CN212539660U - 灌排一体的暗管排水资源化利用实验装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种灌排一体的暗管排水资源化利用实验装置，其包括箱本体，在箱本体内下部水平布设排水暗管；排水暗管上开设暗管水孔；箱本体的侧壁上还开设有传感器插孔和测压孔，分别用于安装传感器与测压管；在箱本体内暗管的下方布设地下水暗管，与外部的地下水供水装置相连通；在箱本体的顶部沿水平方向平行布设若干条灌溉管，与外部的储水装置相连通。本实用新型结构简单，实用性强，使用可靠方便，实现了暗管排水和节水灌溉双重功能，可用于室内暗管排水模拟实验、暗管排水资源化利用实验研究，同时也可实现上灌下排条件下土壤水盐时空分布规律研究。

Description

灌排一体的暗管排水资源化利用实验装置

技术领域

本实用新型属于灌溉排水工程领域，具体涉及一种灌排一体的暗管排水资源化利用实验装置。

背景技术

盐碱化是引起耕地退化的重要障碍因子，已成为全球关注的农业与生态问题。我国现有各类可利用盐渍化土地约3600×10⁴hm²，占全国可利用土地面积的4.88％。新疆盐碱化耕地面积占总耕地面积的37.7％，其中80％以上为次生盐碱地，尤其南疆最为明显，南疆五地州(巴音郭楞蒙古自治洲、阿克苏地区、和田地区、喀什地区、克孜勒苏柯尔克孜洲)盐碱地面积占耕地面积平均为41.21％，高于全疆盐渍化面积31.48％，其中巴音郭楞蒙古自治洲盐碱地面积占耕地面积平均为54.91％、喀什地区为48.72％、阿克苏地区为43.27％、和田地区为32.09％，克孜勒苏柯尔克孜洲最小为22.02％。

1997第(农)八师开始实验推广使用滴灌技术，并将滴灌技术和地膜覆盖栽培技术有机的结合，形成了独特的新疆膜下滴灌配套技术，膜下滴灌技术的推广改变了早期明渠灌溉、明沟排水的灌排系统。长期膜下滴灌可造成了地下水位上升、土壤次生盐渍化加剧等新的农业生态环境问题，产生了新的水盐平衡关系，土壤次生盐渍化的治理也面临新的风险与挑战。

盐碱地改良措施有水利改良、化学改良、生物及农作技术改良。水利改良措施又包括明沟排水、井灌井排、暗管排水等措施。明沟排水占地面积较大，排水沟流沙塌坡，后期管理成本高等弊端，使其难以有效淋洗土壤盐分。暗管排水具有占地少，排水效果好等明显的优点是将来排水措施的主要发展方向，同时排水中含有K⁺、NO₃ ^-等有益离子，如果对排水进行资源化利用可节约淡水资源和减少肥料的使用。

南疆淡水资源匮乏，微咸水灌溉是节约淡水资源的一个有益发展方向。但是直接用暗管排水灌溉会使作物受到不同程度盐胁迫(王全儿，单鱼洋.微咸水灌溉与土壤水盐调控研究进展[J].农业机械学报，2015，46(12):117-126)，所以暗管排水淡化被认为是排水资源科学合理的利用方式。目前暗管排盐实验装置已有部分专利：申请号201720621601.3暗管排水实验装置、申请号201811113522.7灌排一体化农田暗管模拟装置及确定暗管组合的方法等专利，但是对于节水灌溉条件下暗管排水资源化利用实验装置还鲜有报道。

因此，需要研发一种灌排一体的、实现排水资源化利用的实验装置，促进节水灌溉技术条件下的暗管排水水资源化利用，为新疆盐碱地改良、节水灌溉及排水资源化利用提供新技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供适合新疆盐渍化土壤节水灌溉条件下暗管排水技术，并将排水进行资源化利用的结构简单、经济实用的一种灌排一体的暗管排水资源化利用实验装置，以解决南疆淡水资源短缺、盐碱地改良和排水资源化利用的问题。

本实用新型所采用的具体技术方案如下：

一种灌排一体的暗管排水资源化利用实验装置，其包括箱本体，所述箱本体为无顶的中空箱体，在箱本体内的下部沿水平方向平行布设若干条排水暗管；排水暗管上开设暗管水孔，用于收集排水；排水暗管的两端分别贯穿箱本体相对的两个侧壁，排水暗管与箱本体的连接处封闭；排水暗管的一端作为控制端，用塞体封堵，防止水流流出，另一端作为排水端，与排水连接管相连通，用于排出水流；在排水暗管的排水端处沿水流方向依次设有筛网和阀门，所述筛网将排水暗管的横截面完全覆盖，所述阀门用于控制排水端的开闭；所述箱本体的侧壁上还开设有传感器插孔和测压孔，分别用于安装传感器与测压管；

在箱本体内所述排水暗管的下方布设地下水暗管；地下水暗管的两端分别贯穿箱本体相对的两个侧壁，且均与外部的地下水供水装置相连通，地下水暗管上开设若干出水孔；所述箱本体内的底部铺设透水垫层，透水垫层将箱本体的底部完全覆盖，透水垫层的顶部低于所述排水暗管且高于所述地下水暗管；透水垫层的上部设有若干承土网，用于承接土壤；在箱本体的顶部沿水平方向平行布设若干条灌溉管，灌溉管上开设若干灌溉孔，各灌溉管之间相连通，并通过装有水泵的输水软管与外部的储水装置相连通，用于向灌溉管中输水。

作为优选，所述箱本体为有机玻璃材质，长宽高分别为150cm×60cm×55cm。

作为优选，所述塞体为木塞或橡胶塞中的一种，所述阀门为球阀，所述承土网为尼龙网；所述透水垫层采用透水材料，厚度为5cm。

作为优选，所述传感器插孔有多组，每组均包括土壤水分传感器插孔和土壤盐分传感器插孔；在箱本体两个短边所在的侧壁上均沿同一竖直方向均匀开设多组传感器插孔，用于安装土壤水分传感器和土壤盐分传感器以测量不同高度处的土壤水分和盐分指标。

作为优选，所述排水暗管为PVC材质，排水暗管上暗管水孔的开孔率不小于1000mm²/m；排水暗管外部包裹有无纺布，用于防止土壤杂质进入排水暗管。

作为优选，所述箱本体底部开设排水孔；排水孔上设有控制阀门，用于控制排水孔的开闭。

作为优选，所述地下水供水装置包括地下水供水硬管、地下水供水软管和马氏瓶，所述地下水暗管的两端均与地下水供水硬管相连通，地下水供水硬管通过地下水供水软管与马氏瓶相连通，用于向地下水暗管中供水。

作为优选，所述排水连接管的出水端处设有排水容器，用于承接排水。

作为优选，所述实验装置整体放置于可拆卸的钢架上，用于使实验装置保持水平。

作为优选，在所述箱本体的外部还设有太阳能供电装置，通过电线与实验装置中的耗电设备连接供电。

本实用新型相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本实用新型的实验装置结构简单、实用性强，使用可靠方便，实现了暗管排水和节水灌溉双重功能，可用于室内暗管排水模拟实验、暗管排水资源化利用实验研究，同时也可实现上灌下排条件下土壤水盐时空分布规律研究；为节水灌溉条件下考虑地下水特征的暗管排盐及排水资源化利用研究和室内模拟实验提供了可靠的实验装置；

2)暗管排水具有占地少、排水效果好等明显的优点，是将来排水措施的主要发展方向，同时排水中含有K⁺、NO₃ ^-等有益离子，如果对排水进行资源化利用，可节约淡水资源和减少肥料的使用；本实用新型的实验装置为节水灌溉条件下考虑地下水特征的暗管排盐及排水资源化利用研究和室内模拟实验提供了可靠的实验装置，可以提高肥料的利用效率，减少农业面源污染；排水资源化具有可观的经济、生态效益和广阔的应用前景，所以，该装置应用前景十分广泛。

附图说明

图1为本实用新型实验装置的结构示意图；

图2为本实用新型实验装置中排水暗管的结构示意图；

图3为本实用新型实验装置中地下水暗管的结构示意图；

图4为本实用新型实验装置中灌溉管的结构示意图；

图中：1、箱本体，101、排水孔，102、暗管插孔，103、传感器插孔，104、测压管，2、排水暗管，201、暗管水孔，202、标记指示线，203、筛网，204、球阀，205、排水连接管，206、排水软管，301、地下水供水硬管，302、地下水供水软管，303、马氏瓶，304、地下水暗管，401、排水容器，402、储水装置，501、输水软管，502、水泵，503、PVC管，504、三通，505、灌溉管，506、旁通。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步阐述和说明。本实用新型中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，为本实用新型的一种灌排一体的暗管排水资源化利用实验装置，该装置包括箱本体1、排水暗管2、地下水供水装置和灌溉管505，其中，地下水供水装置包括地下水供水硬管301、地下水供水软管302和马氏瓶303。各部件的具体组成及相互间的配合关系下面将进行具体说明：

箱本体1为无顶的箱体，内部中空构成腔室，箱本体1可以为方形结构，长宽高分别为150cm×60cm×55cm。箱本体1可以由有机玻璃制成。在箱本体1的底部开设有排水孔101，排水孔101将箱本体1的底部贯穿，排水孔101外接排水管，用于将箱本体1内多余的水流排出。排水管上设有控制阀门，用于控制排水孔101的开闭，以便在实验过程中保持排水孔101的关闭，实验结束后根据需要开启排水孔101，以排出箱本体1内的水流。

在箱本体1长边所在的两个相对的侧面下部，分别对应开设有一排三列的暗管插孔102，即共有三组位置对应的暗管安装孔。在箱本体1内的下部沿水平方向平行布设三条排水暗管2，每条排水暗管2的两端分别贯穿上述对应侧面位置的暗管插孔102，排水暗管2的外径小于暗管插孔102的内径，排水暗管2与箱本体1的连接处封闭。在实际应用时，可以将排水暗管2与箱本体1的连接处缠绕有橡胶止水带，同时，插入式暗管2两端与箱本体接触处均可以刻设标记指示线202，以便当排水暗管2工作时，根据插入式暗管2两端的标记指示线202位置设置限位器对插入式暗管2进行限位，以保证排水暗管2在工作时不移位，更加确保了其密封性。

如图2所示，该排水暗管2可以由PVC管制成，排水暗管2上开设暗管水孔201，用于收集箱本体1内的排水。排水暗管2上暗管水孔201的开孔率不小于1000mm²/m。在使用时，在排水暗管2的外部还包裹有无纺布，用于防止土壤杂质进入排水暗管2。排水暗管2的一端作为控制端，用木塞或橡胶塞封堵，防止水流流出，另一端作为排水端，与排水连接管205相连通，用于排出排水暗管2内的水流。在实际应用时，在排水连接管205的末端还可以连接有一段排水软管206，排水软管206的下方承接有排水容器401，以便使排水更加方便的落入排水容器401中，以承接排水。在排水暗管2的排水端处，沿水流方向依次设有筛网203和阀门204。筛网203将排水暗管2的横截面完全覆盖，以便充分过滤排出排水暗管2的水流。阀门204可以为球阀，用于控制排水端的开闭。

箱本体1的侧壁上还开设有传感器插孔103和测压孔，分别用于安装传感器与测压管104。其中，传感器插孔103可以设置为多组，每组传感器插孔103均包括土壤水分传感器插孔和土壤盐分传感器插孔。在箱本体1两个短边所在的侧壁上，均沿同一竖直方向均匀开设多组传感器插孔103，用于安装土壤水分传感器和土壤盐分传感器，以测量不同高度处的土壤水分和盐分指标。测压管104用于测量地下水的水位情况，以便实时控制。

如图3所示，在箱本体1内、排水暗管2的下方布设有地下水暗管304，地下水暗管304的两端分别贯穿箱本体1相对的两个侧壁，且地下水暗管304的两端均与外部的供水装置相连通。地下水暗管304上沿长度方向均匀开设多个出水孔，以使地下水出水均匀，更真实的还原实验中的地下水环境。供水装置包括地下水供水硬管301、地下水供水软管302和马氏瓶303，地下水暗管304的两端均伸出箱本体1的侧壁，并与外部的地下水供水硬管301相连通，地下水供水硬管301通过地下水供水软管302与马氏瓶303相连通，用于向地下水暗管304中供水。在地下水供水硬管301上设有阀门用于控制管路开闭。

箱本体1内的底部铺设有透水垫层，透水垫层采用透水材料，厚度为5cm。透水垫层将箱本体1的底部完全覆盖，透水垫层的顶部低于排水暗管2且高于地下水暗管304。透水垫层的上部在不同高度处设有均承土网，用于承接土壤，该承土网可以为尼龙网。

如图4所示，在箱本体1的顶部沿水平方向平行布设多条灌溉管505，该灌溉管505可以采用毛管，灌溉管505上均匀开设有多个灌溉孔，用于向箱本体1中均匀灌溉布水。各灌溉管505通过带球阀的旁通506与PVC管503相连通，PVC管503与各灌溉管505垂直放置，起到配水作用。PVC管503通过三通504和装有水泵502的输水软管501相连通，继而与外部的储水装置402相连通，用于向灌溉管505中输水。该储水装置402中储存的灌溉用水可以为排水容器401中排出的水流与淡水混合后得到的混合液，混合液的浓度可以根据需要进行调配。这样可以使排水容器401中排出的水流得到了充分利用。

为了便于操作，实际生产该装置时，可以将实验装置的整体放置于可拆卸的钢架上，用于使实验装置保持水平。在箱本体1的外部还设有太阳能供电装置，通过电线与实验装置中的耗电设备连接供电，太阳能经过太阳能板将光能转化为电能储存在蓄电容器中，蓄电容器与实验装置中的耗电设备连接供电。耗电设备包括水泵502以及后续安装使用的土壤水分传感器和土壤盐分传感器。

上述装置在使用时的具体操作如下：

S1：将田间分层所取的原状土进行风干、过2mm土筛，同时分层测定原状土的干容重，以获得原状土的背景值。将处理后的原状土保存备用。

S2：在箱本体1的底部装填5cm厚的强透水材料，使地下水暗管304埋设于强透水材料中。在强透水材料上部的不同高度处分别放置多层承土网，按照S1中分层采集的原状土的次序填装至各层承土网上。

S3：打开各阀门，使储水装置402的灌溉水能通过灌溉管505进入箱本体1、马氏瓶303内的地下水能通过地下水暗管304进入箱本体1、排水暗管2中的排水能流入排水容器401中储存。

S4：在S3中，地下水的水位可以通过位于箱本体1侧面的测压管来确定，并通过控制地下水供水硬管301上的阀门来调节。在S3进行中，可以通过测量排水容器401中储存的排水矿化度，来计算排水与淡水混合配比，从而使混合后的混合液满足灌溉水要求。

S5：在排水暗管2排水前、排水中和排水后，分别用土壤水分传感器和土壤盐分传感器对土壤指标进行监测，同时定期采用小型土钻对不同高度处的实验土壤进行取样。

本实用新型的装置可以同时实现节水灌溉、灌排一体和排水资源化利用，与现有技术相比，本装置实现了暗管排水和节水灌溉双重功能，可用于室内暗管排水模拟实验、暗管排水资源化利用实验研究，同时也可实现上灌下排条件下土壤水盐时空分布规律研究。暗管排水具有占地少，排水效果好等明显的优点是将来排水措施的主要发展方向，同时排水中含有K⁺、NO₃ ^-等有益离子，如果对排水进行资源化利用可节约淡水资源和减少肥料的使用。为节水灌溉条件下考虑地下水特征的暗管排盐及排水资源化利用研究和室内模拟实验提供了可靠的实验装置，可以提高肥料的利用效率，减少农业面源污染。排水资源化具有可观的经济、生态效益和广阔的应用前景，所以，该装置应用前景十分广泛。

以上所述的实施例只是本实用新型的一种较佳的方案，然其并非用以限制本实用新型。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种灌排一体的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，包括箱本体(1)，所述箱本体(1)为无顶的中空箱体，在箱本体(1)内的下部沿水平方向平行布设若干条排水暗管(2)；排水暗管(2)上开设暗管水孔(201)，用于收集排水；排水暗管(2)的两端分别贯穿箱本体(1)相对的两个侧壁，排水暗管(2)与箱本体(1)的连接处封闭；排水暗管(2)的一端作为控制端，用塞体封堵，防止水流流出，另一端作为排水端，与排水连接管(205)相连通，用于排出水流；在排水暗管(2)的排水端处沿水流方向依次设有筛网(203)和阀门(204)，所述筛网(203)将排水暗管(2)的横截面完全覆盖，所述阀门(204)用于控制排水端的开闭；所述箱本体(1)的侧壁上还开设有传感器插孔(103)和测压孔，分别用于安装传感器与测压管(104)；

在箱本体(1)内所述排水暗管(2)的下方布设地下水暗管(304)；地下水暗管(304)的两端分别贯穿箱本体(1)相对的两个侧壁，且均与外部的地下水供水装置相连通，地下水暗管(304)上开设若干出水孔；所述箱本体(1)内的底部铺设透水垫层，透水垫层将箱本体(1)的底部完全覆盖，透水垫层的顶部低于所述排水暗管(2)且高于所述地下水暗管(304)；透水垫层的上部设有若干承土网，用于承接土壤；在箱本体(1)的顶部沿水平方向平行布设若干条灌溉管(505)，灌溉管(505)上开设若干灌溉孔，各灌溉管(505)之间相连通，并通过装有水泵(502)的输水软管(501)与外部的储水装置(402)相连通，用于向灌溉管(505)中输水。

2.根据权利要求1所述的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，所述箱本体(1)为有机玻璃材质，长宽高分别为150cm×60cm×55cm。

3.根据权利要求1所述的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，所述塞体为木塞或橡胶塞中的一种，所述阀门(204)为球阀，所述承土网为尼龙网；所述透水垫层采用透水材料，厚度为5cm。

4.根据权利要求1所述的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，所述传感器插孔(103)有多组，每组均包括土壤水分传感器插孔和土壤盐分传感器插孔；在箱本体(1)两个短边所在的侧壁上均沿同一竖直方向均匀开设多组传感器插孔(103)，用于安装土壤水分传感器和土壤盐分传感器以测量不同高度处的土壤水分和盐分指标。

5.根据权利要求1所述的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，所述排水暗管(2)为PVC材质，排水暗管(2)上暗管水孔(201)的开孔率不小于1000mm²/m；排水暗管(2)外部包裹有无纺布，用于防止土壤杂质进入排水暗管(2)。

6.根据权利要求1所述的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，所述箱本体(1)底部开设排水孔(101)；排水孔(101)上设有控制阀门，用于控制排水孔(101)的开闭。

7.根据权利要求1所述的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，所述地下水供水装置包括地下水供水硬管(301)、地下水供水软管(302)和马氏瓶(303)，所述地下水暗管(304)的两端均与地下水供水硬管(301)相连通，地下水供水硬管(301)通过地下水供水软管(302)与马氏瓶(303)相连通，用于向地下水暗管(304)中供水。

8.根据权利要求1所述的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，所述排水连接管(205)的出水端处设有排水容器(401)，用于承接排水。

9.根据权利要求1所述的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，所述实验装置整体放置于可拆卸的钢架上，用于使实验装置保持水平。

10.根据权利要求1所述的暗管排水资源化利用实验装置，其特征在于，在所述箱本体(1)的外部还设有太阳能供电装置，通过电线与实验装置中的耗电设备连接供电。

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