充到各个小单元集雨装置2中以保证对农作物的持续灌溉。
2.根据权利要求1所述的一种节能节水集雨灌溉管网系统，其特征在于，所述小单元蒸发装置(1)包括铝制蒸发室(1-1)和塑料引水管(1-2)，所述塑料引水管(1-2)与铝制蒸发室(1-1)相通，所述铝制蒸发室(1-1)和塑料引水管(1-2)中均塞有吸水棉绳(1-3)，所述铝制蒸发室(1-1)下端对称开两孔并接冷凝塑料软管直通植物根部；
所述小单元集雨装置(2)包括凹面聚光板(2-1)和有机玻璃管(2-2)，所述凹面聚光板(2-1)底部开圆孔以便与有机玻璃管(2-2)相接；
所述小单元储水装置(3)包括圆柱储水主体(3-1)、固定部和连接部(3-4)，所述圆柱储水主体(3-1)为柱型塑料容器，所述固定部包括设于圆柱储水主体(3-1)上的顶部圆孔(3-2)和底部凸起(3-3)，所述连接部(3-4)为圆柱储水主体(3-1)的侧面突出一个接口并连接有T型三通；
所述连接管网(4)用黑色塑料软管与连接部(3-4)相连接以便将若干小单元储水装置(3)彼此连接；
所述中心储水装置(5)为埋入地下的大容积塑料储水罐且接入连接管网(4)；
所述中心补水装置(6)包括太阳能帆板部(6-1)、蓄电池部(6-2)和抽水泵部(6-3)，所述太阳能帆板部(6-1)光能发电并储蓄在蓄电池部(6-2)，蓄电池部(6-2)为抽水泵部(6-3)供电，抽水泵部(6-3)用于将中心储水装置(5)中的水泵入连接管网(4)。
3.根据权利要求2所述的一种节能节水集雨灌溉管网系统，其特征在于，所述凹面聚光板(2-1)底部圆孔直径和有机玻璃管(2-2)内径相同。
4.根据权利要求2所述的一种节能节水集雨灌溉管网系统，其特征在于，所述顶部圆孔(3-2)的直径恰大于有机玻璃管(2-2)的外径。
5.根据权利要求2所述的一种节能节水集雨灌溉管网系统，其特征在于，所述塑料引水管(1-2)的外径恰小于有机玻璃管(2-2)的内径。
6.根据权利要求2所述的一种节能节水集雨灌溉管网系统，其特征在于，所述连接管网(4)与连接部(3-4)通过三通接头连接。
7.根据权利要求2所述的一种节能节水集雨灌溉管网系统，其特征在于，所述塑料引水管(1-2)的外径和底部凸起(3-3)的半径相等，所述塑料引水管(1-2)底部管口侧切。
8.根据权利要求2所述的一种节能节水集雨灌溉管网系统，其特征在于，距离所述中心储水装置(5)最近的小单元储水装置(3)底部安装有压力传感器。
9.根据权利要求2所述的一种节能节水集雨灌溉管网系统，其特征在于，所述塑料引水管(1-2)上均匀开有多个小孔。
10.根据权利要求1-9任一所述的一种节能节水集雨灌溉管网系统的使用方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、降雨且当小单元储水装置(3)未满时，小单元集雨装置(2)收集降雨，并通过有机玻璃管(2-2)流入小单元储水装置(3)；
S2、降雨且当小单元储水装置(3)已满时，小单元集雨装置(2)收集的雨水通过连接管网(4)流入中心储水装置(5)；
S3、晴朗时且当小单元储水装置(3)中仍有蓄水时，小单元蒸发装置(1)工作，吸水棉绳(1-3)通过塑料引水管(1-2)将水吸到铝制蒸发室(1-1)中，小单元集雨装置(2)的凹面聚光板(2-1)汇聚太阳光线照射在铝制蒸发室(1-1)中，加快吸水棉绳(1-3)中的液态水蒸发，水蒸气在冷凝塑料软管中转为液态水，直接为植物根部供水；
S4、距离中心储水装置(5)最近的小单元储水装置(3)底部所安装的压力传感器监测到该小单元储水装置(3)中水量不足时，传输信号至中心补水装置(6)，抽水泵部(6-3)开始工作，将中心储水装置(5)中的水泵入管网系统，抽水泵部(6-3)工作时间由中心储水装置(5)所连接小单元储水装置(3)数量预先计算设定，之后流入每一个小单元储水装置(3)中至其蓄满，之后重复S3；
S5、晴朗时且蓄电池部(6-2)的电量未满时，太阳能帆板部(6-1)工作，蓄电池部(6-2)充电。
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