一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统技术方案

本发明专利技术公开了一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统，属于农业灌溉技术领域，该系统包括海水蓄水池、高压气输气管、灌溉蓄水池、含气灌溉输水管、灌溉总管、灌溉支管、农作物、气液混合头、潮汐驱动高压泵系统；所述的潮汐驱动高压泵系统用于产生高压气体；所述的高压气输气管连接潮汐驱动高压泵系统，用于运输高压气；所述的高压气输气管伸入灌溉蓄水池中将高压气与灌溉水混合，并通过含气灌溉输水管将含气灌溉水运送到农作物的下方土壤中的灌溉总管中，再从灌溉总管流入灌溉支管中。本装置直接由潮汐驱动，灌溉过程无需人力电力，应用于滨海的咸水灌溉，从而缓解淡水资源短缺以及微咸水灌溉时的植物根际缺氧状况，提高作物产量。

A tidal driven aeration brackish water irrigation system

【技术实现步骤摘要】
一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统
本专利技术属于农业灌溉
，具体涉及一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统。
技术介绍
随着社会经济的快速发展，农业、工业和生态用水矛盾日益突出，大力发展农业高效节水技术已是大势所趋。微咸水灌溉可有效缓解粮食产量和农业用水之间的矛盾，但灌溉过程中，土壤水分将土壤空气驱逐开来，造成土壤至少出现暂时性和周期性的滞水，并进而通气性下降。土壤的空气含量过低会直接影响土壤酶活性，抑制作物对水分和养分的吸收，会造成根际缺氧的状况。曝气灌溉可有效缓解微咸水灌溉时的植物根际缺氧状况，提高作物产量和水分利用率。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术的目的在于提供一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统，该灌溉系统可以实现潮汐驱动曝气并直接利用，同时，利用微咸水缓解农业用水的矛盾，提高作物产量和水分利用率。技术方案：为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统，设置在外海和岸相接之处，用于灌溉农作物，该系统包括设置在岸上的海水蓄水池，在所述的外海和海水蓄水池之间设置用于产生高压气体的潮汐驱动高压泵系统；所述的潮汐驱动高压泵系统通过高压气输气管与灌溉蓄水池相连，将高压气与灌溉水混合；所述的蓄水池设置在靠近农作物的位置，所述的蓄水池通过含气灌溉输水管将含气灌溉水运送到农作物的下方土壤中的灌溉总管中，再从灌溉总管流入灌溉支管中；所述的灌溉支管在农作物下方土壤中间隔布置；其中，所述的潮汐驱动高压泵系统包括依次相连的空气进气管、海水进水管和高压气海水分离管，所述的高压气海水分离管与高压气出气管和海水出水管分别相连。所述高压气海水分离管预留与海水进水管、高压气出气管、海水出水管直径相同的管段，并与该管段之间采用焊接连接；所述高压气海水分离管需提前预制，运输到现场以后，将预制管段部分分别对应与海水进水管、高压气出气管、海水出水管法兰连接；采用支架将所述空气进气管固定安装在海水进水管正中央位置；所述高压气输气管、含气灌溉输水管、灌溉总管、灌溉支管之间采用粘结连接。进一步的，以最不利工况确定所述的灌溉总管直径，按下式计算：式中，D为灌溉总管直径(mm)，Q为设计流量(m3/h)，V为流速(m/s)。进一步的，所述的海水蓄水池为天然洼地或人工开挖；所述的海水蓄水池的面积与潮汐驱动高压泵系统的流量相配合，海水蓄水池的蓄水量按照下式计算：V＝(1.3～1.5)tQ(II)；式中，V为海水蓄水池的蓄水体积，Q为潮汐驱动高压泵系统的总流量，t为循环周期，以6h计算常规半日潮海岸，以12h计算常规常规全日潮海岸。进一步的，所述的空气进气管的顶端始终伸出水面，空气进气管的底端伸入海水进水管中，由高强度的耐腐蚀材料制成；所述的空气进气管的为单根管或多根的组合管，通过连接部件固定于海水进水管上方。进一步的，所述的海水进水管内部流通空气与海水的混合物，海水进水管的顶高程在低潮位以下，海水进水管由高强度耐腐蚀材料制成；海水进水管上端口设置过滤过滤格栅，在海水进水管上设置有止水阀，当外海达到高潮位时，打开靠外海侧海水进水管的止水阀，并在两侧水位持平时关闭；当外海达到低潮位时，打开靠海水蓄水池侧空气进气管的止水阀，并在两侧水位持平时关闭。进一步的，在所述的高压气海水分离管管内部，高压气与海水分离；高压气海水分离管与海水进水管、高压气出气管、海水出水管均焊接连接。进一步的，所述的高压气出气管由高强度抗腐蚀材料制成，其下端连接高压气海水分离管，上端连接高压气输气管；所述的海水出水管由高强度抗腐蚀材料制成，其下端连接高压气海水分离管，上端连接外海或海水蓄水池。进一步的，所述的高压气输气管的一段连接高压气出气管，另一端连接气液混合头。进一步的，所述的灌溉蓄水池内的水用于灌溉；所述的含气灌溉输水管的一段连接气液混合头，另一端连接灌溉总管，用于运输含气灌溉水。进一步的，所述的农作物和灌溉蓄水池的距离应保持在10～50m之间；所述的灌溉总管和灌溉支管埋设在农作物的下方土壤中，用于农作物的灌溉；在灌溉支管上分布有均匀的小孔，将含气灌溉水按一定的速率灌溉入土壤中；所述的灌溉总管和灌溉支管的管网可以按照梳齿形、丰字形、环状排列。若灌溉总管长度是500m，且当Q＝32m3/h，V＝1.50m/s，可得D＝86.88mm，初步选择灌溉总管采用壁厚为3.50mm，公称压力为0.80MPa的PVC管；规定每条灌溉支管有128个小孔，每个小孔的流量为59.40L/h，那么每条灌溉支管的流量计算得7.60m3/h，规定这个案例中每条灌溉支管长135m，灌溉支管为的PE管，壁厚2.90mm。有益效果：与现有技术相比，本专利技术的一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统：1)利用潮汐能代替传统的电力实现曝气，实现清洁能源的利用，防止在曝气的过程中产生污染物，破坏生态环境。曝气系统需要消耗大量能源，大大增加了曝气的成本；2)曝气装置的曝气过程需要通过泵来实现，泵的稳定运作直接影响到整个灌溉的过程的发生。在推广过程中，对泵的功率有较大要求，尤其在没有电网覆盖的区域，便无法实现曝气。本装置直接由潮汐驱动，灌溉过程无需人力电力；3)本装置的主体均埋设在地下，所以受地形影响较小，任何有潮差的沿海均可以建设这套系统。在运行过程中，不会受到极端天气和波浪的侵蚀，能保证长期平稳运行；4)本系统实现了气的现场制备并立即使用，无需将高压气长距离运输和长时间储存，从而减少高压气的消耗和流失，提高了高压气的利用率；5)曝气灌溉可以提高农作物的产量，也可以应用于滨海的咸水灌溉，改善根系缺氧状况，从而节约淡水资源，缓解目前淡水资源短缺的状况。附图说明图1是潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统的结构示意图；图2是潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统的系统布置示意图；图3是垂直下流管两相流形成机理示意图；附图标记为：1-外海，2-海水蓄水池，3-空气进气管，4-海水进水管，5-高压气海水分离管，6-高压气出气管，7-海水出水管，8-高压气输气管，9-灌溉蓄水池，10-含气灌溉输水管，11-灌溉总管，12-灌溉支管，13-农作物，14-气液混合头，15-潮汐驱动高压泵系统。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术作更进一步的说明。如图1-2所示，一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统，该系统包含外海1、海水蓄水池2、高压气输气管8、灌溉蓄水池9、含气灌溉输水管10、灌溉总管11、灌溉支管12、农作物13、气液混合头14、潮汐驱动高压泵系统15。潮汐驱动高压泵系统15由空气进气管3、海水进水管4、高压气海水分离管5、高压气出气管6、海水出水管7组成，设置在外海1和海水蓄水池2之间，用于产生高压气体。高压气输气管8连接潮汐驱动高压泵系统15，用于运输高压气。灌溉蓄水池9设置在靠近农作物13的位置，高压气输气管8伸入灌溉蓄水池9中将高压气与灌溉水混合，并通过含气灌溉输水管10将含气灌溉水本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统，设置在外海(1)和岸相接之处，用于灌溉农作物(13)，其特征在于：该系统包括设置在岸上的海水蓄水池(2)，在所述的外海(1)和海水蓄水池(2)之间设置用于产生高压气体的潮汐驱动高压泵系统(15)；所述的潮汐驱动高压泵系统(15)通过高压气输气管(8)与灌溉蓄水池(9)相连，将高压气与灌溉水混合；所述的蓄水池(9)设置在靠近农作物(13)的位置，所述的蓄水池(9)通过含气灌溉输水管(10)将含气灌溉水运送到农作物(13)的下方土壤中的灌溉总管(11)中，再从灌溉总管(11)流入灌溉支管(12)中；所述的灌溉支管(12)在农作物(13)下方土壤中间隔布置；其中，所述的潮汐驱动高压泵系统(15)包括依次相连的空气进气管(3)、海水进水管(4)和高压气海水分离管(5)，所述的高压气海水分离管(5)与高压气出气管(6)和海水出水管(7)分别相连。/n

【技术特征摘要】
1.一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统，设置在外海(1)和岸相接之处，用于灌溉农作物(13)，其特征在于：该系统包括设置在岸上的海水蓄水池(2)，在所述的外海(1)和海水蓄水池(2)之间设置用于产生高压气体的潮汐驱动高压泵系统(15)；所述的潮汐驱动高压泵系统(15)通过高压气输气管(8)与灌溉蓄水池(9)相连，将高压气与灌溉水混合；所述的蓄水池(9)设置在靠近农作物(13)的位置，所述的蓄水池(9)通过含气灌溉输水管(10)将含气灌溉水运送到农作物(13)的下方土壤中的灌溉总管(11)中，再从灌溉总管(11)流入灌溉支管(12)中；所述的灌溉支管(12)在农作物(13)下方土壤中间隔布置；其中，所述的潮汐驱动高压泵系统(15)包括依次相连的空气进气管(3)、海水进水管(4)和高压气海水分离管(5)，所述的高压气海水分离管(5)与高压气出气管(6)和海水出水管(7)分别相连。


2.根据权利要求1所述的一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统，其特征在于：以最不利工况确定所述的灌溉总管(11)直径，按下式计算：



式中，D为灌溉总管(11)直径，mm，Q为设计流量，m3/h，V为流速，m/s。


3.根据权利要求1所述的一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统，其特征在于：所述的海水蓄水池(2)为天然洼地或人工开挖；所述的海水蓄水池(2)的面积与潮汐驱动高压泵系统(15)的流量相配合，海水蓄水池(2)的蓄水量按照下式计算：
V＝(1.3～1.5)tQ(II)；
式中，V为海水蓄水池(2)的蓄水体积，Q为潮汐驱动高压泵系统(15)的总流量，t为循环周期，以6h计算常规半日潮海岸，以12h计算常规常规全日潮海岸。


4.根据权利要求1所述的一种潮汐驱动曝气微咸水灌溉系统，其特征在于：所述的空气进气管(3)的顶端始终伸出水面，空气进气管(3)的底端伸入海水进水管(4)中，由高强度的耐腐蚀材料制成；所述的空气进气管(3)的为单根管或多根的组合管，通过连接部件固定于海水进水管(4)上方。


5.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚昱婷，孔俊，罗朝阳，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32