專利名稱：一種負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置，它是將供水壓設(shè)定為負(fù)值，實(shí)現(xiàn)灌溉過程中土壤含水量的持續(xù)精確控制，從而使土壤的水氣條件恒定在促進(jìn)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和品質(zhì)的水平，同時(shí)通過限制土壤濕潤體積而抑制土表蒸發(fā)和地下滲漏，節(jié)約灌溉水資源，提高肥料利用率，降低灌溉設(shè)備使用過程中對(duì)農(nóng)民的技術(shù)要求。
背景技術(shù)：
目前，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)采用或推廣的所有節(jié)水灌溉技術(shù)，如噴灌、微灌、滴灌、地下滴灌、分根區(qū)交替灌溉等，均是基于供水壓力為正水頭的灌溉，部分土體總會(huì)在灌溉后達(dá)到水分飽和，導(dǎo)致土壤必須經(jīng)歷在一定范圍內(nèi)干濕交替。土壤含水量的過度波動(dòng)會(huì)使植物遭受旱澇脅迫，增加病蟲害的發(fā)生，導(dǎo)致硝態(tài)氮被淋移出作物根區(qū)以外。為避免土壤水分的過度波動(dòng)，需要通過檢測(cè)植物生理參數(shù)、土壤的水分參數(shù)以及許多氣象參數(shù)來計(jì)算和預(yù)測(cè)合適的灌溉時(shí)間和灌水量，而這些測(cè)定和計(jì)算方法就我國農(nóng)民目前的文化水平而言是很不容易接受的，從而影響了這些灌溉技術(shù)的推廣和實(shí)際應(yīng)用中的節(jié)水效果。

發(fā)明內(nèi)容
通過將供水壓力控制在負(fù)水頭進(jìn)行灌溉，實(shí)現(xiàn)土壤含水量的精確和持續(xù)控制，我們將其定義為負(fù)水頭灌溉技術(shù)。當(dāng)基于供水壓力為負(fù)水頭進(jìn)行灌溉供水，土壤含水量永遠(yuǎn)呈非飽和狀態(tài)，可抑制土表濕潤導(dǎo)致的無效蒸發(fā)和地下滲漏導(dǎo)致的無效灌溉和養(yǎng)分流失；由于植物的生長發(fā)育與土壤含水量關(guān)系密切，通過負(fù)水頭灌溉技術(shù)精確控制土壤含水量有顯著提高作物生產(chǎn)力的潛力。由于負(fù)水頭灌溉技術(shù)使土壤含水量直接控制在目標(biāo)含水量，不需要進(jìn)行灌溉時(shí)間和灌溉量決策，易于農(nóng)民使用。特別是在薄層土壤、沙土和黏土以及設(shè)施栽培中，負(fù)水頭灌溉技術(shù)有很大的應(yīng)用潛力。
目前，常用的灌溉方式都是正水頭灌溉，水源可以采用常壓水。常用供水器有噴頭、滴管、滲灌帶以及滲灌管等，由于灌溉系統(tǒng)是在正水頭下進(jìn)行灌溉，水體有一定的流速，因此水中的少許氣體可以夾雜在水體中排出，不用進(jìn)行氣體的收集。為了保證負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)成功運(yùn)行，需要給灌溉系統(tǒng)提供持續(xù)的有一定負(fù)壓的灌溉水，常見的取水方式都不能滿足要求。當(dāng)進(jìn)行負(fù)水頭灌溉時(shí)，主要是靠土壤從供水器中吸水，灌溉系統(tǒng)中的水體流速非常慢，由于水的生化作用而產(chǎn)生氣體，用常用的供水器則不能很好的讓水、氣分離，則水體中的氣體無法正常的從水體中分離而排出，因此導(dǎo)致了負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)無法正常運(yùn)行。為了解決這些問題，該負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)涉及一種負(fù)水頭供水裝置和供水板，負(fù)水頭供水裝置能直接將灌溉水壓便利地調(diào)控到設(shè)計(jì)的負(fù)水頭值，持續(xù)地提供滿足灌溉要求的灌溉水。而供水板作為供水器能有效的使供水器中的水、氣分離，便于由于供水器中水的生化作用產(chǎn)生氣體的排出。由于負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置是個(gè)密封的系統(tǒng)，從供水板排出的氣體需要進(jìn)行收集，否則整個(gè)系統(tǒng)將由于氣體的聚積而失敗，于是設(shè)計(jì)了一種負(fù)水頭灌溉集氣裝置，該裝置能讓供水板中逸出的氣體匯集到集氣筒中，并且可以通過與集氣裝置相連的抽氣裝置將氣體抽出，保證了負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)的正常運(yùn)行。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是該負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置主要分為負(fù)水頭供水裝置、負(fù)水頭灌溉集氣室和負(fù)水頭灌溉用供水板三部分。
負(fù)水頭供水裝置由浮球開關(guān)裝置4、密封圓柱容器6、吸水管5、消能圓板25和盛水容器3組成，在盛水容器3里面裝上浮球開關(guān)裝置，用進(jìn)水管2接在灌溉水龍頭1上，其作用主要是將容器中的水面在灌溉的過程中維持在設(shè)計(jì)值；在密封圓柱容器6上頂面裝上一根細(xì)的吸水管5插入到盛水容器3中，圓柱容器6下面用管7連接到密封圓柱體9上，消能圓板25裝在圓柱容器6下底面，用來消除從吸水管5中流出水體的能量，通過調(diào)整密封圓柱容器6傾斜的角度θ(0-90°)來調(diào)整供水負(fù)壓值；水源經(jīng)過這部分裝置的調(diào)節(jié)，可以持續(xù)地提供灌溉系統(tǒng)一定負(fù)壓的灌溉水。
負(fù)水頭灌溉集氣裝置是一個(gè)密封圓柱體9，在密封圓柱體9側(cè)面鉆兩個(gè)小孔，用兩頭彎曲成90°角的透明有機(jī)玻璃管10連接密封，用來觀測(cè)集氣筒內(nèi)的水位，靠近密封圓柱體9下側(cè)面鑲上兩個(gè)帶有密封閥8的連通管7和導(dǎo)水管11，在密封圓柱體9的上密封面裝有兩個(gè)帶有密封閥8的管16、17，分別與抽氣裝置和充水裝置相連，當(dāng)密封圓柱體9內(nèi)水位較低、氣體較多時(shí)，用連接的抽氣裝置抽氣，而連接的充水裝置則用來給集氣筒內(nèi)充滿水。
負(fù)水頭灌溉用供水板是由PVC板19、鐵絲網(wǎng)24、薄棉22、有機(jī)玻璃條18、PVC軟片20、有機(jī)玻璃塊23和滲透膜21組成的密封矩形容器，在容器的上頂角處嵌入一根管道13與供水板14相通，用于與滲灌系統(tǒng)的集氣裝置相連。供水板14的一面為滲透膜21，在灌溉時(shí)與土壤相接觸，便于水從供水板中被干燥的土壤吸出而阻止空氣進(jìn)入供水板，鐵絲網(wǎng)24作為滲透膜的支撐面則平鋪在滲透膜21下面，為了防止?jié)B透膜被鐵絲網(wǎng)劃破，在鐵絲網(wǎng)和滲透膜之間墊上一層薄棉22，鐵絲網(wǎng)24和PVC板19之間間隔的放置一些有機(jī)玻璃塊23，起支撐鐵絲網(wǎng)的作用，滲透膜上邊緣粘貼在PVC軟片20邊緣，PVC軟片給水氣界面的形成提供一個(gè)場(chǎng)所，供水板的四周則用有機(jī)玻璃條18密封。供水板的滲透膜也可以用微孔陶瓷板或者微孔有機(jī)板26代替，在此種情況下，則不需要鐵絲網(wǎng)24和薄棉22，且有機(jī)玻璃塊23的密度可以降低。
本發(fā)明的有益效果是，該裝置能實(shí)現(xiàn)土壤含水量的精確和持續(xù)控制，可抑制土表濕潤導(dǎo)致的無效蒸發(fā)和地下滲漏導(dǎo)致的無效灌溉和養(yǎng)分流失，有顯著提高作物生產(chǎn)力的潛力，易于農(nóng)民使用。特別使在薄層土壤、沙土和黏土以及設(shè)施栽培中，負(fù)水頭灌溉技術(shù)有很大的應(yīng)用能力。


圖1負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置結(jié)構(gòu)2負(fù)水頭灌溉用供水板14整體3負(fù)水頭灌溉用供水板A-A剖面圖以及各部件4負(fù)水頭灌溉用供水板14的另一實(shí)施例的整體5為圖4供水板B-B剖面圖1為灌溉水龍頭，2為進(jìn)水管，3為盛水容器，4為浮球開關(guān)裝置，5為吸水管6為密封圓柱容器，7為連通管，8為密封閥，9為密封圓柱體10為透明有機(jī)玻璃管，11為導(dǎo)水管，12為主干管，13為管道，14為供水板15為水位線，16為與抽氣裝置相連的管，17為與補(bǔ)水裝置相連的管18為有機(jī)玻璃條，19為PVC板，20為PVC軟片，21為滲透膜22為薄棉，23為有機(jī)玻璃塊，24為鐵絲網(wǎng)，25為消能圓板，26為微孔陶瓷板或微孔有機(jī)板。
具體實(shí)施例方式
實(shí)施例一負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置是一個(gè)密封的系統(tǒng)。首先將供水板14豎直或者以傾角θ(60°-90°)埋在土壤內(nèi)，供水板滲透膜面朝上，然后按照?qǐng)D1負(fù)水頭灌溉裝置結(jié)構(gòu)圖安裝負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)。安裝完畢，關(guān)閉連通管7和導(dǎo)水管11上的密封閥8，打開灌溉水龍頭1和與補(bǔ)水裝置相連的管17，分別給盛水容器3和密封圓柱體9補(bǔ)水，從透明有機(jī)玻璃管10可以觀測(cè)密封圓柱體9內(nèi)的水位，當(dāng)密封圓柱體9充滿水后，關(guān)閉管17上的密封閥，同時(shí)打開導(dǎo)水管11上的密封閥8給主干管12、管道13和供水板14充滿水。由于密封圓柱體9給供水板14沖水是在密封的系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行，供水板14、管道13和主干管12將會(huì)被水慢慢地充滿，而氣體逐漸聚集到密封圓柱體9內(nèi)。當(dāng)供水板14補(bǔ)滿水后，打開連通管7上的密封閥8，如圖1負(fù)水頭灌溉裝置結(jié)構(gòu)圖，灌溉水經(jīng)由浮球開關(guān)裝置4進(jìn)入盛水容器3，當(dāng)水面達(dá)到一定的高度后，浮球開關(guān)裝置4將阻止灌溉水的進(jìn)入，而當(dāng)盛水容器3里水面下降后，灌溉水又將通過浮球開關(guān)裝置4進(jìn)入到盛水容器3，這部分的作用是控制水面高度，在密封圓柱容器6上面插入一根細(xì)的吸水管5，吸水管5另一端放在盛水容器3中，密封圓柱容器6和密封圓柱體9通過帶有密封閥8的連通管相連，當(dāng)打開連通管7上的密封閥8，由于密封圓柱體9里面是一定的負(fù)壓，剛開始，密封圓柱容器6中的氣體將不斷的經(jīng)由連通管7進(jìn)入到密封圓柱體9中，隨著密封圓柱體9內(nèi)水不斷的減少，壓強(qiáng)不斷的降低，密封圓柱容器6中的氣體不斷地聚積到密封圓柱體9中，同時(shí)，密封圓柱容器6中的壓強(qiáng)不斷減小，盛水容器3中的水開始通過吸水管5進(jìn)入到密封圓柱容器6中，消能圓板25裝在圓柱容器6下地面，用來消除從吸水管5中流出水體的能量，當(dāng)密封圓柱容器6中的水面開始上升，上升到淹沒連通管7，隨著灌溉的不斷進(jìn)行，密封圓柱容器6中的水進(jìn)入密封圓柱體9，而盛水容器3中水通過吸水管5進(jìn)入到密封圓柱容器6中，當(dāng)盛水容器3中的水面下降時(shí)，灌溉水將通過浮球開關(guān)裝置4進(jìn)入到盛水容器3。這樣整個(gè)負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)就能正常地運(yùn)行，此時(shí)負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置的負(fù)水頭值為-Δh(如圖1所示)，為了滿足不同情況下的灌溉要求，可以將密封圓柱容器6傾斜一個(gè)角度θ，此時(shí)負(fù)水頭值為h＝-Δhsinθ。
實(shí)施例二該負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)與實(shí)施例一的區(qū)別，在于供水板采用微孔陶瓷板或微孔有機(jī)板26代替了滲透膜材料，如圖4和圖5所示。系統(tǒng)具體的實(shí)施方式與實(shí)施例一系統(tǒng)相同。
權(quán)利要求
1.一種負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置，其特征是，該負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置分為負(fù)水頭供水裝置、負(fù)水頭灌溉集氣室和負(fù)水頭灌溉用供水板三部分，它是將供水壓設(shè)定為負(fù)值，實(shí)現(xiàn)灌溉過程中土壤含水量的持續(xù)精確控制，從而使土壤的水氣條件恒定在促進(jìn)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和品質(zhì)的水平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置，其特征是負(fù)水頭供水裝置由浮球開關(guān)裝置(4)、密封圓柱容器(6)、吸水管(5)和盛水容器(3)組成，在盛水容器(3)里面裝上浮球開關(guān)裝置(4)，用進(jìn)水管(2)接在灌溉水龍頭(1)上，在密封圓柱容器(6)上頂面裝上一根細(xì)的吸水管(5)插入到盛水容器(3)中，圓柱容器(6)下面用管(7)連接到密封圓柱體(9)上，圓柱容器(6)下地面裝有消能圓板(25)，通過調(diào)整密封圓柱容器(6)傾斜的角度θ(0-90°)來調(diào)整供水負(fù)壓值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置，其特征是負(fù)水頭灌溉集氣裝置是一個(gè)密封圓柱體(9)，在密封圓柱體(9)側(cè)面鉆兩個(gè)小孔，用兩頭彎曲成90°角的透明有機(jī)玻璃管(10)連接密封，靠近密封圓柱體(9)下側(cè)面鑲上兩個(gè)帶有密封閥(8)的連通管(7)和導(dǎo)水管(11)，在密封圓柱體(9)的上密封面裝有兩個(gè)帶有密封閥(8)的管(16)、(17)，分別與抽氣裝置和充水裝置相連。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置，其特征是負(fù)水頭灌溉用供水板是由PVC板(19)、鐵絲網(wǎng)(24)、薄棉(22)、有機(jī)玻璃條(18)、PVC軟片(20)、有機(jī)玻璃塊(23)和滲透膜(21)組成的密封矩形容器，容器的上頂角處嵌入一根管道(5)與主干管(12)相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)裝置，其特征是負(fù)水頭灌溉用供水板的滲透膜也可以用微孔陶瓷板或者微孔有機(jī)板(26)代替，在此種情況下，則不需要鐵絲網(wǎng)(24)和薄棉(22)，且有機(jī)玻璃塊(23)的密度可以降低。
全文摘要
一種負(fù)水頭灌溉系統(tǒng)，其特征是將供水壓力控制在負(fù)水頭進(jìn)行灌溉，實(shí)現(xiàn)土壤含水量的精確和持續(xù)控制，我們將其定義為負(fù)水頭灌溉技術(shù)。系統(tǒng)主要分為負(fù)水頭供水裝置、集氣室和供水板三部分，負(fù)水頭供水裝置將來自灌溉水龍頭的常壓水直接轉(zhuǎn)化為一定負(fù)壓的灌溉水，集氣室用于采集灌溉過程中由灌溉水逸出的氣體，供水板用于給土壤供水，并可以在板內(nèi)形成氣、液兩相，利于氣相向集氣室的移動(dòng)。
文檔編號(hào)A01G25/16GK1788542SQ20051012397
公開日2006年6月21日 申請(qǐng)日期2005年11月25日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月25日
發(fā)明者薛緒掌, 趙春江, 鄒朝望, 王衛(wèi)光, 耿偉, 陳立平 申請(qǐng)人:北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心