專利名稱：基于輸水量自動(dòng)控制材料的灌溉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種灌溉系統(tǒng)，尤其涉及一種基于輸水量自動(dòng)控制材料的灌溉系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的灌溉方法主要有漫灌、澆灌、噴灌、滴灌、微灌、滲灌、負(fù)壓灌溉 等方法和基于土壤吸力、土壤變化、生物形態(tài)等特征的自動(dòng)控制技術(shù)合成的自動(dòng) 灌溉方法。主要問(wèn)題在于這些方法在灌溉植被的同時(shí)，在土壤表面形成了水表面 或者高飽和度的土層，在自然條件下，水表面和土壤水分蒸發(fā)量較大，浪費(fèi)了大 量的水資源；另外的基于土壤吸力、植被形態(tài)、生長(zhǎng)狀況的自動(dòng)控制技術(shù)成本較 高，且節(jié)水效果不佳。傳統(tǒng)的灌溉技術(shù)一旦出現(xiàn)損壞，需要人工修復(fù)。在我國(guó)水 資源利用緊張、大部分地區(qū)缺水的背景下，需要成本低廉、節(jié)水效果好、自我修 復(fù)、可以大規(guī)模利用的自動(dòng)控制灌溉方法。
綜上所述，傳統(tǒng)灌溉方法有以下缺點(diǎn)
1、 傳統(tǒng)的灌溉方法在灌溉植被的同時(shí)，在土壤表面形成了水表面或者高飽 和度的土層，在自然條件下，水表面和高飽和土壤水分蒸發(fā)量較大，浪費(fèi)了大量 的水資源。
2、 傳統(tǒng)灌溉方法容易多灌溉，造成多余水分下滲進(jìn)入植被影響范圍以外， 植被無(wú)法利用，浪費(fèi)水資源。
3、 漫灌、噴灌、滴灌、滲灌等工藝無(wú)法根據(jù)植被的生長(zhǎng)狀況控制灌溉水量， 還需要人為的干預(yù)或者控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)灌溉操作。
4、 采用基于電子控制和土壤、植被信息的自動(dòng)控制的灌溉系統(tǒng)，節(jié)水效果 較好,但是成本很高。
如何節(jié)約水資源、提高灌溉的效率？如何根據(jù)植被需求解決灌溉問(wèn)題？廉價(jià)
可大規(guī)模利用的技術(shù)是節(jié)水灌溉方法需要解決的重要問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的上述缺點(diǎn)和不足，創(chuàng)新現(xiàn)有技術(shù)， 擴(kuò)大使用范圍，而提供一種基于輸水量自動(dòng)控制材料的灌溉系統(tǒng)。該系統(tǒng)是一種 簡(jiǎn)單、有效的節(jié)水灌溉系統(tǒng)，而且是一種能與常規(guī)灌溉系統(tǒng)同時(shí)完成的系統(tǒng)，無(wú) 需維修，有利于提高水資源利用效率，有利于提供更適宜植被生長(zhǎng)的環(huán)境。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的
灌溉技術(shù)已經(jīng)成為一種廣泛使用的植被培植、綠化方法；各種灌溉方法已被
廣泛應(yīng)用巿政、園林、林業(yè)、農(nóng)業(yè)等灌溉領(lǐng)域。目前，噴灌、滴灌、滲灌等技術(shù) 的快速發(fā)展，為新灌溉方法的提出奠定了基礎(chǔ)。
如圖l，本發(fā)明的結(jié)構(gòu)是
采用管路(20)在土壤(10)中布設(shè)灌溉管網(wǎng)，灌溉管網(wǎng)的終端通過(guò)閥門(30)
與水源(40)連通；
所述管路(20)的結(jié)構(gòu)是其橫截面，從內(nèi)向外，依次為內(nèi)管(23)、骨架 (21)和外管(22);
所述的骨架(21)由透水或半透水管材構(gòu)成。 所述的外管(22)是一種輸水量自動(dòng)控制材料外管；
輸水量自動(dòng)控制材料通過(guò)調(diào)整自動(dòng)控制材料的配比、厚度可以實(shí)現(xiàn)水量供給 的調(diào)整，控制土壤含水率的范圍，適應(yīng)植被的生長(zhǎng)。材料的滲透系數(shù)控制在
1X10—3cm/s 1X10—9cm/s范圍內(nèi)，材料的孔隙平均直徑在0. 1 ym 1000 um之 間，材料進(jìn)氣值控制在10 180kPa范圍內(nèi)，材料的厚度控制在0. lcm 50cm范 圍內(nèi)。
所述的內(nèi)管(23)或?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)的普通透水管，直徑為0. lcm 100cm,可 為方形、圓形、梯形等各種形狀；或由強(qiáng)透水材料(如砂礫、排水板、導(dǎo)水纖維 等材料)形成的輸水通道。
本發(fā)明的工作原理
在土壤(10)中埋入本灌溉管網(wǎng)，在土壤(10)含水率變化時(shí)，土壤(10)
的孔隙水壓力發(fā)生很大的變化，由此帶來(lái)管路(20)內(nèi)外水壓差的很大變化，帶 來(lái)管路(20)輸水性能的幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化，管路(20)迅速補(bǔ)充土壤(10)水 分；土壤(10)水分比較充足時(shí)，管路(20)的輸水能力降低甚至為不輸水，這 樣管路(20)可以自動(dòng)保證土壤中的水分在一定范圍內(nèi)。
本發(fā)明主要利用多孔介質(zhì)材料的非飽和滲透性原理，利用管路(20)內(nèi)、外 的壓力差別(管外土壤中的壓力主要為負(fù)孔隙水壓力)，界定輸水量計(jì)算方法主 要如下簡(jiǎn)化方法
e"(戶外-尸內(nèi))/"A
,-輸水量自動(dòng)控制材料的滲透系數(shù)；可有孔隙直徑計(jì)算得到或試驗(yàn)直接測(cè)
得；
A—管單位長(zhǎng)度的中徑面積；
尸外一管外土壤的孔隙水壓力(滿足植被正常生長(zhǎng)需要的最佳含水率對(duì)應(yīng)的 的基質(zhì)吸力，單位m，采用壓力水頭單位)；
,內(nèi)一管內(nèi)水壓力(接近與0，單位m，壓力水頭單位)； /r為管外壁厚度
由此可以獲得管路(20)流量和管外土壤(10)含水量之間的關(guān)系如圖2 所示。在管外土壤(10)含水率變化時(shí)，土壤的孔隙水壓力變化非常大，導(dǎo)致水 管的輸水量變化可達(dá)幾個(gè)數(shù)量級(jí)的變化，由此可以通過(guò)管壁的多孔介質(zhì)材料性質(zhì) 達(dá)到控制土壤中的含水率在一定的范圍內(nèi)。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點(diǎn)和積極效果
① 材料輸水特性隨植被土壤的含水率條件而變化，在土壤干燥期間，材料輸 水性能增強(qiáng)，如圖4所示；土壤潮濕期間，材料輸水性能降低，如圖5所示。從 而實(shí)現(xiàn)植被灌溉的自動(dòng)控制；可以保證管外土壤中的水分保持在適合植物生長(zhǎng)的 含水率范圍內(nèi)；
② 管路(20)埋在地表以下，降低土壤(10)表面的水分蒸發(fā)和下滲無(wú)效灌 溉損失，節(jié)約了灌溉用水；
③ 本發(fā)明使用材料輸水特性隨管外的土壤(10)含水條件變化而變化，從而 實(shí)現(xiàn)水流量的自動(dòng)控制，控制土壤(10)的含水率在適合植被生長(zhǎng)的范圍。無(wú)需 額外的監(jiān)測(cè)和自動(dòng)控制設(shè)備，可控制植被根系周圍土壤水分含量在一定范圍內(nèi)，
提供更適宜植被生長(zhǎng)的環(huán)境。
④由于管路(20)具有自我修復(fù)特性，適應(yīng)性強(qiáng)，可以承受一定的局部壓力 和局部變形，不會(huì)斷裂，即使斷裂仍可保證水不會(huì)泄漏，從而大大降低管路(20) 后期發(fā)生故障的幾率和降低維護(hù)費(fèi)用，使該灌溉系統(tǒng)一勞永逸。
本發(fā)明適合農(nóng)業(yè)、園林、林業(yè)等涉及供水量自動(dòng)控制的灌溉領(lǐng)域。


圖l是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)圖； 圖2是管路(20)的結(jié)構(gòu)圖3是管路(20)內(nèi)水分供給量隨土壤含水率變化曲線圖。 圖4是管路(20)內(nèi)在干旱期間水分輸送情況示意圖； 圖5是管路(20)內(nèi)在雨季期間水分輸送情況示意圖。 其中 10—土層
20 —管路， 一種輸水量自動(dòng)控制材料管路；
21— 骨架，由透水或半透水管材構(gòu)成；
22— 外管，是一種輸水量自動(dòng)控制材料外管；
23— 內(nèi)管； 30—閥門； 40_水源。
X—土壤含水率； Y—水分供給量； F—變化曲線。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說(shuō)明
1、 關(guān)于灌溉管網(wǎng)
采用管路(20)在土壤(10)中布設(shè)灌溉管網(wǎng)，灌溉管網(wǎng)的布設(shè)依植被的情
況而定，可以多種多樣，例如圖l給出了一種灌溉管網(wǎng)的布設(shè)情況。
2、 關(guān)于管路(20)
管路(20)對(duì)輸水量自動(dòng)控制材料的要求比較嚴(yán)格，嚴(yán)格控制材料的滲透性 和厚度。
輸水量自動(dòng)控制材料主要有以下幾種類型
1) 粘土材料，重量百分比為60% 99%,土顆粒平均粒徑范圍為1 u 1000 um 范圍，土顆粒通過(guò)土工布或其它棉麻布包裹或粘結(jié)劑粘結(jié)形成厚度0.05cm 10cm的土顆粒管；
土工布、棉麻織物等加筋材料的重量百分比為1% 40%; 粘結(jié)劑的重量百分比為0. 01% 10%范圍；
滲透系數(shù)控制在10—3cm/s l(Tcm/S范圍之間，材料滲透系數(shù)以10—4cm/s 10—6cm/s為最佳范圍。
2) 粘土燒制管，例如陶瓷管、粘土磚管(制作工藝同瓦管一致，不同在 于控制孔隙平均直徑)，控制管孔隙平均直徑為ly 1000um范圍，管壁厚度為 lram 100mm范圍，保持一定的透水性；滲透性在10—3cm/s 10—9cm/s之間。
3) 水泥管，原料為水泥和粉細(xì)砂，控制水管管壁的孔隙平均直徑為lu 1000ym范圍，管壁厚度為0.05cm 10cm范圍，控制水管的滲透性在10—3cm/s 10—9cm/s之間。
4) 透水多孔橡膠管，控制多孔橡膠的滲透性在10—3Cm/S l(r9Cm/S，橡膠管 壁厚度為0. 05cm 10cm范圍。
以上材料按比例配合，可形成堅(jiān)韌且?guī)б欢ㄈ岫鹊亩嗫坠苈?，滲透系數(shù)在 10—3Cm/S l(r9Cm/S之間，輸水并灌溉需要灌溉的區(qū)域。
管路的連接方式可以參考現(xiàn)有的管路連接方法，如膠帶密封、橡膠連接，膠 合、熱合等工藝。
以上灌溉管的管壁厚度、材料滲透系數(shù)、直徑選擇參照公式1進(jìn)行。。選擇 平均需要灌溉量進(jìn)行設(shè)計(jì)。
權(quán)利要求
1、一種基于輸水量自動(dòng)控制材料的灌溉系統(tǒng)，其特征在于采用管路(20)在土壤(10)中布設(shè)灌溉管網(wǎng)，灌溉管網(wǎng)的終端通過(guò)閥門(30)與水源(40)連通；所述管路(20)的結(jié)構(gòu)是其橫截面，從內(nèi)向外，依次為內(nèi)管(23)、骨架(21)和外管(22)；所述的骨架(21)由透水或半透水管材構(gòu)成；所述的外管(22)是一種輸水量自動(dòng)控制材料外管；所述的內(nèi)管(23)或?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)的普通輸水管；或?yàn)閺?qiáng)透水材料形成的輸水通道。
2、 按權(quán)利要求1所述的灌溉系統(tǒng),其特征在于輸水量自動(dòng)控制材料-滲透系數(shù)控制在1X10—3Cm/S lXl(rCm/S范圍內(nèi)，材料的孔隙平均直徑控制在O. 1ixm 1000 ym之間，材料進(jìn)氣值控制在10 180kPa范圍內(nèi)，材料的厚 度控制在0. lcm 50cm范圍內(nèi)。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于輸水量自動(dòng)控制材料的灌溉系統(tǒng)，涉及一種灌溉系統(tǒng)。本發(fā)明采用管路(20)在土壤(10)中布設(shè)灌溉管網(wǎng)，灌溉管網(wǎng)的終端通過(guò)閥門(30)與水源(40)連通；所述管路(20)的結(jié)構(gòu)是其橫截面，從內(nèi)向外，依次為內(nèi)管(23)、骨架(21)和外管(22)；所述的骨架(21)由透水或半透水管材構(gòu)成；所述的外管(22)是一種輸水量自動(dòng)控制材料外管；所述的內(nèi)管(23)或?yàn)橹锌战Y(jié)構(gòu)的普通輸水管；或?yàn)閺?qiáng)透水材料形成的輸水通道。本發(fā)明材料輸水特性隨植被土壤的含水率條件而變化；節(jié)約了灌溉用水；提供更適宜植被生長(zhǎng)的環(huán)境；適合農(nóng)業(yè)、園林、林業(yè)等涉及供水量自動(dòng)控制的灌溉領(lǐng)域。
文檔編號(hào)A01G27/00GK101112169SQ200710053059
公開(kāi)日2008年1月30日 申請(qǐng)日期2007年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月28日
發(fā)明者李小春, 寧 魏 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院武漢巖土力學(xué)研究所