專利名稱：農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種農(nóng)田灌溉與排水技術(shù)，尤其涉及一種農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，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，相當(dāng)繁瑣，有些檢測(cè)即使是專業(yè)人員也很 難掌握，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，設(shè)備昂貴，農(nóng)民難以接受，普及也十分困難。另外，現(xiàn)有的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)， 僅側(cè)重于決策合適的灌溉時(shí)間和灌水量，而忽視了重要的田間灌水環(huán)節(jié)，即不能解決地上 灌溉的無效蒸發(fā)，也不能解決地下灌溉(滲灌)的深層滲漏，因灌水方式導(dǎo)致的無效灌溉和 養(yǎng)分流失，灌溉效率并未從根本上得到提高。耐久性差，可靠性低，尤其是地下灌溉系統(tǒng)， 因?yàn)槎氯麊栴}，使用壽命一般不會(huì)超過10年，通常為4 6年。過短的使用壽命，過高的投 入、運(yùn)行、維護(hù)成本，使得省水效益遠(yuǎn)低于農(nóng)民的期望值，極大地戳傷了農(nóng)民的使用積極性。 灌溉時(shí)間和灌水量一般是通過開關(guān)水泵控制什么時(shí)間加壓，加壓多長時(shí)間來實(shí)現(xiàn)的，進(jìn)一 步減少能耗，存在技術(shù)上難以逾越的障礙。目前，灌排兼顧的自動(dòng)灌溉與排水系統(tǒng)幾乎是空 白。人類活動(dòng)破壞了自然生態(tài)環(huán)境的循環(huán)與平衡，進(jìn)入本世紀(jì)后，溫室效應(yīng)，全球變暖，逐步 加劇，使得反常的極端天氣頻發(fā)。傳統(tǒng)的旱區(qū)，也可能發(fā)生大澇，傳統(tǒng)的澇區(qū)，也可能發(fā)生大 旱。如果有既能灌又能排還兼有收集雨水再利用的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，更能適應(yīng)當(dāng)今天氣形勢(shì) 的變化與發(fā)展。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，省水、節(jié)能，旱能灌，澇可排，灌排全自動(dòng)， 即能抑制土表濕潤導(dǎo)致的無效蒸發(fā)，又能避免地下滲漏導(dǎo)致的無效灌溉、養(yǎng)分流失，耐久性 好，可靠性高的“傻瓜”式管理的新型農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，包括蓄水池，水位控制池，積水池，輸水干管，匯流管，灌 水器若干，蓄水池位于水位控制池和積水池的上方，積水池被允許的最高水位，低于水位控 制池池壁的上沿，若干個(gè)灌水器通過匯流管輸水干管與水位控制池連通，若干個(gè)灌水器縱 向相互平行并留有適當(dāng)間距與匯流管垂直連接，共同處于作物根系層下同一個(gè)水平面上， 在保證作物根系層有效供水的前提下，盡量增加該水平面位于作物根系層下的深度，以減 少土表無效蒸發(fā)，土壤越致密，毛細(xì)管作用越強(qiáng)，深度越大，粘壤土大于壤土，壤土大于砂壤 土，在有可能發(fā)生不均勻沉降的地方，可以增加橫向連通的灌水器，組成灌水器網(wǎng)，灌水器 由以下幾部分組成u型混凝土槽，U型混凝土槽前擋水板，U型混凝土槽后擋水板，無砂混 凝土蓋板，砂石反濾層，U型混凝土槽開口朝上垂直于水平面放置，U型混凝土槽底部混凝 土內(nèi)置抗拉鋼筋，U型混凝土槽通向匯流管的那一端設(shè)有U型混凝土槽前擋水板，另一端設(shè) 有U型混凝土槽后擋水板，U型混凝土槽槽內(nèi)中下部水平放置無砂混凝土蓋板，無砂混凝 土蓋板上鋪設(shè)砂石反濾層，砂石反濾層上覆土至地面與作物根系層土壤一致無差別接觸，U型混凝土槽槽內(nèi)無砂混凝土蓋板下空洞為灌排水通道，灌排水通道與土壤進(jìn)行水交換是 通過無砂混凝土蓋板和砂石反濾層進(jìn)行的，只允許水移動(dòng)而不允許土壤等固體顆粒移動(dòng)， 水位控制池設(shè)有過濾和水位控制裝置，包括過濾柵，供水管，過濾器，水位控制閥，水位控 制閥旋柄，浮球，供水管的上端與蓄水池相通，供水管的進(jìn)水口設(shè)有過濾柵，供水管的中部 設(shè)有過濾器，供水管的下端安裝水位控制閥，水位控制閥旋柄連接浮球，水位控制閥采用旋 轉(zhuǎn)陶瓷片閥芯閥門，hi為水位控制閥供水關(guān)閉水位，h2為水位控制池溢出水位，h2與水位 控制池的池壁上沿和灌水器的U型混凝土槽的槽壁上沿等高，hi低于h2，浮球隨水位控制 池水位上下移動(dòng)，帶動(dòng)水位控制閥旋柄轉(zhuǎn)動(dòng)，水位控制池水位下降，浮球下移，水位控制閥 開度增加，供水速度加大，水位控制池水位上升，浮球上移，水位控制閥開度減少，供水速度 減低，如果水位控制池水位上升至hl，則水位控制閥關(guān)閉，供水停止，積水池設(shè)有排水裝置 和排水水位控制裝置，排水裝置包括潛水泵，排水管，潛水泵固定在積水池底部高于池底 的地方，潛水泵抽出的水通過排水管輸入蓄水池，排水水位控制裝置包括水位浮子，浮子 導(dǎo)桿，上水位觸點(diǎn)常開干簧管，下水位觸點(diǎn)常閉干簧管，浮子導(dǎo)桿用不銹鋼或尼龍等非鐵磁 管形材料，垂直于水平面，上下兩端固定在積水池側(cè)壁上，h3為積水池排水上限水位，h4為 積水池排水下限水位，h3低于水位控制池溢出水位h2，h4高于潛水泵進(jìn)水口，用大功率觸 點(diǎn)常開干簧管密封于管形浮子導(dǎo)桿內(nèi)h3高度處，作為上水位觸點(diǎn)常開干簧管，用大功率觸 點(diǎn)常閉干簧管密封于管形浮子導(dǎo)桿內(nèi)h4高度處，作為下水位觸點(diǎn)常閉干簧管，水位浮子為 環(huán)形，內(nèi)置環(huán)形磁鐵，套于浮子導(dǎo)桿上，水位浮子跟隨積水池水位升降而沿浮子導(dǎo)桿上下移 動(dòng)，當(dāng)水位浮子上升至h3高度處，水位浮子內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子導(dǎo)桿內(nèi)的上水位 觸點(diǎn)常開干簧管觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)潛水泵抽水至蓄水池，當(dāng)水位浮子下降至h4高度處，水位 浮子內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子導(dǎo)桿內(nèi)的下水位觸點(diǎn)常閉干簧管觸點(diǎn)張開，停止?jié)撍?抽水。 蓄水池內(nèi)的灌溉水，在重力作用下，經(jīng)過濾柵過濾，初步濾除體積較大的雜物后， 進(jìn)入供水管，向下進(jìn)入過濾器，進(jìn)一步濾除水中雜質(zhì)，通過水位控制閥，進(jìn)入水位控制池，隨 著進(jìn)入的水量增多，水位控制池的水位逐漸抬高，灌溉水通過輸水干管匯流管進(jìn)入與之相 通的若干個(gè)灌水器的U型混凝土槽槽內(nèi)的底部進(jìn)水通道，在U型混凝土槽前擋水板和U型 混凝土槽后擋水板的阻擋下，水位繼續(xù)抬高的灌溉水，通過無砂混凝土蓋板和砂石反濾層， 進(jìn)入U(xiǎn)型混凝土槽槽內(nèi)上部的填土區(qū)域，與此同時(shí)，隨水位控制池水位上升的浮球，帶動(dòng)水 位控制閥旋柄旋轉(zhuǎn)，逐漸減少供水量，直到供水速度與耗水速度相等，水位穩(wěn)定在低于hi 的某個(gè)高度上，水位進(jìn)入動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，在動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)水位以下的U型混凝土槽槽內(nèi)上 部的填土區(qū)域，形成土壤飽和水層，因hi低于U型混凝土槽的槽壁上沿高度h2，土壤飽和水 層的重力水被束縛在U型混凝土槽的槽內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生重力水滲漏損失，在土壤毛細(xì)管作用 下，U型混凝土槽槽內(nèi)土壤飽和水層的水，以毛細(xì)管水的形式，上升至作物根系層，除極少量 的水能繼續(xù)上升至土表蒸發(fā)外，絕大部分的水，到達(dá)作物根系層后，因?yàn)橥寥馈⒅参?、大氣?水勢(shì)能差的作用，最終以植物植株蒸騰的形式輸送至大氣中，如果某個(gè)時(shí)段的耗水量增加 或減少，土壤飽和水層下降或上升，引發(fā)水位控制池水位下降或上升，浮球帶動(dòng)水位控制閥 旋柄旋轉(zhuǎn)，加大或減少供水量，直至供水速度與耗水速度相等，水位重新穩(wěn)定在低于hl的 某個(gè)高度上，水位再次進(jìn)入動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。作物耗多少水，就供多少水，供水量隨耗水量增 減，自適應(yīng)，無需人為干預(yù)和人為外加能量，實(shí)現(xiàn)了低成本的灌溉自動(dòng)化。
—般農(nóng)田特別是地勢(shì)低洼農(nóng)田，降雨后，如果土壤飽和水層淹沒作物根系層，因排 水不暢，不能及時(shí)降到作物根系層以下，將發(fā)生澇災(zāi)，輕者造成減產(chǎn)，重者造成作物死亡而 絕收。在本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)所在農(nóng)田，一旦因降雨，土壤飽和水層高于hl，土壤飽 和水層的重力水將通過砂石反濾層和無砂混凝土蓋板，進(jìn)入到U型混凝土槽槽內(nèi)底部的排 水通道，經(jīng)與之相連的匯流管匯集后，通過輸水干管進(jìn)入水位控制池，水位控制池的水位也 隨之高于hl，浮球?qū)?dòng)水位控制閥旋柄旋轉(zhuǎn)，關(guān)閉水位控制閥，停止蓄水池內(nèi)的灌溉水進(jìn) 入水位控制池，中止了灌溉過程，如果土壤飽和水層高于h2，土壤飽和水層的重力水將通過 砂石反濾層和無砂混凝土蓋板，進(jìn)入到U型混凝土槽槽內(nèi)的底部排水通道，經(jīng)與之相連的 匯流管匯集后，通過輸水干管進(jìn)入水位控制池，水位控制池的水位也隨之高于h2，開始了排 水過程，水從水位控制池溢出，進(jìn)入積水池，如果積水池水位上升到了 h3，跟隨積水池水位 沿浮子導(dǎo)桿上升的水位浮子，也上升到了 h3，水位浮子內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子導(dǎo)桿內(nèi) 的上水位觸點(diǎn)常開干簧管觸點(diǎn)閉合，交流接觸器得電，觸點(diǎn)閉合進(jìn)入自保持狀態(tài)，潛水泵被 啟動(dòng)，積水池內(nèi)積水經(jīng)排水管抽入蓄水池，當(dāng)積水池水位下降到了 h4，跟隨積水池水位沿浮 子導(dǎo)桿下降的水位浮子，也下降到了 h4，水位浮子內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子導(dǎo)桿內(nèi)的下 水位觸點(diǎn)常閉干簧管觸點(diǎn)張開，交流接觸器失電，觸點(diǎn)斷開，解除交流接觸器自保持狀態(tài)， 潛水泵停止抽水，重復(fù)上述排水過程，直至土壤飽和水層下降至h2，結(jié)束排水過程，因作物 耗水，土壤飽和水層繼續(xù)下降，當(dāng)土壤飽和水層低于hl，水位控制池的水位也跟隨低于hl， 浮球?qū)?dòng)水位控制閥旋柄旋轉(zhuǎn)，重新打開水位控制閥，使蓄水池內(nèi)的灌溉水進(jìn)入水位控 制池，恢復(fù)了灌溉過程。灌排自動(dòng)轉(zhuǎn)換，無需人為干預(yù)。本發(fā)明具有如下積極效果普通滲灌采用的是有壓間歇供水方式，因?yàn)樗且环N彈性體，停止供水時(shí)，壓力波 動(dòng)劇烈，很容易在出水孔出現(xiàn)負(fù)壓，吸入土壤顆粒，造成出水孔堵塞。間歇供水方式也是作 物根系堵塞出水孔的一個(gè)重要原因，由于植物根系向水性生長特性，停止供水后土壤濕潤 范圍逐漸向出水孔收縮，由于土壤水分梯度的存在，植物根系為了獲得水分也跟隨著向出 水孔延伸，最終堵塞出水孔。而本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，不論是灌溉還是排水，水的流 動(dòng)非常緩慢，在反濾層和無砂混凝土的作用下，土壤顆粒不能移動(dòng)，不會(huì)發(fā)生堵塞和淤積。 本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，存在土壤飽和水層，即使有根系進(jìn)入了土壤飽和水層，因沒有 土壤水分梯度而失去生長方向，不會(huì)穿越土壤飽和水層進(jìn)入反濾層，而發(fā)生根系堵塞問題。普通滲灌除了物理堵塞外，最難纏的當(dāng)屬溶解鹽析出化學(xué)堵塞和細(xì)菌類生物堵 塞，至今沒有好的辦法可以解決。而本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，采用的無砂混凝土板、砂 石反濾層，在現(xiàn)有文獻(xiàn)中查不到溶解鹽析出化學(xué)堵塞、細(xì)菌類生物堵塞的記載。據(jù)分析，可 能的原因是無砂混凝土、砂石反濾層特有的孔隙呈迂回樹枝狀的立體結(jié)構(gòu)，水分進(jìn)入后即 可相互串通，所以即使大部分孔隙被堵塞，仍可保持相當(dāng)?shù)耐杆?。本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排 系統(tǒng)，采用的U形混凝土槽、無砂混凝土板、砂石反濾層，浮球(浮子)式水位控制裝置等水 利工程常用，取材容易，造價(jià)不高，建造方便，關(guān)鍵是其可靠性和耐久性已被水利工程的長 期實(shí)踐所證實(shí)。控制設(shè)備簡(jiǎn)單，不易損壞，維修門檻低，一般村級(jí)電工都能勝任。本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)與負(fù)壓灌溉都是利用土壤、植物、大氣的水勢(shì)能差和 毛細(xì)管作用進(jìn)行灌溉的，是迄今為止效率最高的灌溉方法。灌溉過程自動(dòng)進(jìn)行，無需進(jìn)行灌 溉時(shí)間和灌溉量決策，用多少水就供多少水。負(fù)壓灌溉土壤沒有重力水，不會(huì)發(fā)生深層滲漏。本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，土壤雖有重力水——土壤飽和水層，但被束縛在U型混凝 土槽內(nèi)，沒有普通滲灌可能出現(xiàn)的深層滲漏和養(yǎng)分流失的情況，土表蒸發(fā)也極為有限，水分 利用效率之高，是任何其它灌溉方式所達(dá)不到的。土壤、植物、大氣的水勢(shì)能差的能量消耗 來至太陽輻射能，節(jié)能環(huán)保，真正進(jìn)入了潤物細(xì)無聲的理想境地。但是，負(fù)壓灌溉實(shí)現(xiàn)起來 非常困難，一是對(duì)輸水系統(tǒng)的密封性有很嚴(yán)格的要求，不能漏氣，尤其是地下部分一旦密封 損壞，查找和維修將十分困難；二是在負(fù)壓情況下溶解在水中的氣體將被析出，如果不及時(shí) 處理，將產(chǎn)生斷流。因此，需要定時(shí)排氣，而排氣過程又十分的復(fù)雜和麻煩，費(fèi)力耗時(shí)，同時(shí) 也增加了管理上的難度；三是負(fù)壓灌水器特有的結(jié)構(gòu)(負(fù)壓灌水器與土壤水交換的前提條 件是外壁能形成透水不透氣的水膜)使之出水量過小，土壤濕潤范圍有限，只能通過增加 負(fù)壓灌水器布置密度或增加單個(gè)負(fù)壓灌水器供水面的方法，提高濕潤均勻度，使投入增加， 維護(hù)更加困難；四是負(fù)壓灌水器與土壤質(zhì)地不同，有明顯的孔隙不連續(xù)、大小不一致的分界 面，供水是否通暢，還要取決于負(fù)壓灌水器與土壤接觸的緊密程度，具有一定的不確定性。 而本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，大氣壓下供水，灌水器內(nèi)的土壤飽和水層與其上部被供水 土壤質(zhì)地一樣，孔隙連續(xù)一致，土壤毛細(xì)管作用發(fā)揮到了極致，供水通暢，給水充足，在同樣 濕潤均勻度的情況下，可減少灌水器的布置密度。輸水無需額外密封，也無需設(shè)置專門的排 氣裝置，為“傻瓜”式管理提供了可能性。本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，排澇的同時(shí)，也將一部分無效雨水收集起來，放入蓄 水池中進(jìn)行再利用，水的利用率高于僅有灌溉功能的系統(tǒng)，又采用連續(xù)供水方式，極大地減 少了供水流量(單位時(shí)間供水量)，可以不用過水流量大的明渠，改用過水流量小的輸水管 道埋入地下，節(jié)省了耕地的占用，沒有了明渠輸水蒸發(fā)、滲漏損失，顯著降低了遠(yuǎn)距離輸水費(fèi)用。因?yàn)楸景l(fā)明供水采用了連通器原理，水頭一致，根據(jù)達(dá)西定律，土壤飽和水層高度 也一致，供水均勻度很高。而普通滲灌即使加裝了流量調(diào)節(jié)設(shè)備也無法達(dá)到如此高的供水 均勻度。普通滲灌地下塑料輸水管道，容易遭到鼠咬。而本發(fā)明的地下供水裝置，上部有土 壤飽和水層作為屏障，下部和側(cè)面均為混凝土，老鼠沒興趣，也啃不動(dòng)。普通的自動(dòng)灌溉系統(tǒng)，田間一般要放置包括墑情、作物生理、氣象等作物需水檢測(cè) 傳感器以及水位、流量、電動(dòng)間閥等水量調(diào)配設(shè)施與傳感器，需建專用的控制室并配專人進(jìn) 行看護(hù)與操作，盡管如此，傳感器等田間設(shè)備被盜或被破壞也時(shí)有發(fā)生，運(yùn)行、維護(hù)成本很 高。而本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，主要設(shè)備安置于地下，無需專人看護(hù)與操作，較好地解 決了令人頭痛的防盜、防破壞問題，顯著降低了運(yùn)行、維護(hù)成本?？傊?，本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，旱能灌，澇可排，灌、排全自動(dòng)，即能抑制土表 濕潤導(dǎo)致的無效蒸發(fā)，又能避免地下滲漏導(dǎo)致的無效灌溉、養(yǎng)分流失，省水、節(jié)能顯著；可靠 性高，耐久性好，使用壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出其它灌溉系統(tǒng)。沒有復(fù)雜、昂貴的需專人操作、維護(hù)的計(jì) 算機(jī)、傳感器等設(shè)備，“傻瓜”式管理；投入(建設(shè)、運(yùn)行、維護(hù)等費(fèi)用)若按使用壽命分?jǐn)偅?較其它自動(dòng)灌溉系統(tǒng)成倍降低，效益成倍提高。
圖1為本發(fā)明農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)的示意圖。
圖2為本發(fā)明農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)的實(shí)施例控制電路圖。
具體實(shí)施例方式一種農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，如圖1、圖2所示，包括蓄水池1，水位控制池2，積水池 3，輸水干管4，匯流管5，灌水器6若干，蓄水池1位于水位控制池2和積水池3的上方，積 水池3被允許的最高水位，低于水位控制池2池壁的上沿，若干個(gè)灌水器6通過匯流管5輸 水干管4與水位控制池2連通，若干個(gè)灌水器6縱向相互平行并留有適當(dāng)間距與匯流管5 垂直連接，共同處于作物根系層下同一個(gè)水平面上，在保證作物根系層有效供水的前提下， 盡量增加該水平面位于作物根系層下的深度，以減少土表無效蒸發(fā)，土壤越致密，毛細(xì)管作 用越強(qiáng)，深度越大，粘壤土大于壤土，壤土大于砂壤土，在有可能發(fā)生不均勻沉降的地方，可 以增加橫向連通的灌水器6，組成灌水器網(wǎng)，灌水器6由以下幾部分組成U型混凝土槽19， U型混凝土槽前擋水板20，U型混凝土槽后擋水板21，無砂混凝土蓋板22，砂石反濾層23， U型混凝土槽19開口朝上垂直于水平面放置，U型混凝土槽19底部混凝土內(nèi)置抗拉鋼筋， U型混凝土槽19通向匯流管5的那一端設(shè)有U型混凝土槽前擋水板20，另一端設(shè)有U型混 凝土槽后擋水板21，U型混凝土槽19槽內(nèi)中下部水平放置無砂混凝土蓋板22，無砂混凝土 蓋板22上鋪設(shè)砂石反濾層23，砂石反濾層23上覆土至地面與作物根系層土壤一致無差別 接觸，U型混凝土槽19槽內(nèi)無砂混凝土蓋板22下空洞為灌排水通道，灌排水通道與土壤進(jìn) 行水交換是通過無砂混凝土蓋板22和砂石反濾層23進(jìn)行的，只允許水移動(dòng)而不允許土壤 等固體顆粒移動(dòng)，水位控制池2設(shè)有過濾和水位控制裝置，包括過濾柵7，供水管8，過濾器 9，水位控制閥10，水位控制閥旋柄11，浮球12，供水管8的上端與蓄水池1相通，供水管8 的進(jìn)水口設(shè)有過濾柵7，供水管8的中部設(shè)有過濾器9，供水管8的下端安裝水位控制閥10， 水位控制閥旋柄11連接浮球12，水位控制閥10采用旋轉(zhuǎn)陶瓷片閥芯閥門，hi為水位控制 閥10供水關(guān)閉水位，h2為水位控制池2溢出水位，h2與水位控制池2的池壁上沿和灌水器 6的U型混凝土槽19的槽壁上沿等高，hi低于h2，浮球12隨水位控制池2水位上下移動(dòng)， 帶動(dòng)水位控制閥旋柄11轉(zhuǎn)動(dòng)，水位控制池2水位下降，浮球12下移，水位控制閥10開度增 加，供水速度加大，水位控制池2水位上升，浮球12上移，水位控制閥10開度減少，供水速 度減低，如果水位控制池2水位上升至hl，則水位控制閥10關(guān)閉，供水停止，積水池3設(shè)有 排水裝置和排水水位控制裝置，排水裝置包括潛水泵13，排水管14，潛水泵13固定在積 水池3底部高于池底的地方，潛水泵13抽出的水通過排水管14輸入蓄水池1，排水水位控 制裝置包括水位浮子15，浮子導(dǎo)桿16，上水位觸點(diǎn)常開干簧管17，下水位觸點(diǎn)常閉干簧管 18，浮子導(dǎo)桿16用不銹鋼或尼龍等非鐵磁管形材料，垂直于水平面，上下兩端固定在積水 池3側(cè)壁上，h3為積水池3排水上限水位，h4為積水池3排水下限水位，h3低于水位控制 池2溢出水位h2，h4高于潛水泵13進(jìn)水口，用大功率觸點(diǎn)常開干簧管密封于管形浮子導(dǎo)桿 16內(nèi)h3高度處，作為上水位觸點(diǎn)常開干簧管17，用大功率觸點(diǎn)常閉干簧管密封于管形浮子 導(dǎo)桿16內(nèi)h4高度處，作為下水位觸點(diǎn)常閉干簧管18，水位浮子15為環(huán)形，內(nèi)置環(huán)形磁鐵， 套于浮子導(dǎo)桿16上，水位浮子15跟隨積水池3水位升降而沿浮子導(dǎo)桿16上下移動(dòng)，當(dāng)水 位浮子15上升至h3高度處，水位浮子15內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子導(dǎo)桿16內(nèi)的上水位 觸點(diǎn)常開干簧管17觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)潛水泵13抽水至蓄水池1，當(dāng)水位浮子15下降至h4高 度處，水位浮子15內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子導(dǎo)桿16內(nèi)的下水位觸點(diǎn)常閉干簧管18觸點(diǎn)張開，停止?jié)撍?3抽水。蓄水池1內(nèi)的灌溉水，在重力作用下，經(jīng)過濾柵7過濾，初步濾除體積較大的雜物 后，進(jìn)入供水管8，向下進(jìn)入過濾器9，進(jìn)一步濾除水中雜質(zhì)，通過水位控制閥10，進(jìn)入水位 控制池2，隨著進(jìn)入的水量增多，水位控制池2的水位逐漸抬高，灌溉水通過輸水干管4匯流 管5進(jìn)入與之相通的若干個(gè)灌水器6的U型混凝土槽19槽內(nèi)的底部進(jìn)水通道，在U型混凝 土槽前擋水板20和U型混凝土槽后擋水板21的阻擋下，水位繼續(xù)抬高的灌溉水，通過無砂 混凝土蓋板22和砂石反濾層23，進(jìn)入U(xiǎn)型混凝土槽19槽內(nèi)上部的填土區(qū)域，與此同時(shí)，隨 水位控制池2水位上升的浮球12，帶動(dòng)水位控制閥旋柄11旋轉(zhuǎn)，逐漸減少供水量，直到供水 速度與耗水速度相等，水位穩(wěn)定在低于hi的某個(gè)高度上，水位進(jìn)入動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，在動(dòng)態(tài) 平衡狀態(tài)水位以下的U型混凝土槽19槽內(nèi)上部的填土區(qū)域，形成土壤飽和水層，因hi低于 U型混凝土槽19的槽壁上沿高度h2，土壤飽和水層的重力水被束縛在U型混凝土槽19的 槽內(nèi)，不會(huì)產(chǎn)生重力水滲漏損失，在土壤毛細(xì)管作用下，U型混凝土槽19槽內(nèi)土壤飽和水層 的水，以毛細(xì)管水的形式，上升至作物根系層，除極少量的水能繼續(xù)上升至土表蒸發(fā)外，絕 大部分的水，到達(dá)作物根系層后，因?yàn)橥寥?、植物、大氣的水?shì)能差的作用，最終以植物植株 蒸騰的形式輸送至大氣中，如果某個(gè)時(shí)段的耗水量增加或減少，土壤飽和水層下降或上升， 引發(fā)水位控制池2水位下降或上升，浮球12帶動(dòng)水位控制閥旋柄11旋轉(zhuǎn)，加大或減少供水 量，直至供水速度與耗水速度相等，水位重新穩(wěn)定在低于hi的某個(gè)高度上，水位再次進(jìn)入 動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。作物耗多少水，就供多少水，供水量隨耗水量增減，自適應(yīng)，無需人為干預(yù)和 人為外加能量，實(shí)現(xiàn)了低成本的灌溉自動(dòng)化。一般農(nóng)田特別是地勢(shì)低洼農(nóng)田，降雨后，如果土壤飽和水層淹沒作物根系層，因排 水不暢，不能及時(shí)降到作物根系層以下，將發(fā)生澇災(zāi)，輕者造成減產(chǎn)，重者造成作物死亡而 絕收。在本發(fā)明的農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)所在農(nóng)田，一旦因降雨，土壤飽和水層高于hl，土壤飽 和水層的重力水將通過砂石反濾層23和無砂混凝土蓋板22，進(jìn)入到U型混凝土槽19槽內(nèi) 底部的排水通道，經(jīng)與之相連的匯流管5匯集后，通過輸水干管4進(jìn)入水位控制池2，水位控 制池2的水位也隨之高于hl，浮球12將帶動(dòng)水位控制閥旋柄11旋轉(zhuǎn)，關(guān)閉水位控制閥10， 停止蓄水池1內(nèi)的灌溉水進(jìn)入水位控制池2，中止了灌溉過程，如果土壤飽和水層高于h2， 土壤飽和水層的重力水將通過砂石反濾層23和無砂混凝土蓋板22，進(jìn)入到U型混凝土槽 19槽內(nèi)的底部排水通道，經(jīng)與之相連的匯流管5匯集后，通過輸水干管4進(jìn)入水位控制池 2，水位控制池2的水位也隨之高于h2，開始了排水過程，水從水位控制池2溢出，進(jìn)入積水 池3，如果積水池3水位上升到了 h3，跟隨積水池3水位沿浮子導(dǎo)桿16上升的水位浮子15， 也上升到了 h3，水位浮子15內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子導(dǎo)桿16內(nèi)的上水位觸點(diǎn)常開干 簧管17觸點(diǎn)閉合，交流接觸器CJ得電，觸點(diǎn)閉合進(jìn)入自保持狀態(tài)，潛水泵13被啟動(dòng)，積水 池3內(nèi)積水經(jīng)排水管14抽入蓄水池1，當(dāng)積水池3水位下降到了 h4，跟隨積水池3水位沿 浮子導(dǎo)桿16下降的水位浮子15，也下降到了 h4，水位浮子15內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子 導(dǎo)桿16內(nèi)的下水位觸點(diǎn)常閉干簧管18觸點(diǎn)張開，交流接觸器CJ失電，觸點(diǎn)斷開，解除交流 接觸器CJ自保持狀態(tài)，潛水泵13停止抽水，重復(fù)上述排水過程，直至土壤飽和水層下降至 h2,結(jié)束排水過程，因作物耗水，土壤飽和水層繼續(xù)下降，當(dāng)土壤飽和水層低于hi，水位控制 池2的水位也跟隨低于hl，浮球12將帶動(dòng)水位控制閥旋柄11旋轉(zhuǎn)，重新打開水位控制閥 10，使蓄水池1內(nèi)的灌溉水進(jìn)入水位控制池2，恢復(fù)了灌溉過程。灌排自動(dòng)轉(zhuǎn)換，無需人為干預(yù)。 實(shí)施例控制電路如圖2所示，HK為電源總開關(guān)，采用有過流和漏電保護(hù)功能的空 氣開關(guān)，RJ為熱保護(hù)繼電器，用于潛水泵13的缺相保護(hù)，RD為熔斷保護(hù)器，B為初級(jí)380V 次級(jí)36V的50W控制變壓器，ZJ為有2組常開觸點(diǎn)SQ、ZK2的線圈電壓36V的JDZl交流 中間繼電器，CJ為交流接觸器，用于控制潛水泵13啟動(dòng)或停止，QA為觸點(diǎn)常開的手動(dòng)啟動(dòng) 按鈕，用于手動(dòng)啟動(dòng)潛水泵13，TA為觸點(diǎn)常閉的手動(dòng)停止按鈕，用于手動(dòng)停止?jié)撍?3，上 水位觸點(diǎn)常開干簧管17，用大功率觸點(diǎn)常開干簧管密封于管形浮子導(dǎo)桿16內(nèi)h3高度處。 下水位觸點(diǎn)常閉干簧管18，用大功率觸點(diǎn)常閉干簧管密封于管形浮子導(dǎo)桿16內(nèi)h4高度處， 該控制電路手動(dòng)、自動(dòng)無需轉(zhuǎn)換，運(yùn)用自如，安全可靠。
權(quán)利要求
1.一種農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，其特征在于包括蓄水池(1)，水位控制池(2)，積水池(3)， 輸水干管(4)，匯流管(5)，灌水器(6)若干，蓄水池(1)位于水位控制池( 和積水池(3) 的上方，積水池C3)被允許的最高水位，低于水位控制池( 池壁的上沿，若干個(gè)灌水器(6) 通過匯流管( 輸水干管(4)與水位控制池(2)連通，若干個(gè)灌水器(6)縱向相互平行并 留有適當(dāng)間距與匯流管(5)垂直連接，共同處于作物根系層下同一個(gè)水平面上，在有可能 發(fā)生不均勻沉降的地方，可以增加橫向連通的灌水器(6)，組成灌水器網(wǎng)，灌水器(6)由以 下幾部分組成U型混凝土槽(19)，U型混凝土槽前擋水板(20)，U型混凝土槽后擋水板 (21)，無砂混凝土蓋板(22)，砂石反濾層(23)，U型混凝土槽(19)開口朝上垂直于水平面 放置，U型混凝土槽(19)底部混凝土內(nèi)置抗拉鋼筋，U型混凝土槽(19)通向匯流管(5)的 那一端設(shè)有U型混凝土槽前擋水板(2O)，另一端設(shè)有U型混凝土槽后擋水板，U型混 凝土槽(19)槽內(nèi)中下部水平放置無砂混凝土蓋板(22)，無砂混凝土蓋板0 上鋪設(shè)砂石 反濾層(23)，砂石反濾層03)上覆土至地面與作物根系層土壤一致無差別接觸，U型混凝 土槽(19)槽內(nèi)無砂混凝土蓋板(2)下空洞為灌排水通道，灌排水通道與土壤進(jìn)行水交換 是通過無砂混凝土蓋板0 和砂石反濾層進(jìn)行的，只允許水移動(dòng)而不允許土壤等固 體顆粒移動(dòng)，水位控制池( 設(shè)有過濾和水位控制裝置，包括過濾柵(7)，供水管(8)，過濾 器(9)，水位控制閥(10)，水位控制閥旋柄(11)，浮球(12)，供水管(8)的上端與蓄水池(1) 相通，供水管(8)的進(jìn)水口設(shè)有過濾柵(7)，供水管(8)的中部設(shè)有過濾器(9)，供水管(8) 的下端安裝水位控制閥(10)，水位控制閥旋柄(11)連接浮球(12)，hi為水位控制閥(10) 供水關(guān)閉水位，h2為水位控制池 1溢出水位，h2與水位控制池(2)的池壁上沿和灌水器 (6)的U型混凝土槽(19)的槽壁上沿等高，hi低于h2，浮球(12)隨水位控制池(2)水位上 下移動(dòng)，帶動(dòng)水位控制閥旋柄(11)轉(zhuǎn)動(dòng)，水位控制池⑵水位下降，浮球(12)下移，水位控 制閥(10)開度增加，供水速度加大，水位控制池(2)水位上升，浮球(12)上移，水位控制閥 (10)開度減少，供水速度減低，如果水位控制池(2)水位上升至hl，則水位控制閥(10)關(guān) 閉，供水停止，積水池(13)設(shè)有排水裝置和排水水位控制裝置，排水裝置包括潛水泵(13)， 排水管(14)，潛水泵(13)固定在積水池(13)底部高于池底的地方，潛水泵(13)抽出的水通 過排水管(14)輸入蓄水池(1)，排水水位控制裝置包括水位浮子(15)，浮子導(dǎo)桿(16)，上 水位觸點(diǎn)常開干簧管(17)，下水位觸點(diǎn)常閉干簧管(18)，浮子導(dǎo)桿(16)用不銹鋼或尼龍等 非鐵磁管形材料，垂直于水平面，上下兩端固定在積水池(3)側(cè)壁上，h3為積水池C3)排水 上限水位，h4為積水池C3)排水下限水位，h3低于水位控制池( 溢出水位h2，h4高于潛 水泵(13)進(jìn)水口，用大功率觸點(diǎn)常開干簧管密封于管形浮子導(dǎo)桿(16)內(nèi)h3高度處，作為 上水位觸點(diǎn)常開干簧管(17)，用大功率觸點(diǎn)常閉干簧管密封于管形浮子導(dǎo)桿(16)內(nèi)h4高 度處，作為下水位觸點(diǎn)常閉干簧管(18)，水位浮子(1 為環(huán)形，內(nèi)置環(huán)形磁鐵，套于浮子導(dǎo) 桿(16)上，水位浮子(1 跟隨積水池(3)水位升降而沿浮子導(dǎo)桿(16)上下移動(dòng)，當(dāng)水位 浮子(15)上升至h3高度處，水位浮子(1 內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子導(dǎo)桿(16)內(nèi)的上 水位觸點(diǎn)常開干簧管(17)觸點(diǎn)閉合，啟動(dòng)潛水泵(1 抽水至蓄水池(1)，當(dāng)水位浮子(15) 下降至h4高度處，水位浮子(1 內(nèi)的環(huán)形磁鐵，使密封于浮子導(dǎo)桿(16)內(nèi)的下水位觸點(diǎn) 常閉干簧管(18)觸點(diǎn)張開，停止?jié)撍?13)抽水。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，其特征在于所述的水位控制閥 (10)采用旋轉(zhuǎn)陶瓷片閥芯閥門。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種農(nóng)田自動(dòng)灌排系統(tǒng)，灌溉水經(jīng)水位控制閥進(jìn)入水位控制池，浮球帶動(dòng)水位控制閥調(diào)整供水量，直到供水與耗水相等，水位穩(wěn)定在水位控制閥停止供水水位h1下的某個(gè)水位上，灌溉水從灌水器U型混凝土槽內(nèi)底部，經(jīng)無砂混凝土蓋板和砂石反濾層進(jìn)入U(xiǎn)型混凝土槽內(nèi)上部的填土區(qū)，形成低于h1的土壤飽和水層，飽和水層的水以毛細(xì)管水的形式上升至作物根系層，供水量隨耗水量增減，自適應(yīng)灌溉，因h1低于U型混凝土槽上沿高度h2，沒有重力水滲漏。一旦因降雨，土壤飽和水層高于h1，水位控制閥關(guān)閉，灌溉中止，如果高于h2水位控制池的上沿，水溢出進(jìn)入積水池，開始排水，直至土壤飽和水層低于h1，恢復(fù)灌溉。灌排全自動(dòng)，可靠性高，耐久性好。
文檔編號(hào)E02B11/00GK102144524SQ20111005686
公開日2011年8月10日 申請(qǐng)日期2011年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月10日
發(fā)明者高任翔, 高勝國 申請(qǐng)人:中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)田灌溉研究所