CN201781828U

CN201781828U - 垂直线源灌水装置

Info

Publication number: CN201781828U
Application number: CN2010202941011U
Authority: CN
Inventors: 王全九; 曾辰; 程慧娟; 李淑芹; 白云岗; 张江辉; 蔡军社
Original assignee: Xian University of Technology
Current assignee: Xian University of Technology
Priority date: 2010-08-17
Filing date: 2010-08-17
Publication date: 2011-04-06
Anticipated expiration: 2020-08-17

Abstract

本实用新型公开了一种垂直线源灌水装置，在供水系统末端的毛管上设置有旁通，旁通与硬塑管连通，硬塑管伸入土层的端头设置有密封用的塞子，硬塑管的管壁上开有网状或孔状的出水孔，硬塑管的管壁外表面包裹有细网纱布。本实用新型装置，能减少水分在输送过程中的沿程损失，满足深根系植物的根系需水要求，还能减少近地表土层中的无效水分，降低植物的棵间蒸发，达到水资源的高效利用；所需供水压力较低，能够有效节约能源；通过调节灌水器的长度及埋入深度改变土壤垂直湿润范围，适应不同的植物根系土壤深度，移动位置和调整深度方便。

Description

垂直线源灌水装置

技术领域

本实用新型属于节水微灌技术领域，涉及一种垂直线源灌水装置。

背景技术

传统灌水方式用水效率较低，发展节水灌溉成为缓解水资源短缺的重要途径。渗灌是通过地埋毛管上的灌水器使水分缓慢出流渗入到植物根系层土壤，并借助毛管及重力作用将水分扩散到根区供植物吸收利用的技术，渗灌技术具有明显的节水效果，渗灌比沟灌节水36.7-74%，比管灌节水43.1%，比滴灌节水11.9%。目前灌水器的布设方式集中于水平埋设，其灌溉湿润深度对于果树、林木等深根植物相对有限，难以湿润整个根系剖面，不利于多年生深根植物的根系生，故多用于番茄、花卉等浅根系作物的灌溉，所用的灌水装置均存在湿润范围较小，埋设后不易移动位置和调整深度。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种垂直线源灌水装置，解决了现有技术中的灌水装置湿润范围较小，埋设后不易移动位置和调整深度的问题。

本实用新型所采用的技术方案是，一种垂直线源灌水装置，在供水系统末端的毛管上设置有旁通，旁通与硬塑管连通，硬塑管伸入土层的最端头设置有塞子，硬塑管的管壁上开有出水孔，硬塑管的管壁外表面包裹有细网纱布。

本实用新型的垂直线源灌水装置，其特征还在于，所述的硬塑管的埋深，对于砂土、砂壤土，最上端出水孔的埋深低于地表10cm；对于粘壤土、粘土，最上端出水孔的埋深低于地表15cm。

所述的出水孔的开孔率，用于粘壤土时为8%-30%，，用于砂壤土时为13%-35%，用于砂土时为15%-35%。

所述的毛管的管道长度小于15m。

本实用新型的装置，能减少水分在输送过程中的沿程损失，满足深根系植物的根系需水要求，还能减少近地表土层中的无效水分，降低植物的棵间蒸发，达到水资源的高效利用；所需供水压力较低，能够有效节约能源；通过调节灌水器的长度及埋入深度改变土壤垂直湿润范围，适应不同的植物根系土壤深度，移动位置和调整深度方便。

附图说明

图1是本实用新型装置实施例的结构示意图；

图2是本实用新型装置的田间布设实施例结构示意图；

图3是本实用新型装置与现有其他滴灌灌水装置灌后土壤湿润范围对比图；

图4是以葡萄为例的根系垂直分布图；

图5是垂直线源灌水装置与其他灌水装置灌后土面蒸发对比图；

图6是本实用新型装置与其他灌水装置在鄯善大田条件下实验的无核白葡萄产量对比图；

图7是本实用新型装置与其他灌水装置在吐鲁番大田条件下实验的无核白葡萄产量对比图。

图中，1.灌溉水，2.毛管，3.灌水器，4.土壤，5.植物，6.根系，7.硬塑管，8.塞子，9.出水孔，10.细网纱布，11.旁通。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本实用新型做进一步的详细描述。

如图1，本实用新型装置的结构是，在供水系统末端的毛管2上设置有旁通11，旁通11与硬塑管7连通，硬塑管7伸入土层的端头设置有密封用的塞子8，硬塑管7的管壁上开有网状或孔状的出水孔9，硬塑管7的管壁外表面包裹有细网纱布10。硬塑管7、塞子8、出水孔9、细网纱布10共同构成灌水器3，见图2。

硬塑管7的材料选用PE、PP、PVC等硬质管。硬塑管7管壁上开有一定比例的孔状、条缝状或者网状出水孔9，外部的细网纱布10能够防止植物根系和土壤的侵入。根据室内试验结果，灌水器的开孔率，用于粘壤土时为8%-30%，，用于砂壤土时为13%-35%，用于砂土时为15%-35%。

。

供水区管壁总面积为灌水器总表面积，即灌水器周长与长度之积，开孔面积为管壁上全部开孔面积之和，即开孔个数与单个开孔面积之积。开孔形状可为孔状、条缝状或者网状。水分在水平方向上靠土壤水吸力扩散，在垂直方向上靠水吸力和重力作用下渗，为一种低压灌溉方式。

如图2，为本实用新型装置具体田间布设方式，灌溉水1经过供水系统末端的毛管2，通过旁通11进入垂直埋入土壤4中的灌水器3，直接湿润植物5的根系6，使水资源最大程度的利用，提高水的利用效率。为了减少土面蒸发，灌水器最上端出水孔的埋设深度应低于土表。灌水器长度及埋深应根据作物根系分布确定。通过Hydrus 2D软件模拟及实验实测结果表明，对于砂土、砂壤土而言最上端出水孔埋深应低于地表10cm，对于粘壤土、粘土而言应低于15cm。

供水管道布置一般分为主管、支管和毛管。主管采用63mm以上的PE管，支管采用50mm或40mm的PE管，毛管采用40mm或32mm的PE管，硬塑管7一般采用20mm或16mm的PE管。管道的供水压力需大于水头沿程损失，为保证灌水均匀性，供水毛管管道长度一般应小于15m。末端灌水器3需维持5-10cm水头即可。考虑供水管网弯头及外接旁通的影响，实际供水压力需为1.2-1.5倍的水头压力。PVC-U、PE、PP等硬塑料管的单位管长水头损失，可按下式计算：

，式中，q为管道流量，单位为L/hr；R为管道内径，单位为m；L为管道长度，单位为m。

本实用新型的垂直线源灌水装置，其原理是把垂直线源灌水器垂直插入土壤，将水分直接输送至作物根系主要生长的深层土壤，使地表附近根系分布较少的土壤层保持干燥，从而减少了土壤表面无效水分的蒸发，将灌溉从“浇地”改进为“浇作物”，以达到水分高效利用和节约水资源的目的。

垂直线源灌水器在田间布设前，需要了解植物和土壤的一些基本概况，具体步骤是：

步骤1、调查植物根系的水平和垂直分布范围，确定计划湿润土层的范围；

步骤2、在田间原状土的情况下通过入渗试验，确定灌水器湿润范围。根据步骤1中的计划湿润土层范围，依据相邻灌水器的水平湿润锋能够交汇、垂直湿润锋不超过根系分布最深深度的原则，确定单株植物所需灌水器的个数、埋设间距、埋设深度、灌水器的直径及长度、灌水定额及灌水时间长短；

步骤3、根据步骤2确定的灌水器各项埋设参数，在每株植物的根系周围土壤4设置一个或若干个灌水器3。对于砂土、砂壤土而言最上端出水孔埋深应低于地表10cm，对于粘壤土、粘土而言应低于15cm，避免表土积水以减少蒸发。灌水器下端用堵头8密封，上端通过旁通11与供水毛管2连接起来，接入供水管网。

对于本实用新型的垂直线源灌水装置实施例的试验验证：

1）垂直线源灌水装置与滴灌方法土壤入渗的比较：

取砂黄土，容重为1.4 g/cm³，与滴灌方法土壤入渗的湿润范围进行比较，见图3。横坐标轴表示水平湿润范围，纵坐标表示垂直湿润范围。由图3可知，滴灌土壤湿润范围呈半椭球体，从地表随深度的增加逐渐变窄。而垂直线源灌水装置，土壤湿润体呈长椭球体，从地表随深度的增加先增宽后逐渐变窄，在埋深适合时整个湿润体均位于地表以下。与滴灌相比，垂直线源灌水装置减少了地表湿润，增加了土壤湿润深度。图4以葡萄为例，显示了吐鲁番粘壤土与鄯善砂壤土小于2 mm的葡萄有效吸收根随深度的分布，在30cm以下，两种土壤的吸收根比例仍然较高。因此，垂直线源灌水装置的湿润范围符合果树类植物的根系分布特点，对深根系植物较为有利。

2）垂直线源灌水装置与其他灌水方法土面蒸发的比较：

图5显示了垂直线源灌水装置与地面沟灌、地表滴灌2009年在相同时间灌水后土面蒸发的对比。由图5可知，垂直线源灌水装置可以有效的减少近地表土壤的棵间蒸发，其平均土面蒸发量仅为滴灌的81%、沟灌的58%。

3）垂直线源灌水装置与其他灌水方法葡萄产量的比较：

图6、图7为2009年本实用新型的垂直线源灌水装置与其他灌水装置在新疆吐鲁番市和鄯善县田间条件下无核白葡萄产量对比图。如图6所示，在鄯善县试验地砂壤土，对照沟灌灌溉定额2000m³/亩，微灌灌水技术900m³/亩，葡萄产量表现为：对照沟灌>垂直线源灌水装置>滴灌三管布设>滴灌双管布设>小管出流>地下滴灌>。图7所示，在吐鲁番市试验地粘壤土，对照沟灌灌溉定额1200 m³/亩，微灌灌水技术805m³/亩，葡萄产量表现为：垂直线源灌水装置>滴灌三管布设>小管出流>滴灌双管布设>地下滴灌>对照地面漫灌。综合两地葡萄产量结果可知，垂直线源灌水装置不仅能够高效利用水资源，而且可以有效的提高作物的产量，灌溉效果非常好。

Claims

1. 一种垂直线源灌水装置，其特征在于，在供水系统末端的毛管（2）上设置有旁通（11），旁通（11）与硬塑管（7）连通，硬塑管（7）伸入土层的最端头设置有塞子（8），硬塑管（7）的管壁上开有出水孔（9），硬塑管（7）的管壁外表面包裹有细网纱布（10）。

2. 如权利要求1所述的垂直线源灌水装置，其特征在于，所述的硬塑管（7）的埋深，对于砂土、砂壤土，最上端出水孔（9）的埋深低于地表10cm；对于粘壤土、粘土，最上端出水孔（9）的埋深低于地表15cm。

3. 如权利要求1所述的垂直线源灌水装置，其特征在于，所述的出水孔（9）的开孔率，用于粘壤土时为8%-30%，，用于砂壤土时为13%-35%，用于砂土时为15%-35%。

4. 如权利要求1所述的垂直线源灌水装置，其特征在于，所述的毛管（2）的管道长度小于15m。