一種節能環保的負壓灌溉自動調控系統的製作方法

2023-06-13 08:00:41

本實用新型涉及灌溉自動調控系統，具體說，是一種節能環保的負壓灌溉自動調控系統.

背景技術：

灌溉技術的發展，在經歷了農耕時代的天澆、地流、漫灌等落後的技術，國內外發展出了許多新型的灌溉技術，比如滴灌、噴灌以及負壓灌溉等。然而世界水資源的減少，以及人類對灌溉的精準要求也越來越高，現有的技術也無法全方面的解決這些問題。

傳統的滴灌技術滴頭以水滴的形式緩慢均勻的滴入作物根部土壤，可以有效的減少土壤水分的無效蒸發，它還可以及時的為作物供肥，省水省功。但是滴灌系統造價較高，雜質和礦物質的沉澱也會影響毛管滴頭堵塞，必須經常維修更換管道以保證系統的正常使用。其次，滴灌的均勻度也不易保證，灌水量較小，容易造成鹽分的累積。

噴灌可以有效的作用在許多大田作物，它對地形以及土壤的適應性也比較強，其機械化特點使得農田灌溉從傳統的人工作業轉向了自動化作業，極大的節省了人力資源，加快了農業現代化的發展。但是由於噴灌技術受限於天氣條件，在多風或者蒸發強烈的地區無法發揮其作用。其次，造價昂貴，節水效益不強。

負壓灌溉是一種水源低於灌水器高程，以土壤動力學為理論基礎的技術。它可以實現節水節能的效果，但是由於前人學者大部分採用的是陶土板作為灌水器，以至於灌溉不均勻，而且由於陶土板直接與土壤接觸導致滲水孔隙經常被堵塞，應用前景不是很理想。

技術實現要素：

本實用新型所要解決的技術問題是，提供一種灌水器不堵塞、灌溉均勻的節能環保的負壓灌溉自動調控系統。

為了解決上述技術問題，本實用新型採用的技術方案是：一種節能環保的負壓灌溉自動調控系統，包括水箱、恆定水位控制器、進水管道、測壓管、陶土管、出水管道、纖維網、循環水水池；陶土管埋在土壤中，水箱的最高水位低於陶土管的位置，陶土管的一端通過進水管道與水箱連通，在進水管道上設置有測壓管，恆定水位控制器與水箱底部相連，控制水箱的水面處於恆定的高程，陶土管另一端通過出水管道連接到循環水水池，陶土管的外側包有纖維網。

在出水管道上還設置有閥門和用於排儘管道內空氣的水泵。

所述恆定水位控制器包括密封的供水容器、位於容器頂部的注水口和位於容器下部的進氣口，進氣口的高度與水箱液面保持同一高程。

本實用新型的有益效果是：通過對現有技術的負壓灌溉技術進行改進，在保證其節水節能的基礎上，解決灌水器堵塞、灌溉不均勻、管道不耐腐蝕等問題，而且實現灌溉的自動調控，相比以往的灌溉系統更加完善，利於推廣。

附圖說明

圖1是本實用新型的節能環保的負壓灌溉自動調控系統的結構示意圖。

圖2是圖1中A-A剖面圖。

圖3本實用新型的系統的試驗溼潤峰變化圖。

圖4本實用新型的系統的試驗管旁含水率變化圖。

圖5本實用新型的系統的試驗灌水量變化圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本實用新型作進一步詳細說明：

如圖1、2所示，本實用新型的節能環保的負壓灌溉自動調控系統，包括水箱10、恆定水位控制器1、進水管道2、測壓管3、陶土管4、出水管道12、纖維網7、循環水水池11；陶土管4埋在土壤中，水箱10的最高水位低於陶土管4的位置，陶土管4的一端通過進水管道2與水箱10連通，在進水管道2上設置有測壓管3，恆定水位控制器1與水箱10底部相連，控制水箱的水面處於恆定的高程，陶土管4的另一端通過出水管道12連接到循環水水池11，陶土管4的外側包有纖維網7。

在出水管道12上還設置有閥門5和用於排儘管道內空氣的水泵6。

所述恆定水位控制器1包括密封的供水容器、位於容器頂部的注水口8和位於容器下部的進氣口9，進氣口9的高度與水箱10液面保持同一高程。

具體地說，恆定水位控制器1的主要作用是可以控制系統水源的水面處於恆定的高程，保證負壓所需的一定水源高程。進水管道2主要作用是引導水流通過陶土管。測壓管3的主要作用是可以隨時觀測到管道中水壓的變化情況，而且可以檢測灌水系統是否正常運轉。陶土管4(Ceramic，USA)具有管狀特性，本身可以作為管道的一部分，具備透水不透氣的性能，並且利用土壤基質勢將水直接輸送到土壤中去。這種灌水器不僅能夠灌溉，還可以控制土壤含水量，使土壤含水率時刻保持在最適宜作物生長的數值，實現自動調控，節水節能的效果。閥門5的主要作用是控制出水管道。水泵6的主要作用是排儘管道內的空氣。試驗證明長期運轉下，由於天然水中存在微小氣泡，導致陶土管內壁會累集空氣，使得灌水效率降低，所以需要定期排氣。纖維網7的主要作用是使得陶土管灌水器與土壤接觸更加良好，解決輸水管被土壤小顆粒堵塞的情況。

下面，按照本實用新型的技術方案設計的實驗室裝置，測試本實用新型的使用效果數據，恆定水位控制器採用馬氏瓶，具體方法如下：

1試驗目的

探究本實用新型自動調控系統在實際上可以達到預期目標。

2試驗材料

長寬30cm×30cm，高20cm的有機玻璃土箱一個；小水箱一個；有機玻璃管若干；三通一個；直徑為1cm的陶土管；風乾土分層填入土箱，容重1.68g/cm3，飽和含水率22.15％(質量百分數)；小水泵一臺；

3試驗方法

首先將馬氏瓶安裝完成，需要保證馬氏瓶工作正常，密封良好。將水箱內水填充到與馬氏瓶進氣口一個水平面。將纖維網緊密纏繞在陶土管周圍。連接測壓管、陶土管、閥門與水泵，測試裝置氣密性。調整土箱與測壓管位置，使得水面位置在測壓管標尺範圍之內，便於讀數。分層填入土壤。開啟閥門，啟動水泵，當輸水管道中的空氣全部排盡後，關閉閥門。觀測到測壓管中液面高度與水箱水面一致，並且記錄讀數。通過觀測馬氏瓶中水面的變化可以觀測到灌水量的變化。通過測壓管中液面的變化可以得出陶土管中負壓值，也可以檢測出系統是否處於正常狀態。定期開啟閥門，開啟水泵將管內集聚的氣體排出，排出的水可以循環使用，節約水資源。

採用上述的方式安裝系統，陶土管距離水源水面14cm。每日測兩次土壤含水率、土壤溫度、電導率以及馬氏瓶水量變化。

4實驗結果

4.1溼潤峰變化情況

如圖3所示，溼潤峰隨著時間的變化逐漸變大，並且溼潤峰變化均勻，說明灌溉系統灌水均勻。

4.2土壤含水率變化情況

如圖4所示，在陶土管旁土壤含水率逐漸增大，最後保持在0.2cm3/cm3左右，說明灌水系統可以自動調控土壤中含水率。

4.3灌水量變化情況

如圖5所示，灌水量與時間呈線性變化，相關係數十分接近1。說明系統可以實現負壓灌溉，並且灌水量十分均勻。

5試驗結論

試驗證明本實用新型的系統可以實現灌溉目的，並且根據溼潤峰變化以及灌水量的變化可以得出本系統灌溉範圍均勻。根據含水率的變化可以得知可以實現灌溉的自我調控。在實際中不需要外界動力，在一定的負壓水頭下採用此種陶土管負壓灌溉系統可以有效的解決許多其他灌溉技術存在的問題。

本實用新型的陶土管本身便是管道的一部分並且在其表面加上一層纖維，不會出現毛管堵塞的情況，而且在管狀結構的供水器下，灌溉水分十分均勻的深入土壤中，利用作物吸收。噴灌受限於天氣條件，風大及蒸發大地區不易採用。然而採用地下滲入的方式則有效的解決了這個問題。另一方面，此種陶土管負壓灌溉系統也可以實現對灌水量大小，土壤含水率的自動調控，可以使得土壤含水率始終保持在作物生長所需最適宜的數值，應用前景十分廣闊。

以上所述的實施例僅用於說明本實用新型的技術思想及特點，其目的在於使本領域內的技術人員能夠理解本實用新型的內容並據以實施，不能僅以本實施例來限定本實用新型的專利範圍，即凡本實用新型所揭示的精神所作的同等變化或修飾，仍落在本實用新型的專利範圍內。