CN210746462U - 一种阶梯式梯田灌溉系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种阶梯式梯田灌溉系统，属于灌溉设备领域，包括：山顶蓄水机构，用于存储灌溉用水并将灌溉用水输送至灌溉区域；梯级抽水机构，用于向所述山顶蓄水机构输送灌溉用水；沟底抽水机构，用于向所述梯级抽水机构提供灌溉用水；所述梯级抽水结构和沟底抽水机构均通过光伏电站供电。本实用新型通过光伏电站吸收日照辐射能量并将其转化成为电能，为整个系统提供动力电源，光伏电站的光伏板整装运送至施工现场进行组装即可，解决了现有技术施工难度大缺陷，光伏发电解决了现有技术耗电量大、灌溉成本高的问题。
Description
技术领域
本实用新型属于灌溉设备领域，具体涉及一种阶梯式梯田灌溉系统。
背景技术
因地形原因，我国北方地区特别是黄土沟壑地区大规模修造水平梯田，梯田种植与原来坡面种植相比，保水保肥效果显著。
目前梯田灌溉主要是将山底沟道里的库水通过抽水站，抽送到山顶高位蓄水池，再通过高位蓄水池以重力流的形式输送到田块、作物或果树的根部。现有的抽水站由沟底滤水井、水泵、上水钢管、山顶高位蓄水池组成，一般情况下，这种抽水站流量大、扬程高、需要在山坡上埋设大规格的钢管，并架设沟底抽水泵的专用电缆，因此施工难度大、工期长；另外，用常规抽水站将沟底水抽至山顶高位蓄水池，需要多级抽水，耗费大量电能，导致灌溉成本较高。
实用新型内容
基于上述背景问题，本实用新型旨在提供一种阶梯式梯田灌溉系统，通过光伏电站吸收日照辐射能量并将其转化成为电能，为整个系统提供动力电源，解决了现有技术施工难度大、灌溉成本高的缺陷。
为达到上述目的，本实用新型提供的技术方案是：
一种阶梯式梯田灌溉系统，包括：山顶蓄水机构，用于存储灌溉用水并将灌溉用水输送至灌溉区域；梯级抽水机构，用于向所述山顶蓄水机构输送灌溉用水；沟底抽水机构，用于向所述梯级抽水机构提供灌溉用水；所述梯级抽水结构和沟底抽水机构均通过光伏电站供电。
在一个实施例中，所述光伏电站包括与沟底抽水机构对应设置的沟底光伏站、以及与所述梯级抽水机构对应设置的梯级光伏站。
其中，所述沟底光伏站包括阵列分布的沟底光伏板、以及与所述沟底光伏板的输出端电连接的沟底逆变器，所述沟底逆变器与沟底抽水机构电连接；所述梯级光伏站包括阵列分布的梯级光伏板、以及与所述梯级光伏板的输出端电连接的梯级逆变器，所述梯级逆变器与梯级抽水机构电连接。
在一个实施例中，所述沟底抽水机构包括沟底进水池、以及设置在所述沟底进水池内的沟底水泵，所述沟底水泵与所述沟底逆变器电连接，所述沟底水泵的输出端通过沟底上水管与所述梯级抽水机构连通。
在一个实施例中，所述梯级抽水机构包括调蓄水罐、以及设置在所述调蓄水罐内的梯级水泵；所述沟底上水管的输出端延伸至调蓄水罐的顶部，所述梯级逆变器与梯级水泵电连接，所述梯级水泵的输出端通过梯级上水管与山顶蓄水机构连通。
在一个实施例中，所述山顶蓄水机构包括装配式可扩容蓄水池，所述梯级上水管的输出端延伸至装配式可扩容蓄水池的顶部。
优选地，所述沟底进水池、调蓄水罐、以及装配式可扩容蓄水池均为地埋式结构。
优选地，所述沟底上水管延伸入调蓄水罐的端部连接有第一浮球阀，所述梯级上水管延伸入装配式可扩容蓄水池的端部连接有第二浮球阀。
在一个实施例中，所述阶梯式梯田灌溉系统还包括控制系统，所述控制系统包括用于控制调蓄水罐以及装配式可扩容蓄水池内液位的液位控制单元，以及用于远程控制沟底光伏站、梯级光伏站启停的光伏电站控制单元。
与现有技术相比，本实用新型具有以下效果：
1、本实用新型通过光伏电站吸收日照辐射能量并将其转化成为电能，为整个系统提供动力电源，光伏电站的光伏板整装运送至施工现场进行组装即可，解决了现有技术施工难度大缺陷，光伏发电解决了现有技术耗电量大、灌溉成本高的问题。
2、本实用新型在施工时仅需载机挖填基坑，施工难度小、且建设成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
图1为本实用新型实施例中阶梯式梯田灌溉系统的结构示意图；
图2为本实用新型实施例中浮球阀的连接示意图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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，都属于本实用新型保护的范围。
在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于说明书附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”仅为了方便描述目，不能理解为指示或暗示相对重要性。
目前梯田进行灌溉时，通过常规抽水站将沟底水抽至山顶高位蓄水池，以本申请人在陕西省榆林市横山区元圪塔村节水灌溉项目为例，通过二级抽水至高位蓄水池，安装二台水泵，装机74KW，每小时提水量32m3，当地农灌电价0.5元/度，在不计工程折旧、不计管理费用的情况下，单抽水电费一项每立方米灌溉水的电费就达到1.16元，在滴灌条件下亩次灌水20m3，果树生长季节灌水3次，则每年每亩浇地水费就达70元左右，灌溉成本较大，种植者负担较重。
为此，本实用新型提供一种阶梯式梯田灌溉系统，包括：山顶蓄水机构，用于存储灌溉用水并将灌溉用水输送至灌溉区域；梯级抽水机构，用于向所述山顶蓄水机构输送灌溉用水；沟底抽水机构，用于向所述梯级抽水机构提供灌溉用水；所述梯级抽水结构和沟底抽水机构均通过光伏电站供电。本实用新型通过光伏电站吸收日照辐射能量并将其转化成为电能，为整个系统提供动力电源，光伏电站的光伏板整装运送至施工现场进行组装即可，解决了现有技术施工难度大缺陷，光伏发电解决了现有技术耗电量大、灌溉成本高的问题。
在本实施例中，如图1所示，所述沟底抽水机构包括沟底进水池1、以及设置在所述沟底进水池1内的沟底水泵101，具体的，所述沟底进水池1为地埋式结构，设在水库河岸阶地上，其结构根据水库水质、地形条件灵活选择，可设置为滤水井、也可设置为进水前池，其主要作用是为后述的一级抽水机构提供良好的水质和稳定的进水流态。所述沟底水泵101的输出端通过沟底上水管102与所述一级抽水机构连通以提供灌溉用水，具体是沟底上水管102的输出端延伸至后述的调蓄水罐2的顶部。
本实施例梯级抽水机构只设有一级，即为一级抽水机构，所述一级抽水机构包括调蓄水罐2、以及设置在所述调蓄水罐2内的一级水泵201，具体的，调蓄水罐2选用地埋式PE塑料储水罐，容积为一级水泵201流量的3-5倍。所述一级水泵201的输出端通过一级上水管202与山顶蓄水机构连通，具体是一级上水管202的输出端延伸至后述装配式可扩容蓄水池3的顶部。上述一级水泵201和沟底水泵101均为光伏专用水泵，由专业厂家定制，为不锈钢外壳，具有低碳、节能、环保的优点，在缺水缺电的山区有良好的实用性。
本实施例的沟底上水管102和以及上水管202选用HDPE管，上水管直埋在冻土深度以下，上水管在变坡点设镇墩，其他地段用回填土压实；上水管垂直于等高线随地形铺设，竖向弯曲的上水管需要在最高点安装自动进排气阀、最低点安装放空阀。
本实施例的山顶蓄水机构包括装配式可扩容蓄水池3，装配式可扩容蓄水池3的具体结构已经在本申请人的在先申请专利(申请号：201920638460.5)，本实施例中将不做具体赘述。
本实施例的光伏电站包括与沟底抽水机构对应设置的沟底光伏站、以及与所述一级抽水机构对应设置的以及光伏站。
具体的，所述沟底光伏站包括阵列分布的沟底光伏板4、以及与所述沟底光伏板4的输出端电连接的沟底逆变器401，所述沟底逆变器401与所述沟底水泵101电连接；沟底光伏板4通过支架设置在地面上，其输出端通过光伏电缆与沟底逆变器401电连接，沟底逆变器401将沟底光伏板4输出的直流电转换为交流电以驱动沟底水泵101工作以将沟底进水池1内的灌溉用水输送至调蓄水罐2内。沟底逆变器401还可以根据日照强度的变化实时地调节输出电压和频率，实现最大功率点跟踪。
所述一级光伏站设置在沟底光伏站的高处，包括阵列分布的一级光伏板5、以及与所述一级光伏板5的输出端电连接的一级逆变器501，所述一级逆变器501与一级水泵201电连接；一级光伏板5通过支架固定在地面上，其输出端通过光伏电缆与一级逆变器501电连接，一级逆变器501将一级光伏板5输出的直流电转换为交流电以驱动一级水泵201工作以将调蓄水罐2内的灌溉用水输送至装配式可扩容蓄水池3。具体的，本实施例的沟底光伏板4和一级光伏板5向正南设置。
为了对调蓄水罐2以及装配式可扩容蓄水池3的液位进行测量控制，所述沟底上水管102延伸入调蓄水罐2的端部连接有第一浮球阀6，所述一级上水管202延伸入装配式可扩容蓄水池3的端部连接有第二浮球阀，第一浮球阀6和第二浮球阀的结构相同，以第一浮球阀6的结构为例，具体如图2所示。
由于山区交通不便，灌溉系统运行管理比较困难，为了实现无人值守，保证各级光伏站安全稳定运行，所述阶梯式梯田灌溉系统还包括控制系统，所述控制系统包括用于控制调蓄水罐2以及装配式可扩容蓄水池3内液位的液位控制单元，以及用于远程控制沟底光伏站、一级光伏站启停的光伏电站控制单元。液位控制单元包括设置在调蓄水罐2以及装配式可扩容蓄水池3内的液位传感器，以及用于接收液位传感器的信号并控制沟底水泵101和一级水泵201工作；光伏电站控制单元利用LPRRA和GPRS远程通讯技术，通过APP软件，利用手机或计算机平台远程控制光伏电站启停，查询运行状态，设置故障自动报警功能。需要说明的是，控制系统属于常规技术，本实施例不做详细赘述，本实用新型的重点在于结构上，而不在于智能控制上。
本申请人在榆林市靖边县柠条梁镇柳二村实地安装了一套流量5立方米、扬程90米的上述阶梯式梯田灌溉系统，与在榆林市横山区武镇元圪塔村修建的常规抽水站进行了对比，结果如下：
1、建设费用对比：修建常规抽水站建设费用为37.76万元，而修建上述阶梯式梯田灌溉系统的建设费用为31.78万元，阶梯式梯田灌溉系统的建设费用为常规抽水站的85％，节省5.98万元。
2、工期对比：修建常规抽水站工期180天，而修建阶梯式梯田灌溉系统的工期仅需要60天左右，阶梯式梯田灌溉系统的建设工期仅为常规抽水站工期的30％。
3、运行管理难易程度对比：常规抽水站需管理人员常驻现场，现场操作，管理难度大，运行费用高；阶梯式光伏抽水站可实现无人值守，自动化程度高，管理简单，运行费用低。
4、施工难易程度对比：常规抽水站施工时需要动用的机械设备种类多，施工难度大；阶梯式梯田灌溉系统仅需要装载机挖填基坑，动用机械少，施工难度小。
5、灌溉水费对比：常规抽水站抽取每立方水耗电2.32度，电费1.16元/m3；阶梯式梯田灌溉系统为零耗能。
需要说明的是，梯级抽水机构并不局限于本实施例的结构，在其他实施例中，可以根据地形设置多级抽水机构，例如在另一个实施例中，设有一级抽水机构和二级抽水机构，一级抽水机构与沟底抽水机构连通，二级抽水机构与山顶蓄水机构连通。
应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种阶梯式梯田灌溉系统，其特征在于，包括：
山顶蓄水机构，用于存储灌溉用水并将灌溉用水输送至灌溉区域；
梯级抽水机构，用于向所述山顶蓄水机构输送灌溉用水；
沟底抽水机构，用于向所述梯级抽水机构提供灌溉用水；
所述梯级抽水机构和沟底抽水机构均通过光伏电站供电。
2.根据权利要求1所述的阶梯式梯田灌溉系统，其特征在于，所述光伏电站包括与沟底抽水机构对应设置的沟底光伏站、以及与所述梯级抽水机构对应设置的梯级光伏站。
3.根据权利要求2所述的阶梯式梯田灌溉系统，其特征在于，所述沟底光伏站包括阵列分布的沟底光伏板、以及与所述沟底光伏板的输出端电连接的沟底逆变器，所述沟底逆变器与沟底抽水机构电连接；
所述梯级光伏站包括阵列分布的梯级光伏板、以及与所述梯级光伏板的输出端电连接的梯级逆变器，所述梯级逆变器与梯级抽水机构电连接。
4.根据权利要求3所述的阶梯式梯田灌溉系统，其特征在于，所述沟底抽水机构包括沟底进水池、以及设置在所述沟底进水池内的沟底水泵，所述沟底水泵与所述沟底逆变器电连接，所述沟底水泵的输出端通过沟底上水管与所述梯级抽水机构连通。
5.根据权利要求4所述的阶梯式梯田灌溉系统，其特征在于，所述梯级抽水机构包括调蓄水罐、以及设置在所述调蓄水罐内的梯级水泵；
所述沟底上水管的输出端延伸至调蓄水罐的顶部，所述梯级逆变器与梯级水泵电连接，所述梯级水泵的输出端通过梯级上水管与山顶蓄水机构连通。
6.根据权利要求5所述的阶梯式梯田灌溉系统，其特征在于，所述山顶蓄水机构包括装配式可扩容蓄水池，所述梯级上水管的输出端延伸至装配式可扩容蓄水池的顶部。
7.根据权利要求6所述的阶梯式梯田灌溉系统，其特征在于，所述沟底进水池、调蓄水罐、以及装配式可扩容蓄水池均为地埋式结构。
8.根据权利要求6所述的阶梯式梯田灌溉系统，其特征在于，所述沟底上水管延伸入调蓄水罐的端部连接有第一浮球阀，所述梯级上水管延伸入装配式可扩容蓄水池的端部连接有第二浮球阀。
9.根据权利要求8所述的阶梯式梯田灌溉系统，其特征在于，所述阶梯式梯田灌溉系统还包括控制系统，所述控制系统包括用于控制调蓄水罐以及装配式可扩容蓄水池内液位的液位控制单元，以及用于远程控制沟底光伏站、梯级光伏站启停的光伏电站控制单元。
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