CN1788542A - 一种负水头灌溉系统 - Google Patents

Abstract

一种负水头灌溉系统，其特征是将供水压力控制在负水头进行灌溉，实现土壤含水量的精确和持续控制，我们将其定义为负水头灌溉技术。系统主要分为负水头供水装置、集气室和供水板三部分，负水头供水装置将来自灌溉水龙头的常压水直接转化为一定负压的灌溉水，集气室用于采集灌溉过程中由灌溉水逸出的气体，供水板用于给土壤供水，并可以在板内形成气、液两相，利于气相向集气室的移动。

Description

一种负水头灌溉系统

技术领域

本发明涉及一种负水头灌溉系统装置，它是将供水压设定为负值，实现灌溉过程中土壤含水量的持续精确控制，从而使土壤的水气条件恒定在促进作物经济产量和品质的水平，同时通过限制土壤湿润体积而抑制土表蒸发和地下渗漏，节约灌溉水资源，提高肥料利用率，降低灌溉设备使用过程中对农民的技术要求。

背景技术

目前，农业生产采用或推广的所有节水灌溉技术，如喷灌、微灌、滴灌、地下滴灌、分根区交替灌溉等，均是基于供水压力为正水头的灌溉，部分土体总会在灌溉后达到水分饱和，导致土壤必须经历在一定范围内干湿交替。土壤含水量的过度波动会使植物遭受旱涝胁迫，增加病虫害的发生，导致硝态氮被淋移出作物根区以外。为避免土壤水分的过度波动，需要通过检测植物生理参数、土壤的水分参数以及许多气象参数来计算和预测合适的灌溉时间和灌水量，而这些测定和计算方法就我国农民目前的文化水平而言是很不容易接受的，从而影响了这些灌溉技术的推广和实际应用中的节水效果。

发明内容

通过将供水压力控制在负水头进行灌溉，实现土壤含水量的精确和持续控制，我们将其定义为负水头灌溉技术。当基于供水压力为负水头进行灌溉供水，土壤含水量永远呈非饱和状态，可抑制土表湿润导致的无效蒸发和地下渗漏导致的无效灌溉和养分流失；由于植物的生长发育与土壤含水量关系密切，通过负水头灌溉技术精确控制土壤含水量有显著提高作物生产力的潜力。由于负水头灌溉技术使土壤含水量直接控制在目标含水量，不需要进行灌溉时间和灌溉量决策，易于农民使用。特别是在薄层土壤、沙土和黏土以及设施栽培中，负水头灌溉技术有很大的应用潜力。

目前，常用的灌溉方式都是正水头灌溉，水源可以采用常压水。常用供水器有喷头、滴管、渗灌带以及渗灌管等，由于灌溉系统是在正水头下进行灌溉，水体有一定的流速，因此水中的少许气体可以夹杂在水体中排出，不用进行气体的收集。为了保证负水头灌溉系统成功运行，需要给灌溉系统提供持续的有一定负压的灌溉水，常见的取水方式都不能满足要求。当进行负水头灌溉时，主要是靠土壤从供水器中吸水，灌溉系统中的水体流速非常慢，由于水的生化作用而产生气体，用常用的供水器则不能很好的让水、气分离，则水体中的气体无法正常的从水体中分离而排出，因此导致了负水头灌溉系统无法正常运行。为了解决这些问题，该负水头灌溉系统涉及一种负水头供水装置和供水板，负水头供水装置能直接将灌溉水压便利地调控到设计的负水头值，持续地提供满足灌溉要求的灌溉水。而供水板作为供水器能有效的使供水器中的水、气分离，便于由于供水器中水的生化作用产生气体的排出。由于负水头灌溉系统装置是个密封的系统，从供水板排出的气体需要进行收集，否则整个系统将由于气体的聚积而失败，于是设计了一种负水头灌溉集气装置，该装置能让供水板中逸出的气体汇集到集气筒中，并且可以通过与集气装置相连的抽气装置将气体抽出，保证了负水头灌溉系统的正常运行。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：该负水头灌溉系统装置主要分为负水头供水装置、负水头灌溉集气室和负水头灌溉用供水板三部分。

负水头供水装置由浮球开关装置4、密封圆柱容器6、吸水管5、消能圆板25和盛水容器3组成，在盛水容器3里面装上浮球开关装置，用进水管2接在灌溉水龙头1上，其作用主要是将容器中的水面在灌溉的过程中维持在设计值；在密封圆柱容器6上顶面装上一根细的吸水管5插入到盛水容器3中，圆柱容器6下面用管7连接到密封圆柱体9上，消能圆板25装在圆柱容器6下底面，用来消除从吸水管5中流出水体的能量，通过调整密封圆柱容器6倾斜的角度θ(0-90°)来调整供水负压值；水源经过这部分装置的调节，可以持续地提供灌溉系统一定负压的灌溉水。

负水头灌溉集气装置是一个密封圆柱体9，在密封圆柱体9侧面钻两个小孔，用两头弯曲成90°角的透明有机玻璃管10连接密封，用来观测集气筒内的水位，靠近密封圆柱体9下侧面镶上两个带有密封阀8的连通管7和导水管11，在密封圆柱体9的上密封面装有两个带有密封阀8的管16、17，分别与抽气装置和充水装置相连，当密封圆柱体9内水位较低、气体较多时，用连接的抽气装置抽气，而连接的充水装置则用来给集气筒内充满水。

负水头灌溉用供水板是由PVC板19、铁丝网24、薄棉22、有机玻璃条18、PVC软片20、有机玻璃块23和渗透膜21组成的密封矩形容器，在容器的上顶角处嵌入一根管道13与供水板14相通，用于与渗灌系统的集气装置相连。供水板14的一面为渗透膜21，在灌溉时与土壤相接触，便于水从供水板中被干燥的土壤吸出而阻止空气进入供水板，铁丝网24作为渗透膜的支撑面则平铺在渗透膜21下面，为了防止渗透膜被铁丝网划破，在铁丝网和渗透膜之间垫上一层薄棉22，铁丝网24和PVC板19之间间隔的放置一些有机玻璃块23，起支撑铁丝网的作用，渗透膜上边缘粘贴在PVC软片20边缘，PVC软片给水气界面的形成提供一个场所，供水板的四周则用有机玻璃条18密封。供水板的渗透膜也可以用微孔陶瓷板或者微孔有机板26代替，在此种情况下，则不需要铁丝网24和薄棉22，且有机玻璃块23的密度可以降低。

本发明的有益效果是，该装置能实现土壤含水量的精确和持续控制，可抑制土表湿润导致的无效蒸发和地下渗漏导致的无效灌溉和养分流失，有显著提高作物生产力的潜力，易于农民使用。特别使在薄层土壤、沙土和黏土以及设施栽培中，负水头灌溉技术有很大的应用能力。

附图说明

图1负水头灌溉系统装置结构图

图2负水头灌溉用供水板14整体图

图3负水头灌溉用供水板A-A剖面图以及各部件图

图4负水头灌溉用供水板14的另一实施例的整体图

图5为图4供水板B-B剖面图

1为灌溉水龙头，2为进水管，3为盛水容器，4为浮球开关装置，5为吸水管6为密封圆柱容器，7为连通管，8为密封阀，9为密封圆柱体10为透明有机玻璃管，11为导水管，12为主干管，13为管道，14为供水板15为水位线，16为与抽气装置相连的管，17为与补水装置相连的管18为有机玻璃条，19为PVC板，20为PVC软片，21为渗透膜22为薄棉，23为有机玻璃块，24为铁丝网，25为消能圆板，26为微孔陶瓷板或微孔有机板。

具体实施方式

实施例一

负水头灌溉系统装置是一个密封的系统。首先将供水板14竖直或者以倾角θ(60°-90°)埋在土壤内，供水板渗透膜面朝上，然后按照图1负水头灌溉装置结构图安装负水头灌溉系统。安装完毕，关闭连通管7和导水管11上的密封阀8，打开灌溉水龙头1和与补水装置相连的管17，分别给盛水容器3和密封圆柱体9补水，从透明有机玻璃管10可以观测密封圆柱体9内的水位，当密封圆柱体9充满水后，关闭管17上的密封阀，同时打开导水管11上的密封阀8给主干管12、管道13和供水板14充满水。由于密封圆柱体9给供水板14冲水是在密封的系统内进行，供水板14、管道13和主干管12将会被水慢慢地充满，而气体逐渐聚集到密封圆柱体9内。当供水板14补满水后，打开连通管7上的密封阀8，如图1负水头灌溉装置结构图，灌溉水经由浮球开关装置4进入盛水容器3，当水面达到一定的高度后，浮球开关装置4将阻止灌溉水的进入，而当盛水容器3里水面下降后，灌溉水又将通过浮球开关装置4进入到盛水容器3，这部分的作用是控制水面高度，在密封圆柱容器6上面插入一根细的吸水管5，吸水管5另一端放在盛水容器3中，密封圆柱容器6和密封圆柱体9通过带有密封阀8的连通管相连，当打开连通管7上的密封阀8，由于密封圆柱体9里面是一定的负压，刚开始，密封圆柱容器6中的气体将不断的经由连通管7进入到密封圆柱体9中，随着密封圆柱体9内水不断的减少，压强不断的降低，密封圆柱容器6中的气体不断地聚积到密封圆柱体9中，同时，密封圆柱容器6中的压强不断减小，盛水容器3中的水开始通过吸水管5进入到密封圆柱容器6中，消能圆板25装在圆柱容器6下地面，用来消除从吸水管5中流出水体的能量，当密封圆柱容器6中的水面开始上升，上升到淹没连通管7，随着灌溉的不断进行，密封圆柱容器6中的水进入密封圆柱体9，而盛水容器3中水通过吸水管5进入到密封圆柱容器6中，当盛水容器3中的水面下降时，灌溉水将通过浮球开关装置4进入到盛水容器3。这样整个负水头灌溉系统就能正常地运行，此时负水头灌溉系统装置的负水头值为-Δh(如图1所示)，为了满足不同情况下的灌溉要求，可以将密封圆柱容器6倾斜一个角度θ，此时负水头值为h＝-Δhsinθ。

实施例二

该负水头灌溉系统与实施例一的区别，在于供水板采用微孔陶瓷板或微孔有机板26代替了渗透膜材料，如图4和图5所示。系统具体的实施方式与实施例一系统相同。

Claims (5)

1.一种负水头灌溉系统装置，其特征是，该负水头灌溉系统装置分为负水头供水装置、负水头灌溉集气室和负水头灌溉用供水板三部分，它是将供水压设定为负值，实现灌溉过程中土壤含水量的持续精确控制，从而使土壤的水气条件恒定在促进作物经济产量和品质的水平。

2.根据权利要求1所述的负水头灌溉系统装置，其特征是负水头供水装置由浮球开关装置(4)、密封圆柱容器(6)、吸水管(5)和盛水容器(3)组成，在盛水容器(3)里面装上浮球开关装置(4)，用进水管(2)接在灌溉水龙头(1)上，在密封圆柱容器(6)上顶面装上一根细的吸水管(5)插入到盛水容器(3)中，圆柱容器(6)下面用管(7)连接到密封圆柱体(9)上，圆柱容器(6)下地面装有消能圆板(25)，通过调整密封圆柱容器(6)倾斜的角度θ(0-90°)来调整供水负压值。

3、根据权利要求1所述的负水头灌溉系统装置，其特征是负水头灌溉集气装置是一个密封圆柱体(9)，在密封圆柱体(9)侧面钻两个小孔，用两头弯曲成90°角的透明有机玻璃管(10)连接密封，靠近密封圆柱体(9)下侧面镶上两个带有密封阀(8)的连通管(7)和导水管(11)，在密封圆柱体(9)的上密封面装有两个带有密封阀(8)的管(16)、(17)，分别与抽气装置和充水装置相连。

4、根据权利要求1所述的负水头灌溉系统装置，其特征是负水头灌溉用供水板是由PVC板(19)、铁丝网(24)、薄棉(22)、有机玻璃条(18)、PVC软片(20)、有机玻璃块(23)和渗透膜(21)组成的密封矩形容器，容器的上顶角处嵌入一根管道(5)与主干管(12)相连。

5、根据权利要求1所述的负水头灌溉系统装置，其特征是负水头灌溉用供水板的渗透膜也可以用微孔陶瓷板或者微孔有机板(26)代替，在此种情况下，则不需要铁丝网(24)和薄棉(22)，且有机玻璃块(23)的密度可以降低。

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