农田自动灌排系统技术方案

本发明专利技术涉及一种农田自动灌排系统，灌溉水经水位控制阀进入水位控制池，浮球带动水位控制阀调整供水量，直到供水与耗水相等，水位稳定在水位控制阀停止供水水位h1下的某个水位上，灌溉水从灌水器U型混凝土槽内底部，经无砂混凝土盖板和砂石反滤层进入U型混凝土槽内上部的填土区，形成低于h1的土壤饱和水层，饱和水层的水以毛细管水的形式上升至作物根系层，供水量随耗水量增减，自适应灌溉，因h1低于U型混凝土槽上沿高度h2，没有重力水渗漏。一旦因降雨，土壤饱和水层高于h1，水位控制阀关闭，灌溉中止，如果高于h2水位控制池的上沿，水溢出进入积水池，开始排水，直至土壤饱和水层低于h1，恢复灌溉。灌排全自动，可靠性高，耐久性好。

Automatic irrigation and drainage system

The invention relates to an automatic drainage system of farmland irrigation, water level control valve into the tank water level control, water level control valve to adjust the floating ball to drive the water supply, water supply and water consumption until equal, stable water level in a water level control valve to stop water supply under H1, irrigation water from the emitter U type concrete groove at the bottom, without concrete cover and gravel filling area sand filter layer into the U type concrete groove in the upper part of the formation, lower than the saturated soil layer H1, saturated aquifer water to form up to the crop root layer of capillary water, water supply with water consumption change, adaptive irrigation, because H1 is lower than that of the U type concrete tank along the height of H2, there is no gravity water leakage. Once because of rainfall, soil water saturation is higher than H1, the water level control valve closed, irrigation stopped, if higher than H2 water level control pool along the water overflow into the water pool, until the beginning of drainage, soil saturated water is lower than H1, rehabilitation of irrigation. Full automatic irrigation, high reliability, good durability.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种农田灌溉与排水技术，尤其涉及一种农田自动灌排系统。
技术介绍
现有的自动灌溉系统，需要通过检测植物生理参数、土壤的水分参数以及许多气 象参数来计算和预测合适的灌溉时间和灌水量，相当繁琐，有些检测即使是专业人员也很 难掌握，结构复杂，设备昂贵，农民难以接受，普及也十分困难。另外，现有的自动灌溉系统， 仅侧重于决策合适的灌溉时间和灌水量，而忽视了重要的田间灌水环节，即不能解决地上 灌溉的无效蒸发，也不能解决地下灌溉(渗灌)的深层渗漏，因灌水方式导致的无效灌溉和 养分流失，灌溉效率并未从根本上得到提高。耐久性差，可靠性低，尤其是地下灌溉系统， 因为堵塞问题，使用寿命一般不会超过10年，通常为4 6年。过短的使用寿命，过高的投 入、运行、维护成本，使得省水效益远低于农民的期望值，极大地戳伤了农民的使用积极性。 灌溉时间和灌水量一般是通过开关水泵控制什么时间加压，加压多长时间来实现的，进一 步减少能耗，存在技术上难以逾越的障碍。目前，灌排兼顾的自动灌溉与排水系统几乎是空 白。人类活动破坏了自然生态环境的循环与平衡，进入本世纪后，温室效应，全球变暖，逐步 加剧，使得反常的极端天气频发。传统的旱区，也可能发生大涝，传统的涝区，也可能发生大 旱。如果有既能灌又能排还兼有收集雨水再利用的自动灌溉系统，更能适应当今天气形势 的变化与发展。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种结构简单，省水、节能，旱能灌，涝可排，灌排全自动， 即能抑制土表湿润导致的无效蒸发，又能避免地下渗漏导致的无效灌溉、养分流失，耐久性 好，可靠性高的“傻瓜”式管理的新型农田自动灌排系统。本专利技术的目的是这样实现的一种农田自动灌排系统，包括蓄水池，水位控制池，积水池，输水干管，汇流管，灌 水器若干，蓄水池位于水位控制池和积水池的上方，积水池被允许的最高水位，低于水位控 制池池壁的上沿，若干个灌水器通过汇流管输水干管与水位控制池连通，若干个灌水器纵 向相互平行并留有适当间距与汇流管垂直连接，共同处于作物根系层下同一个水平面上， 在保证作物根系层有效供水的前提下，尽量增加该水平面位于作物根系层下的深度，以减 少土表无效蒸发，土壤越致密，毛细管作用越强，深度越大，粘壤土大于壤土，壤土大于砂壤 土，在有可能发生不均勻沉降的地方，可以增加横向连通的灌水器，组成灌水器网，灌水器 由以下几部分组成u型混凝土槽，U型混凝土槽前挡水板，U型混凝土槽后挡水板，无砂混 凝土盖板，砂石反滤层，U型混凝土槽开口朝上垂直于水平面放置，U型混凝土槽底部混凝 土内置抗拉钢筋，U型混凝土槽通向汇流管的那一端设有U型混凝土槽前挡水板，另一端设 有U型混凝土槽后挡水板，U型混凝土槽槽内中下部水平放置无砂混凝土盖板，无砂混凝 土盖板上铺设砂石反滤层，砂石反滤层上覆土至地面与作物根系层土壤一致无差别接触，U型混凝土槽槽内无砂混凝土盖板下空洞为灌排水通道，灌排水通道与土壤进行水交换是 通过无砂混凝土盖板和砂石反滤层进行的，只允许水移动而不允许土壤等固体颗粒移动， 水位控制池设有过滤和水位控制装置，包括过滤栅，供水管，过滤器，水位控制阀，水位控 制阀旋柄，浮球，供水管的上端与蓄水池相通，供水管的进水口设有过滤栅，供水管的中部 设有过滤器，供水管的下端安装水位控制阀，水位控制阀旋柄连接浮球，水位控制阀采用旋 转陶瓷片阀芯阀门，hi为水位控制阀供水关闭水位，h2为水位控制池溢出水位，h2与水位 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，浮球随水位控制 池水位上下移动，带动水位控制阀旋柄转动，水位控制池水位下降，浮球下移，水位控制阀 开度增加，供水速度加大，水位控制池水位上升，浮球上移，水位控制阀开度减少，供水速度 减低，如果水位控制池水位上升至hl，则水位控制阀关闭，供水停止，积水池设有排水装置 和排水水位控制装置，排水装置包括潜水泵，排水管，潜水泵固定在积水池底部高于池底 的地方，潜水泵抽出的水通过排水管输入蓄水池，排水水位控制装置包括水位浮子，浮子 导杆，上水位触点常开干簧管，下水位触点常闭干簧管，浮子导杆用不锈钢或尼龙等非铁磁 管形材料，垂直于水平面，上下两端固定在积水池侧壁上，h3为积水池排水上限水位，h4为 积水池排水下限水位，h3低于水位控制池溢出水位h2，h4高于潜水泵进水口，用大功率触 点常开干簧管密封于管形浮子导杆内h3高度处，作为上水位触点常开干簧管，用大功率触 点常闭干簧管密封于管形浮子导杆内h4高度处，作为下水位触点常闭干簧管，水位浮子为 环形，内置环形磁铁，套于浮子导杆上，水位浮子跟随积水池水位升降而沿浮子导杆上下移 动，当水位浮子上升至h3高度处，水位浮子内的环形磁铁，使密封于浮子导杆内的上水位 触点常开干簧管触点闭合，启动潜水泵抽水至蓄水池，当水位浮子下降至h4高度处，水位 浮子内的环形磁铁，使密封于浮子导杆内的下水位触点常闭干簧管触点张开，停止潜水泵 抽水。 蓄水池内的灌溉水，在重力作用下，经过滤栅过滤，初步滤除体积较大的杂物后， 进入供水管，向下进入过滤器，进一步滤除水中杂质，通过水位控制阀，进入水位控制池，随 着进入的水量增多，水位控制池的水位逐渐抬高，灌溉水通过输水干管汇流管进入与之相 通的若干个灌水器的U型混凝土槽槽内的底部进水通道，在U型混凝土槽前挡水板和U型 混凝土槽后挡水板的阻挡下，水位继续抬高的灌溉水，通过无砂混凝土盖板和砂石反滤层， 进入U型混凝土槽槽内上部的填土区域，与此同时，随水位控制池水位上升的浮球，带动水 位控制阀旋柄旋转，逐渐减少供水量，直到供水速度与耗水速度相等，水位稳定在低于hi 的某个高度上，水位进入动态平衡状态，在动态平衡状态水位以下的U型混凝土槽槽内上 部的填土区域，形成土壤饱和水层，因hi低于U型混凝土槽的槽壁上沿高度h2，土壤饱和水 层的重力水被束缚在U型混凝土槽的槽内，不会产生重力水渗漏损失，在土壤毛细管作用 下，U型混凝土槽槽内土壤饱和水层的水，以毛细管水的形式，上升至作物根系层，除极少量 的水能继续上升至土表蒸发外，绝大部分的水，到达作物根系层后，因为土壤、植物、大气的 水势能差的作用，最终以植物植株蒸腾的形式输送至大气中，如果某个时段的耗水量增加 或减少，土壤饱和水层下降或上升，引发水位控制池水位下降或上升，浮球带动水位控制阀 旋柄旋转，加大或减少供水量，直至供水速度与耗水速度相等，水位重新稳定在低于hl的 某个高度上，水位再次进入动态平衡状态。作物耗多少水，就供多少水，供水量随耗水量增 减，自适应，无需人为干预和人为外加能量，实现了低成本的灌溉自动化。—般农田特别是地势低洼农田，降雨后，如果土壤饱和水层淹没作物根系层，因排 水不畅，不能及时降到作物根系层以下，将发生涝灾，轻者造成减产，重者造成作物死亡而 绝收。在本专利技术的农田自动灌排系统所在农田，一旦因降雨，土壤饱和水层高于hl，土壤饱 和水层的重力水将通过砂石反滤层和无砂混凝土盖板，进入到U型混凝土槽槽内底部的排 水通道，经与之相连的汇流管汇集后，通过输水干管进入水位控制池，水位控制池的水位也 随之高于hl，浮球将带动水位控制阀旋柄旋转，关闭水位控制阀，停止蓄水池内的灌溉水进 入水位控制池，中止了灌溉过程，如果土壤本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种农田自动灌排系统，其特征在于：包括蓄水池（１），水位控制池（２），积水池（３），输水干管（４），汇流管（５），灌水器（６）若干，蓄水池（１）位于水位控制池（２）和积水池（３）的上方，积水池（３）被允许的最高水位，低于水位控制池（２）池壁的上沿，若干个灌水器（６）通过汇流管（５）输水干管（４）与水位控制池（２）连通，若干个灌水器（６）纵向相互平行并留有适当间距与汇流管（５）垂直连接，共同处于作物根系层下同一个水平面上，在有可能发生不均匀沉降的地方，可以增加横向连通的灌水器（６），组成灌水器网，灌水器（６）由以下几部分组成：Ｕ型混凝土槽（１９），Ｕ型混凝土槽前挡水板（２０），Ｕ型混凝土槽后挡水板（２１），无砂混凝土盖板（２２），砂石反滤层（２３），Ｕ型混凝土槽（１９）开口朝上垂直于水平面放置，Ｕ型混凝土槽（１９）底部混凝土内置抗拉钢筋，Ｕ型混凝土槽（１９）通向汇流管（５）的那一端设有Ｕ型混凝土槽前挡水板（２０），另一端设有Ｕ型混凝土槽后挡水板（２１），Ｕ型混凝土槽（１９）槽内中下部水平放置无砂混凝土盖板（２２），无砂混凝土盖板（２２）上铺设砂石反滤层（２３），砂石反滤层（２３）上覆土至地面与作物根系层土壤一致无差别接触，Ｕ型混凝土槽（１９）槽内无砂混凝土盖板（２２）下空洞为灌排水通道，灌排水通道与土壤进行水交换是通过无砂混凝土盖板（２２）和砂石反滤层（２３）进行的，只允许水移动而不允许土壤等固体颗粒移动，水位控制池（２）设有过滤和水位控制装置，包括：过滤栅（７），供水管（８），过滤器（９），水位控制阀（１０），水位控制阀旋柄（１１），浮球（１２），供水管（８）的上端与蓄水池（１）相通，供水管（８）的进水口设有过滤栅（７），供水管（８）的中部设有过滤器（９），供水管（８）的下端安装水位控制阀（１０），水位控制阀旋柄（１１）连接浮球（１２），ｈ１为水位控制阀（１０）供水关闭水位，ｈ２为水位控制池（２）溢出水位，ｈ２与水位控制池（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，ｈ１低于ｈ２，浮球（１２）随水位控制池（２）水位上下移动，带动水位控制阀旋柄（１１）转动，水位控制池（２）水位下降，浮球（１２）下移，水位控制阀（１０）开度增加，供水速度加大，水位控制池（２）水位上升，浮球（１２）上移，水位控制阀（１０）开度减少，供水速度减低，如果水位控制池（２）水位上升至ｈ１，则水位控制阀（１０）关闭，供水停止，积水池（３）设有排水装置和排水水位控制装置，排水装置包括：潜水泵（１３），排水管（１４），潜水泵（１３）固定在积水池（３）底部高于池底的地方，潜水泵（１３）抽出的水通过排水管（１４）输入蓄水池（１），排水水位控制装置包括：水位浮子（１５），浮子导杆（１６），上水位触点常开干簧管（１７），下水位触点常闭干簧管（１８），浮子导杆（１６）用不锈钢或尼龙等非铁磁管形材料，垂直于水平面，上下两端固定在积水池（３）侧壁上，ｈ３为积水池（３）排水上限水位，ｈ４为积水池（３）排水下限水位，ｈ３低于水位控制池（２）溢出水位ｈ２，ｈ４高于潜水泵（１３）进水口，用大功率触点常开干簧管密封于管形浮子导杆（１６）内ｈ３高度处，作为上水位触点常开干簧管（１７），用大功率触点常闭干簧管密封于管形浮子导杆（１６）内ｈ４高度处，作为下水位触点常闭干簧管（１８），水位浮子（１５）为环形，内置环形磁铁，套于浮子导杆（１６）上，水位浮子（１５）跟随积水池（３）水位升降而沿浮子导杆（１６）上下移动，当水位浮子（１５）上升至ｈ３高度处，水位浮子（１５）内的环形磁铁，使密封于浮子导杆（１６）内的上水位触点常开干簧管（１７）触点闭合，启动潜水泵（１３）抽水至蓄水池（１），当水位浮子（１５）下降至ｈ４高度处，水位浮子（１５）内的环形磁铁，使密封于浮子导杆（１６）内的下水位触点常闭干簧管（１８）触点张开，停止潜水泵（１３）抽水。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：高胜国，高任翔，
申请(专利权)人：中国农业科学院农田灌溉研究所，
类型：发明
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