CN207219655U - 一种沙地水土保持装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种沙地水土保持装置，包括：在坡顶或地势较高的坡面上设置的蓄水箱，蓄水箱连接主干管，主干管沿坡面向下倾斜铺设，主干管上设置多个水平高度不同的分支管或挡水板，分支管或挡水板沿坡面向下倾斜铺设，分支管或挡水板上排列多个出水口，对应各个出水口沿坡面倾斜设置透水挡板，挡水板和透水挡板埋设在沙土中，透水挡板的透水孔下游沙土层中种植植被。本实用新型采用挡水板和透水挡板作用输水通道，由于铺设挡水板和透水挡板的沙化地带的施工十分简单，而且在输水过程中，水流在沙土层中流动，能够大大减少水分的散失，提高水利用率，由于使用了自然流动方式输水，使用成本也大大降低。

Description

一种沙地水土保持装置

技术领域

本实用新型涉及一种沙地水土保持装置，是一种治理和改善恶劣自然环境的装置，是一种对沙漠或沙化地带的植被进行灌溉的装置。

背景技术

在水土流失区的综合治理中，在沙漠或沙化地带植树造林或种植灌木及其他植物，是必不可少的环节。提高植被覆盖率，有利于减少雨季的入河泥沙，固持水土，改善当地生态环境，调剂区域气候，可以说是有百利而无一害。但是由于沙漠地区降水量小，蒸发量大，在水土保持工程建设中，植被的灌溉问题（尤其是幼苗期）难以解决，这就导致了植被成活率低，植被根系不够发达，不足以起到保持水土的作用，这已经成为我国水土保持工作中的一大难点。现阶段我国常采用的植被的灌溉措施大多是从河道取水或抽取地下水，加以修设渠道进行灌溉。在现实运行中，这种灌溉方式的效果十分不理想并且还存在很多缺陷：（1）取水设施的运行成本高，并且需要定期进行人工维护，保证其正常运作；（2）灌溉的进行必须开挖渠道，在沙漠地区开挖渠道的成本很高，在日常运行中的损耗也很大，需要定期进行维护，这大大加大了成本；（3）露天的渠道等设施受周围环境影响严重，水在渠道内的蒸发损失也十分严重，大大影响了灌溉效益，加大了灌溉成本。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本实用新型提出了一种沙地水土保持装置。所述的装置利用沙土透水能力强，渗透系数大的特点，既输送了水分，也减小了输水过程中的水分流失。

本实用新型的目的是这样实现的：一种沙地水土保持装置，包括：在坡顶或地势较高的坡面上设置的蓄水箱，所述的蓄水箱连接主干管，所述的主干管沿坡面向下倾斜铺设，所述的主干管上设置多个水平高度不同的分支管或挡水板，所述的分支管或挡水板沿坡面向下倾斜铺设，所述的分支管或挡水板上排列多个出水口，对应各个出水口沿坡面倾斜设置透水挡板，所述的挡水板和透水挡板埋设在沙土中，所述的透水挡板的透水孔下游沙土层中种植植被。

进一步的，所述的蓄水箱中的水体来自地下水或河流取水。

进一步的，所述的主干管或者放在沙土层表面，或者埋设在沙土层中。

进一步的，所述的挡水板和透水挡板是插入沙土层下的黏土层中的直板，与黏土层形成V字形槽。

进一步的，所述的挡水板和透水挡板是V字形板。

进一步的，所述的V字形槽或V字形板的输水能力按以下公式计算：

计算输水量Q：

Q=KJA₁

其中：Q为V形槽流量；K为渗透系数；A₁为V形槽过流面积；J为水力坡度。

其中，计算过水面积A₁：

A₁=L²×cosα×sinα

其中：L为档板应满足的的最小长度；α为档板与粘性土层所形成的夹角或者是V型板底角。

进一步的，所述的透水档板上的透水孔的计算公式如下：

单位时间内透水孔的出水能力Q₂：

Q₂= KJA₂

其中：A₂为透水孔面积；K为渗透系数；J为水力坡度；

透水孔的布设间距L3的确定：

L3=2h/tanβ

其中：β为水在土壤中的扩散角；

透水孔的布设应满足如下条件：

W3=（a+l）b×ET×B

其中：W3为单位时段内单个透水孔对应灌溉面积的需水量，a为透水孔宽；l：透水孔间距；b为种植密度；B为植被带宽； ET为单位面积植被蒸腾量。

进一步的，所述的V字形槽或V字形板的过水断面的水面距地表距离应该满足以下条件：

h1＜h＜h2

其中：h1为：当地土壤的潜水蒸发埋深；h为：透水孔到植被带距离；h2为：植物根系可利用水分的最大埋深。

本实用新型产生的有益效果是：本实用新型采用挡水板和透水挡板作用输水通道，由于铺设挡水板和透水挡板的沙化地带的施工十分简单，而且在输水过程中，水流在沙土层中流动，保持水位低于沙土的潜水蒸发深度，大于植被可利用深度，达到既满足植被建设需求，又能够大大减少水分的散失的目标。同时，沙土/漠入渗迅速，渗透能力强，在没有拦挡的情况下，沙层中的水分会快速渗流进入河道，这样挡水板除了输水和减少蒸发作用，还能够有效拦挡上游入渗的雨水，使之进入坡面水循环系统，供坡面植被利用，从而有效提高水利用率。这样由于使用了自然流动方式输水，使用成本也大大降低。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

图1是本实用新型的实施例一所述装置的结构示意图；

图2是本实用新型的实施例四所述挡水板或透水挡板的结构示意图；

图3是本实用新型的实施例五所述挡水板或透水挡板的结构示意图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种沙地水土保持装置，如图1所示。本实施例包括：在坡顶或地势较高的坡面上设置的蓄水箱1，所述的蓄水箱连接主干管2，所述的主干管沿坡面向下倾斜铺设，所述的主干管上设置多个水平高度不同的分支管或挡水板3，所述的分支管或挡水板沿坡面向下倾斜铺设，所述的分支管或挡水板上排列多个出水口，对应各个出水口沿坡面倾斜设置透水挡板4，所述的挡水板和透水挡板埋设在沙土中，所述的透水挡板的透水孔下游沙土层中种植植被5。

现有的灌溉技术中滴灌是一种可以节约水量的技术，是一种十分优良的环保灌溉措施。但滴灌需要建立大量的管道，同时在灌溉过程中需要精确的控制水量，也就是说需要一套控制系统。对于沙化治理或者大片的沙漠治理，这种精确的供水方式成本过高，以致难以实现。本实施例提出的灌溉装置完全使用自流灌溉，并利用沙土层具备的透水能力输水，不使用过多的管道，就可以直接将水送到植物的根系中，同时减少或避免了水在输送过程中的蒸发流失。但整个装置的建设费用大大减少，由于是自然流动灌溉，其使用成本也十分低廉，完全能够胜任大面积的沙土治理。

本实施例的主要思路是：建立自流的树状水分配体系，在分别体系的末端设立透水板，透水板埋设在沙土层中，水在透水板中的沙土层中流动，透水板上设有透水孔，在透水孔的下游种植植物，实现灌溉。

树状的水分配体系，首先需要了一个制高点设置水源，即设置蓄水箱。蓄水箱可以使用能够承受一定压力的材料，如砖瓦水泥等，构建水池等。水源可以从河流的引来，也可以从地下水抽取。应当说明的是：本实施例所述的装置只是一个大的灌溉装置的一部分，整个大的灌溉装置可以十分广大，由许多个本实施例所述的装置构成，以实现大片沙化地或沙漠的治理。

主干管沿坡面倾斜向下铺设，可以放在沙土层表面，也可以埋设在沙土层中，根据地形、地势的要求。主干管的材料需要一定承受压力的能力，可以使用易于降解的塑料管材，当使用一段时间后，植被形成发达的根系，不再需要人工灌溉时，即能够降解，减少对环境的影响。

分支管也可以采用管材，也可以采用水挡板。当水量比较充足，且外界对水的蒸发影响较小时，分支可以采用水挡板，相反则采用管材。

水挡板采用V字形结构，类似一个槽，槽中填满沙土，沙土可以容纳植物的根系，同时也可以输水，一举两得。

树状分配体系的末端采用水挡板的形式，利用挡水板即灌溉也输水的特点，可以在透水挡板的沿线种植各种植物，在植物的幼苗时期供水。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于蓄水箱的细化。本实施例所述的蓄水箱中的水体来自地下水或河流取水。

在地势较高的河流上游可以铺设取水管，利用自然流动将水引致被治理的沙化地区，进入蓄水箱中。也可以抽取地下水进行灌溉。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于主干管的细化。本实施例所述的主干管或者放在沙土层表面，或者埋设在沙土层中。

本实施例所述的主干管放在沙土层表面，还包括由于地形的原因，使用支架，将主干管假设在空中的情形，在地形复杂的情况下主干管可能出现部分在地下，部分在地表，部分在空中的情形，主要适于现场的地形的要求。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于挡水板和透水挡板的细化。本实施例所述的挡水板和透水挡板是插入沙土层6下的黏土层7中的直板301，与黏土层形成V字形槽，如图2所示。

在沙土层较薄的地区，可以使用直板，插入沙土层中，直到插入沙土层下面的黏土层中，利用黏土层的透水性较差的特点，与直板形成V字形槽，在V字形槽中虽然有沙土，但沙土的透水性较好，可以输送水。直板的插入施工十分简单，可以节省大量的人力物力。在一些河岸的沙化地带，由于沙化层较浅，可以推广这种施工方式，以减小成本。

实施例五：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于挡水板和透水挡板的细化。本实施例所述的挡水板和透水挡板是V字形板302，如图3所示。

在一些沙土层较厚的地带，可以使用V字形板的好处是，连接十分简单。水管在连接的时候，要使用管接头，用螺纹的方式进行连接。使用V字形板则方便得多，类似于搭接水槽那样，简单的将下游水槽放在上游水槽的出水端下方即可。本实施例所述的V字形板在作为输水槽时，可以在需要分水的位置打孔，而下游的V字形板只要放在出水孔的下方即可，施工十分简单。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于V字形槽或V字形板的细化。本实施例所述的V字形槽或V字形板的输水能力按以下公式计算：

计算输水量Q：

Q=KJA₁

其中：Q为V形槽流量；K为渗透系数；A₁为V形槽过流面积（㎡）；J为水力坡度。

其中，计算过水面积A₁：

A₁=L²×cosα×sinα

其中：L为档板应满足的的最小长度；α为档板与粘性土层所形成的夹角或者是V型板底角。

实施例七：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于透水档板上的透水孔的细化。本实施例所述的透水档板上的透水孔的计算公式如下：

单位时间内透水孔的出水能力Q₂：

Q₂= KJA₂

其中：A₂为透水孔面积（㎡）；K为渗透系数；J为水力坡度；

透水孔的布设间距L3（m）的确定：

L3=2h/tanβ

其中：β为水在土壤中的扩散角；

透水孔的布设应满足如下条件：

W3=（a+l）b×ET×B

其中：W3为单位时段内单个透水孔对应灌溉面积的需水量，a为透水孔宽（m）；l：透水孔间距；b为种植密度；B为植被带宽（m）； ET为单位面积植被蒸腾量。

实施例八：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于的V字形槽或V字形板的细化。本实施例所述的V字形槽或V字形板的过水断面的水面距地表距离应该满足以下条件：

h1＜h＜h2

其中：h1为：当地土壤的潜水蒸发埋深；h为：透水孔到植被带距离；h2为：植物根系可利用水分的最大埋深。

实施例九：

本实施例是一种使用上述实施例所述装置的沙地水土保持方法，所述方法的步骤如下：

一、铺设水土保持装置的步骤：在地势较高的坡顶或坡面上设置蓄水箱，依次连接主干管和分支管或挡水板，以及透水挡板；将挡水板或透水挡板埋设在沙土层中，如果沙土层较薄，则使用直板：将直板插入到沙土层中，并达到沙土层下面的黏土层中，使直板与黏土层形成V字形槽；如果沙土层较厚，或者沙土层下面不是黏土层，则使用V字形板；透水挡板的埋设深度与所灌溉植物的根系相适应。

在沙化地带选择一个制高点，在制高点上设置蓄水箱，然后根据地形铺设树状的分水装置。铺设的原则是：利用地势，使水自然流动到每一个分支的末端，使整片灌溉区域都能够得到充分的灌溉水量。

由于使用V字形结构，各个分支点只需使用搭接的方式，如果使用直板则只需插入沙土层中，施工十分简单。

二、蓄水的步骤：利用机井或河流取水，在蓄水箱中蓄积灌溉用水。

在距离河流较近的地区，可以直接使用河流的水进行灌溉。在河流上游高于被灌溉区域的河床底部布设透水管，引导水流自然的流向蓄水箱中。这样就可以在不使用任何能源的情况下实现自然灌溉，这是一种十分理想的灌溉方式。但在多数沙化地区，没有河流水可以利用，只能合理的利用地下水进行灌溉。本实施例所采用的沙土层输水的方式，可以有效的利用水量，能够保护和尽量减少水量的散失。

三、分水的步骤：利用重力使蓄水箱中的灌溉水通过主干管分配到各个分支管或挡水板中，水在挡水板中的流动为：在V字形挡水板或直板挡水板与黏土层形成的V字形槽的沙土中流动。

水流在沙土层中流动，可以减少蒸发散失，这对于沙漠干旱地带十分重要。

四、灌溉的步骤：各个分支管或挡水板将水流分配的透水挡板中，各个透水挡板中的水流通过透水孔提供给植物根系吸收，水在透水挡板中的流动为：在V字形挡板或直板与黏土层形成的V字形槽的沙土中流动。

在沙土层中流动的水流，在流动过程中还可以起到过滤的作用，使植物根系获得更加清洁的水。

最后应说明的是，以上仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案（比如输水装置的形式、输水的方式、步骤的先后顺序等）进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围。

Claims (8)

1.一种沙地水土保持装置，包括：在坡顶或地势较高的坡面上设置的蓄水箱，所述的蓄水箱连接主干管，其特征在于，所述的主干管沿坡面向下倾斜铺设，所述的主干管上设置多个水平高度不同的分支管或挡水板，所述的分支管或挡水板沿坡面向下倾斜铺设，所述的分支管或挡水板上排列多个出水口，对应各个出水口沿坡面倾斜设置透水挡板，所述的挡水板和透水挡板埋设在沙土中，所述的透水挡板的透水孔下游沙土层中种植植被。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的蓄水箱中的水体来自地下水或河流取水。

3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的主干管或者放在沙土层表面，或者埋设在沙土层中。

4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的挡水板和透水挡板是插入沙土层下的黏土层中的直板，与黏土层形成V字形槽。

5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述的挡水板和透水挡板是V字形板。

6.根据权利要求4或5所述的装置，其特征在于，所述的V字形槽或V字形板的输水能力按以下公式计算：

计算输水量Q：

Q=KJA₁

其中：Q为V形槽流量；K为渗透系数；A₁为V形槽过流面积；J为水力坡度；

其中，计算过水面积A₁：

A₁=L²×cosα×sinα

其中：L为档板应满足的的最小长度；α为档板与粘性土层所形成的夹角或者是V型板底角。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述的透水档板上的透水孔的计算公式如下：

单位时间内透水孔的出水能力Q₂：

Q₂= KJA₂

其中：A₂为透水孔面积；K为渗透系数；J为水力坡度；

透水孔的布设间距L3的确定：

L3=2h/tanβ

其中：β为水在土壤中的扩散角；

透水孔的布设应满足如下条件：

W3=（a+l）b×ET×B

其中：W3为单位时段内单个透水孔对应灌溉面积的需水量，a为透水孔宽；l：透水孔间距；b为种植密度；B为植被带宽； ET为单位面积植被蒸腾量。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述的V字形槽或V字形板的过水断面的水面距地表距离应该满足以下条件：

h1＜h＜h2

其中：h1为：当地土壤的潜水蒸发埋深；h为：透水孔到植被带距离；h2为：植物根系可利用水分的最大埋深。