CN207252361U - 适用于农业生产的水循环系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种适用于农业生产的水循环系统，水循环系统包括农业生产单元、收集水管单元、砂滤单元、蓄水单元、灌溉水管单元；农业生产单元通过收集水管单元依次连通砂滤单元和蓄水单元，蓄水单元通过灌溉水管单元将水输送至农业生产单元；收集水管单元包括依次连通的排水管道和排水沟；农业生产单元包括若干田畦，田畦呈坡面，田畦较低的一侧设置排水管道，排水管道延伸排水沟；排水管道设置在箱涵中，箱涵的顶面铺设路面，排水管道上设置若干第一进水孔，箱涵的两侧设有蓄水沟。本实用新型可以更好的在水资源丰富时对其进行收集，在需要使用时再利用，有效的提高了水资源的利用率，同时提高了水资源的溶氧。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种适用于农业生产的水循环系统，属于农业领域。
背景技术
大部分作物的根系需要充足的氧气供给以满足植物对养分和水分的吸收。作物根呼吸需要消耗大量的氧气，而且作物根的生长对氧气的缺乏特别敏感：土壤中氧气不足会影响作物根系和土壤呼吸，降低ATP的生产，减少根系对水分和养分的吸收以及对冠体的营养传输；而增加根部氧气，会增加作物根系对P和K肥的吸收，从而促进植物的生长。
传统种植中，主要采取以下方式补充植物根区氧气，如水旱轮作、中耕耘田、晒田，通过增加土壤透气性来缓解植株低氧胁迫；超微气泡水灌溉主要通过物理变化增加灌溉水中氧浓度来提升根部氧浓度；过氧化尿素则通过其溶于水后的化学变化释放氧气来实现增氧的效果；施用过氧化钙可提高根部氧和钙离子含量，既可以缓解根部缺氧现象，还可以通过钙离子调节根系呼吸代谢来缓解植株的低氧胁迫。以上方式主要通过物理或化学的方式对根区进行人工增氧，具有低产量、高能耗，无法循环再生等缺点，不符合现代生态农业及循环农业的诉求。
与此同时，目前，我国正面临这水资源浪费严重，水资源短缺这一严峻问题，而以往的农业灌溉方式又造成大量水资源浪费。现有的喷灌、滴灌技术可有效节约水资源，但仍无法实现排涝及雨水收集，对现有灌溉排水系统进行改造，对于节水循环具有非常重要的现实意义。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种适用于农业生产的水循环系统，用于解决农业生产中植株根部氧浓度不足的问题、以及提高对水资源的利用率。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种适用于农业生产的水循环系统，所述水循环系统包括农业生产单元、收集水管单元、砂滤单元、蓄水单元、灌溉水管单元；
所述农业生产单元通过收集水管单元依次连通砂滤单元和蓄水单元，所述蓄水单元通过灌溉水管单元将水输送至农业生产单元；所述收集水管单元包括依次连通的排水管道和排水沟；所述排水沟依次连通砂滤单元、蓄水单元；所述农业生产单元包括若干田畦，所述田畦呈坡面，田畦较低的一侧设置排水管道；所述排水管道设置在箱涵中，箱涵的顶面铺设路面，所述排水管道上设置若干第一进水孔，箱涵的两侧设有蓄水沟，所述蓄水沟中设有谷物壳，所述箱涵的两侧设置第二进水孔，所述蓄水沟通过第二进水孔与箱涵连通；所述排水管道上设有蓄水井，所述蓄水井上设置可开关的排水口，所述砂单元包括砂滤池和砂子，所述砂子置于砂滤池中。
由此排水沟中的水依次流经粗砂池和细砂池。
优选地，所述路面形成连通箱涵的缝隙。
此处的缝隙是指在铺设路面时自然形成的缝隙，并不是人为设置的缝隙，其主要目的是当蓄水沟中的水过多时，可以经过缝隙流至箱涵中。
优选地，所述田畦上设置大棚。
优选地，所述路面采用石板。
优选地，所述谷物壳选自稻糠。
优选地，所述蓄水沟的底面为坡面，与箱涵接触的一侧最低。
优选地，所述砂滤单元包括粗砂池以及细沙池，所述粗砂池的高度大于细沙池的高度，所述粗砂池和细砂池之间设有缝隙，所述粗砂池下部设有第一出水口，粗砂池中砂子的直径大于细砂池中砂子的直径，所述细砂池的下部设置第二出水口。
优选地，所述第一进水孔均匀的分布在排水管道上，所述第一进水孔的直径是3～5mm。
更优选地，所述第一进水孔成行排列，每行中相邻两个第一进水孔的间距为8～12cm。
优选地，所述排水口设置在蓄水井的底部。
优选地，所述蓄水沟的宽度为6～20cm，深度为10-20cm。
优选地，所述蓄水单元是水塘。
优选地，所述蓄水单元中设置水生植物以及水生动物。
优选地，所述田畦与水平面夹角为5～8°，坡高30～40cm。
如上所述，本实用新型的农业多孔排水管道系统，具有以下有益效果：
1、利用沉水植物产生氧气直接释放于水体中，产氧速率高，可达到1600mg/m2·h。
2、本系统可对农业灌溉区产生的过量废水和收集的雨水进行净化，实现水资源的循环再生，节能。
3、本系统可实现农业废水的资源化利用，水体中的富营养化物质可以通过合适的生态链网结构以经济水生动植物的方式提取出水体，如水草、鱼、虾、螺、贝，从而实现污染物的资源化利用，具有一定的经济价值。
4、避免了诸如化学法等手段在灌溉水增氧过程中为农作物带来的污染，保证农产品的生态安全。
5、成本低。利用该增氧方式，既不需巨资的硬件投资，也不需大量的电能，更不需要任何化学药品试剂等，这种方法完全依靠植物的生理特性进行产氧，同时利用生物与生物之间食物链的关系，形成生态系统的良性循环。仅需前期投资，后续还可依靠自身产生的效益来维持一定的运行。
附图说明
图1显示为本实用新型整体结构示意图。
图2显示为蓄水井结构示意图。
图3显示为排水管道以及箱涵横截面图。
图4显示为排水管道结构示意图。
图5显示为砂滤单元结构示意图。
元件标号说明
1 排水管道
101 第一进水孔
2 蓄水井
201 排水口
3 排水沟
4 蓄水单元
5 箱涵
501 路面
502 第二进水孔
6 蓄水沟
601 谷物壳
7 大棚
8 田畦
9 灌溉水管单元
10 砂滤单元
1001 粗砂池
1002 第一出水口
1003 细砂池
1004 第二出水口
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
请参阅图1至图5。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1和2所示，本实用新型提供一种适用于农业生产的水循环系统，包括农业生产单元、收集水管单元、砂滤单元、蓄水单元、灌溉水管单元；所述农业生产单元通过收集水管单元依次连通砂滤单元和蓄水单元，所述蓄水单元通过灌溉水管单元将水输送至农业生产单元。由此组成一个完整的水循环系统。
所述农业生产单元包括大棚7以及大棚内部的田畦8，所述田畦呈坡面，所述坡面与水平面夹角为5～8°，在本实施例中为6°。所述田畦的具体形状不限，优选为矩形，长250～350cm，宽90～120cm，一般可种植两排农作物，两田畦之间宽度为25～35cm。造坡的目的是仿造山地种植，斜坡式的种植，便于排水，防止内涝。另一方面，每次浇水灌溉农作物，水流都会冲刷土壤，带走多余的化肥，避免了化肥累积，土壤板结，大大降低了传统大棚种植的肥害隐患。
田畦较低的一侧设置排水管道1，所述排水管道1延伸至排水沟3，所述排水沟3连通蓄水单元4，所述蓄水单元4可以是池塘。
所述排水管道1设置在箱涵5中，所述箱涵5的顶面铺设路面501，例如可以铺设石板或者水泥板，所述铺设路面和箱涵之间形成自然的缝隙，因此当水畦间收集的水过多时可以通过缝隙流入箱涵5中，保持路面的干燥，也防止排水沟液位较高时，水体倒流回大棚内。
如图4，所述排水管道1上除了下部与箱涵接触的部分外其他部分均匀分布第一进水孔101，使得箱涵5中的水流入排水管道中。在本实施例中，排水管道1上的第一进水孔沿着排水管道的圆周方向成行排列，相邻两行之间的第一进水孔形成交错。每行中相邻两个第一进水孔的距离是10cm，一般可以是8～12cm，两行之间的垂直距离是10cm，一般可以是8～12cm，每个第一进水孔101的直径是3～5mm。由此，箱涵中的水可以流入排水管道，且不易堵塞。
如图3，所述箱涵5的两侧与箱涵接触的部分下凹形成蓄水沟6，所述蓄水沟6中设有谷物壳601，所述箱涵5的两侧设置第二进水孔502，所述蓄水沟6通过第二进水孔502与箱涵5连通。由此畦间的水可以流到蓄水沟6，进而流进箱涵5，最终流至排水管道1。
为了进一步优化设计方案，在排水管道1外周包裹土工布，使得主要起到隔离泥沙和防止第一进水孔堵塞。
在本实施例中谷物壳601采用稻糠，一般稻糠的填充量需要达到将蓄水沟6完全覆盖填满为宜，一方面防止水分大量蒸发，另一方面稻糠透水性好，便于多孔排水收集管道收集排水，也可防止由于水土流失引发的管道上小孔堵塞，易降解，无毒无害，是一种纯天然的种植肥料，一举多得。所述蓄水沟6的宽度一般6～20cm，深度是10～20cm，在本实施例中具体为宽10cm，深度18cm。所述蓄水沟的底面为坡面，与箱涵接触的一侧最低，方便蓄水沟中的水可以完全充分的流进箱涵。第二进水孔的直径约为1-5cm。
所述排水沟深0.8m，下底宽0.4m，上底宽0.8m。在其他实施例中，排水沟3中种植净水型沉水植物，选择耐污、耐冲刷、净化效率高品种，一方面对排水沟内水体进行初步净化，作为第一道含氮磷废水的处理工艺，另一方面起到固封底泥，防止排水沟内水土流失。
所述排水管道1上设有蓄水井2，所述蓄水井2上设置可开关的排水口201，蓄水井深1m(地上0.3m，地下0.7m)，直径为0.6m，所述蓄水井将排水管道分割成两段，分别为上段和下段，其中上段的末段连通蓄水井，下段的入口连通排水口201，两段排水管道通过蓄水井2连通。在本实施例中，所述排水口201设置在排水井2的底部。且排水口上设置盖子，用于封闭排水口。当蓄水井中的水位过高时，可以打开盖子，将水排出，有利于防止废水倒灌的作用。通过蓄水井可以提高废水的回收率。
所述排水沟上还设置砂滤单元10，如图1和5，所述砂滤单元10包括粗砂池1001以及细沙池1003，所述粗砂池的高度大于细沙池的高度，所述粗砂池和细砂池之间设有缝隙，宽0.1～0.2m，所述粗砂池下部设有第一出水口1002。所述细砂池的下部设置第二出水口1004，细砂池的高度也高于排水沟，由此排水沟中的水依次流经粗砂池和细砂池，最终流进池塘。粗砂池以及细砂池中分别设有粗砂和细砂，粗砂池长×宽×高为3m×1.5m×0.7m，粗砂层高0.5m，砂砾直径1～2mm。细砂池选用珊瑚砂，长×宽×高＝3m×1.5m×0.7m，砂层高0.4m，砂砾直径0.4～1mm。
一般情况下粗砂池1001和细砂池1003的水位线高于细砂池的高度，而细砂池内的水位线高于与之连通的排水沟的高度，因此可以保证水的顺利流通。砂滤池实为泥沙过滤系统，其目的是过滤悬浮物，保证氧化塘水体透明度，进而确保其净化效率；另一方面有利于防止系统末端的喷灌系统堵塞，延长系统的使用寿命。此外，砂滤池通过溢流出水的设计，保证了砂滤池自上而下过滤，滤渣基本淤积于砂层上部，便于砂滤池的清洗。
蓄水单元4通过灌溉水管单元，即灌溉水管，连通农业生产单元，将水用于灌溉田畦。
池塘是污水处理稳定塘，面积为1000m2，水深1.5m，其主要作用是处理大棚内排出的含氮磷的废水，可对农业灌溉区产生的过量废水和收集的雨水进行净化，实现水资源的循环再生，节能。水体中的富营养化物质可以通过合适的生态链网结构以经济水生动植物的方式提取出水体，如水草、鱼、虾、螺、贝，从而实现污染物的资源化利用，具有一定的经济价值。一方面可回用灌溉，节约水资源；另一方面，有利于消除该大棚区域的农业面源污染。此外，蓄水单元也承担了一定的蓄水功能，有助于大棚种植区域内涝问题的解决，以及缓解种植区域干旱季节的用水难题。
采用本实用新型，能够收集畦间的水资源，将多余的水资源储存在蓄水井中，当需要使用时可以重新利用。当蓄水井中的水过多时，可以将其引渡至蓄水单元中。布局合理，提高了水资源的利用率。同时，本系统增氧效果明显，较之补水水源，溶解氧含量增加75％，较之农业灌溉渠产生废水，溶解氧增加152％，参见表1。本实施案例对农业灌溉废水净化效果好，其中氨氮可净化68％，总磷可净化58％，参见表2。
表1各水体类型溶解氧变化数据
| 序号 | 水体类型 | 溶解氧含量 |
| 1 | 补水水源 | 5.2±0.7mg/L |
| 2 | 农业灌溉渠产生废水 | 3.6±0.4mg/L |
| 3 | 净化型生态系统出水 | 9.1±0.5mg/L |
表2净化型生态系统对农业灌溉废水的净化效果
| 序号 | 水体类型 | 氨氮 | 总磷 |
| 1 | 农业灌溉渠产生废水 | 4.1±0.3mg/L | 0.6±0.1mg/L |
| 2 | 净化型生态系统出水 | 1.3±0.40.08mg/L | 0.25±0.05mg/L |
所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种适用于农业生产的水循环系统，其特征在于，所述水循环系统包括农业生产单元、收集水管单元、砂滤单元(10)、蓄水单元(4)、灌溉水管单元(9)；
所述农业生产单元通过收集水管单元依次连通砂滤单元(10)和蓄水单元(4)，所述蓄水单元(4)通过灌溉水管单元(9)将水输送至农业生产单元；
所述收集水管单元包括依次连通的排水管道(1)和排水沟(3)；所述排水沟(3)依次连通砂滤单元、蓄水单元(4)；
所述农业生产单元包括若干田畦(8)，所述田畦(8)呈坡面，田畦(8)较低的一侧设置排水管道(1)；
所述排水管道(1)设置在箱涵(5)中，箱涵(5)的顶面铺设路面(501)，所述排水管道(1)上设置若干第一进水孔(101)，箱涵的两侧设有蓄水沟(6)，所述蓄水沟(6)中设有谷物壳(601)，所述箱涵(5)的两侧设置第二进水孔(502)，所述蓄水沟(6)通过第二进水孔(502)与箱涵(5)连通；
所述排水管道(1)上设有蓄水井(2)，所述蓄水井(2)上设置可开关的排水口(201)；
所述砂滤单元(10)包括砂滤池和砂子，所述砂子置于砂滤池中。
2.根据权利要求1所述的适用于农业生产的水循环系统，其特征在于：所述路面(501)形成连通箱涵(5)的缝隙。
3.根据权利要求1所述的适用于农业生产的水循环系统，其特征在于：所述谷物壳(601)选自稻糠。
4.根据权利要求1所述的适用于农业生产的水循环系统，其特征在于：所述蓄水沟(6)的底面为坡面，与箱涵(5)接触的一侧最低，所述田畦上设置大棚(7)。
5.根据权利要求1所述的适用于农业生产的水循环系统，其特征在于：所述砂滤池包括粗砂池(1001)以及细沙池(1003)，所述粗砂池(1001)的高度大于细沙池(1003)的高度，所述粗砂池和细砂池之间设有缝隙，所述粗砂池下部设有第一出水口(1002)，所述粗砂池中砂子的平均直径大于细砂池中砂子平均直径，所述细砂池的下部设置第二出水口(1004)。
6.根据权利要求1所述的适用于农业生产的水循环系统，其特征在于：所述第一进水孔(101)成行排列，每行中相邻两个第一进水孔(101)的间距为8～12cm。
7.根据权利要求1所述的适用于农业生产的水循环系统，其特征在于：排水口(201)设置在蓄水井(2)的底部。
8.根据权利要求1所述的适用于农业生产的水循环系统，其特征在于：所述蓄水沟(6)的宽度为6～20cm，深度为10-20cm。
9.根据权利要求1所述的适用于农业生产的水循环系统，其特征在于：所述蓄水单元(4)是池塘。
10.根据权利要求1所述的适用于农业生产的水循环系统，其特征在于：所述田畦与水平面夹角为5～8°，坡高30～40cm。
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