本發明涉及一種農田雨水集流節水灌溉裝置系統,特別適用于農田水循環土層厚度較薄、旱澇頻繁、土壤有效水含量偏低、降雨再分配以填洼與地表徑流為主的農田地區。
背景技術:
雨水集蓄利用是水資源開發利用最早的方式,早在4000年前的中東、南阿拉伯以及北非等地區就出現了將收集的雨水用于生活、生產等的雨水集蓄系統。在20世紀上半葉,由于江河開發和地下水供水技術的飛速發展,雨水集蓄技術除在少數缺水地區利用外已被人們所忽視。20世紀80年代以來,隨著全世界水資源日益緊缺,同時低成本的水源工程也幾乎都已開發,以供水為目的的雨水集蓄系統得到了迅速發展,雨水利用范圍也從生活用水向城市用水和農業用水方面擴展。1982年6月在美國夏威夷召開的第1屆雨水集流利用國際會議和1980年11月聯合國在第35屆大會上提出的“聯合國1981—1990年國際飲水供應和環境衛生十年”,共同推動了雨水利用技術的研究和發展。東南亞的尼泊爾、印度、泰國,非洲的肯尼亞、坦桑尼亞,以及日本、澳大利亞、美國、德國等發達國家,都采用了多種技術開發和利用雨水。我國自20世紀80年代末,開始開發利用雨水資源,如甘肅省實施的“121雨水集流工程”、內蒙古實施的“112集雨節水灌溉工程”、寧夏實施的“窖水工程”、陜西實施的“甘露工程”等都促進了我國雨水集蓄措施的研究和應用,產生了明顯的經濟效益、社會效益和生態效益。1995年6月在北京召開了“第七屆國際雨水集流系統大會”,1998年9月在徐州召開了“國際雨水利用學術會議暨中國第二屆雨水大會”,這兩次會議進一步推動了我國的雨水利用研究和示范工作。
總之,雨水集流利用已經遍及世界多個國家,包括干旱缺水的發展中國家和供水比較充足的發達國家,但目前還基本處于以民間方式利用的階段,主要集中用于解決農村與小城鎮的人畜飲用水問題,如何更好地發揮雨水集蓄在農業生產與城市發展過程中的積極作用,是目前及今后一個時期世界各國水資源可持續開發利用亟待解決的問題。
技術實現要素:
本發明要解決的技術問題是提供一種農田雨水集蓄、排水及節灌系統,特別適用于農田水循環土層厚度較薄、旱澇頻繁、土壤有效水含量偏低、降雨再分配以填洼與地表徑流為主的農田地區。
為解決上述技術問題,本發明所采取的技術方案如下。
一種農田雨水集蓄、排水及節灌系統,適用于農田水循環土層厚度較薄、旱澇頻繁、土壤有效水含量偏低、降雨再分配以填洼與地表徑流為主的農田地區,包括集蓄裝置、排水裝置、節灌裝置及太陽能供電裝置;
所述集蓄裝置包括水平鋪設在地下的承接管網,此承接管網包括多排相互水平平行設置的承接管,各平行承接管之間通過一根與之垂直設置的水平承接管相互連通,所有承接管兩端端部均設置為盲管,且在每根平行設置的承接管頂部管壁上設置有若干呈品字形分布的集雨開孔,每一集雨開孔上均包裹覆蓋有透水無紡土工布,透水無紡土工布上方設置有延伸至地表的反濾層;在每一根平行設置的承接管上均間隔設置至少一組向下延伸的豎管,不同豎管的底端通過管路相互連通,承接管與豎管之間通過三通連通;
所述排水裝置的組成結構為:至少一根承接管最邊緣的一個豎管高出所述承接管3-8cm,在此豎管的頂端或者上部側壁上設置有排水孔,此排水孔通過排水管路接通至附近的排水溝。
作為本發明的一種優選技術方案,所述節灌裝置包括提水裝置和與提水裝置連通的輸配水管網,所述提水裝置的提水末端設置在所述任一豎管底部。
作為本發明的一種優選技術方案,所述太陽能供電裝置包括依次連接的太陽能板、充電控制器和蓄電裝置,此蓄電裝置與所述節灌裝置的提水裝置電連接。
作為本發明的一種優選技術方案,所述承接管網鋪設在地下30-40cm處。
作為本發明的一種優選技術方案,所述集雨開孔的單孔直徑2-3cm,開孔密度為80-120個/平米。
作為本發明的一種優選技術方案,所述反濾層自上向下依次包含粗砂層、小石子層、大石子層,且粗砂層厚度:小石子層厚度:大石子層厚度為1:1:(1-2)。
作為本發明的一種優選技術方案,所述粗砂層中粗砂的粒徑為0.5-3mm、小石子層中小石子的粒徑為3-12mm、大石子層中大石子的粒徑為10-50mm。
采用上述技術方案所產生的有益效果在于:本發明面向農業現代化與水資源安全的需戰略求,圍繞降水資源利用率低與節水灌溉自動化水平較低的問題,開展農田雨水集蓄、排水與節灌系統及方法的研究,本發明的技術方案能夠利用上壁開孔、包裹透水無紡土工布、鋪設反濾層的承接管自動收集農田內天然雨水再分配所形成的地表積水與徑流,并利用手壓泵或者電動水泵,通過豎管抽取集蓄在承接管內的雨水,在非雨季節適時進行補灌,從而提高天然降水資源的利用率與節水灌溉的自動化水平,具有節能、環保、綠色、低碳的特點。
本發明創制的承接管網系統的設計及配套的反濾層裝置,是本發明高效實施的重要保障,能夠較好的收集雨水并控制泥沙堵塞現象的出現,是本發明的核心技術改進點之一;尤其適用于旱澇頻繁、農田土壤有效水含量偏低、參與農田水循環的土層厚度較薄、降雨再分配主要以填洼與地表徑流為主的地區,為農業生產提供水資源保障。
附圖說明
圖1為本發明集蓄裝置的平面結構示意圖
圖2顯示集蓄裝置的立面結構及排水裝置。
圖3為承接管的結構示意圖。
圖4為反濾層的結構示意圖。
圖5為節灌裝置及太陽能供電裝置的結構示意圖。
圖中:承接管(1)、集雨開孔(2)、透水無紡土工布(3)、反濾層(4)、粗砂層(41)、小石子層(42)、大石子層(43)、豎管(5)、排水孔(7)、提水裝置(8)、輸配水管網(9)、太陽能板(10)、充電控制器(11)、蓄電裝置(12)。
具體實施方式
實施例1、農田雨水集蓄、排水及節灌系統
參看附圖,本發明一個具體實施例的結構中包括集蓄裝置、排水裝置、節灌裝置及太陽能供電裝置;
其中的集蓄裝置包括水平鋪設在地下35cm處的承接管網,此承接管網包括多排相互水平平行設置的承接管1,各平行承接管1之間通過一根與之垂直設置的水平承接管1相互連通,所有承接管1兩端端部均設置為盲管,且在每根平行設置的承接管1頂部管壁上設置有若干呈品字形分布的集雨開孔2,集雨開孔2的單孔直徑2.5cm,開孔密度為100個/平米;每一集雨開孔2上均包裹覆蓋有透水無紡土工布3,透水無紡土工布(上海盈帆環保材料有限公司出產的長絲土工布)3上方設置有延伸至地表的反濾層4,反濾層4自上向下依次包含粗砂層41、小石子層42、大石子層43,且粗砂層厚度:小石子層厚度:大石子層厚度為1:1:1.5,粗砂層41中粗砂的粒徑為0.5-3mm、小石子層42中小石子的粒徑為3-12mm、大石子層43中大石子的粒徑為10-50mm;在每一根平行設置的承接管1上均間隔設置多組向下延伸的豎管5,不同豎管5的底端通過管路相互連通,承接管1與豎管5之間通過三通連通;
其中排水裝置的組成結構為:至少一根承接管1最邊緣的一個豎管5高出所述承接管5cm,在此豎管5的頂端或者上部側壁上設置有排水孔7,此排水孔7通過排水管路接通至附近的排水溝;
其中的節灌裝置包括提水裝置8和與提水裝置8連通的輸配水管網9,提水裝置8的提水末端設置在任一豎管5底部;多數情況下提水裝置8為電動水泵,也可根據實際情況采用手壓泵或水桶提水,輸配水管網9多數情況下為地表溝渠灌水網,根據實際情況也可采用為滴灌、滲灌、噴灌系統;
其中的太陽能供電裝置包括依次連接的太陽能板10、充電控制器11和蓄電裝置12,此蓄電裝置12與節灌裝置的提水裝置8電連接。
實施例2、本發明的應用分析
2.1集蓄庫容的計算
以1公頃(100米×100米)的農田為例,雨季降雨量為200mm-500mm,農田的集流效率為5%-10%,那么雨季的集流量為100m3-500m3。承接管的直徑為80cm,承接管的間距為20米,那么可以計算出承接管的總長度為600米,庫容為314立方米。
2.2節水灌溉制度的確定
假設節水灌溉的灌水定額為10m3/畝,那么1公頃農田灌一次總共需要150m3水,也就是說,在雨季將承接管全部蓄滿一次,可以在非雨季節為作物提供兩次補灌的機會。
2.3投資概算
承接管以水泥管為例,直徑80cm的水泥管單價為100元/米,600米的水泥管需要6.0萬元,加上25根豎管的費用2500元,合計6.25萬元。一次投資,多年受益,使用壽命按20年計算,平均每年的費用為200元左右。
上述描述僅作為本發明可實施的技術方案提出,不作為對其技術方案本身的單一限制條件。