一种渗透微灌系统技术方案

本发明专利技术涉及微灌系统、制造方法及其应用，微灌系统灌溉部的灌溉元件为无动力、自适应、持续、均衡渗透微灌管或容器；微灌元件包括具有三维网络结构的毛细渗透层(11)，该毛细渗透层采用具有三维网络渗水结构的毛细渗透微灌材料制成；还可包覆凝胶保护层(13)，该微灌元件具有一种复合渗透结构，根据与之接触的土壤水势高低，水可以通过渗透微灌元件自动向外渗水或停止向外渗水，该系统还具有抗阻塞、抗菌、防鼠功能，能广泛应用于节水微灌领域，应用于沙漠，可起到固沙、改良沙漠的作用；应用于盐碱地，可起到压盐碱、改造盐碱地的作用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种节水微灌系统，尤其涉及一种具有渗透功能的埋地微灌系统。
技术介绍
我国水资源仅占世界总量的6%，是比耕地资源(占世界总量的9%)更紧缺的资源，水资源不足已成为严重制约我国国民经济可持续发展的瓶颈。农业是我国用水最多的产业，占总用水量的70%以上,其中农田灌溉用水量占农业用水量的90% 95%。然而,我国水资源短缺与水资源浪费并存的现象十分严重。因灌溉技术落后，造成水资源浪费严重、利用效率低下，加剧了水资源短缺的现状。缓解水资源供需矛盾的重要途径之一是发展节水灌溉。节水灌溉是比传统的灌溉明显节约用水和高效用水的灌水技术的总称。目前，在 节水灌溉面积中，采用现代先进节水灌溉技术的微乎其微，绝大部分只是按低标准初步进行了节水改造。因此，我国的节水灌溉面积尤其是高效节水灌溉面积都存在着巨大的发展空间和潜力。缓解水资源供需矛盾的重要途径之一是发展节水灌溉。目前节水灌溉技术主要有以下几种(I)喷灌技术、(2)滴灌技术、(3)渗灌技术。渗灌是继喷灌、滴灌之后，一种新型的有效地下微灌技术，是目前公认的最节水的灌溉方式，是农业灌溉技术上的一次革命，是使农业灌溉由粗放走向科学节水化的又一途径。渗灌，顾名思义，即灌溉水穿过器壁慢慢向外呈发汗状渗出，并随即通过器壁外部土壤的毛细吸附作用，向土体扩散，给作物供给水分或液体肥料的一种连续灌溉的方式。但目前国内把所有灌溉元件埋在地下的灌溉方式，包括“地下滴灌”等均视为“渗灌”“渗灌技术存在问题与建议《灌溉排水》97. 16(2)4。按照这种划分，主要有以下几种类型①埋地滴灌体系、②发泡体系、③胶粉填充体系、④植物纤维填充体系。上述技术均存在防堵效果差、加工成型工艺复杂、成孔效率低、本质上并不属于渗透灌溉的缺点。农用高保水性树脂(WaterRetaining Polymers agent)或称保水剂(WaterRetaining Agent)它是一类具有高吸水特性的功能性高分子材料的统称。高吸水性树脂首先由美国农研所开发研制成功，之后在日本、法国、英国和德国等也开始进行开发研究。其农业方面的应用研究，开始于20世纪70年代，1990年以后获得了惊人的效果。其中日本在沙滩的20cm深处撒上一层含肥料的高吸水性树脂，其用量与沙的重量比为2 100，播种菠菜，其单位面积产量为大地菠菜的2倍以上。俄国使用聚丙烯酰胺高吸水性树脂，在伏尔加格勒进行了大面积试验，每公顷地使用100kg，可节水50%并且使农作物增产20% — 70%张科等高吸水性树脂在农业应用中的研究，辽宁化工，第36卷I第12期，2007年12月。国内也广泛展开了应用研究。经多年实践，也形成了一些行之有效的使用方法，主要有①种子包衣(涂膜、涂层)技术、②蘸根技术、③拌土技术等。唐广等在研究了使用高吸水保水剂的土壤水分分布后发现，高吸水保水剂和与之相拌的土壤一起构成吸水网络，对水分进行吸收和保持。唐广、李慧，“农作物节水抗旱对比试验研究” [J].北京农业科学，2000，18(4) :25-29。上述资料表明，高保水树脂在根际处形成一个“微型水库”，对保持土壤的水分起到了明显的作用。现有技术一在节水灌溉领域，最早采用的是喷灌。喷灌系统是以输配水管网为主体，利用安装在水源处的建筑物内的水泵和动力机把水源的水经埋在地下的干管和支管压送到喷头，在支管上每隔一定间距立一竖管，每一竖管上安装一个喷头。经喷头喷洒到地面，象降雨一样对作物进行灌溉。现有技术一的缺点喷灌虽然比传统的漫灌节水，但不可避免要受到风的影响，大风可将灌溉水吹离灌溉区域或吹到空气中造成水的浪费，同时由于是地上作业，也会因蒸发造成水的浪费。还会造成地面土壤的板结，影响土壤的透气性能，进而影响产量。由于喷灌需人工决定灌溉时间，所以如控制不当，还会因深层渗漏造成灌溉水的浪费。同时可以看出，没有水泵及动力机形成的较高压力，水是不可能喷洒到远处，所以喷灌要消耗大量能源及人工管理费用。 现有技术二 滴灌是通过安装在毛管上的滴头将水一滴一滴地、均匀缓慢地滴入作物根区附近土壤的灌水形式。滴入土壤的水滴一方面横向运动，一方面向下入渗形成湿润体。湿润体的形状一般随滴水总量的增加先由扁圆球体变成圆球体，最后成为柱状体。在滴灌条件下，由于滴水流量小，水滴缓慢入土，因而除滴头附近的土壤水分处于饱和状态外，其它部位的土壤水分均处于非饱和状态，水分在土壤中主要借助土壤的毛细作用入渗和扩散。为了解决地面滴灌存在的地表蒸发带来的灌溉水损耗，用塑料薄膜将整个灌溉区域覆盖，使得灌溉产生的地表水不能蒸发。现有技术二的缺点滴灌虽然比喷灌更节水，但是仍然属地上作业，所以地面水汽蒸发仍然会造成灌溉水浪费。滴灌是一种“点式”灌溉，由于“点式”灌溉特征，实际上在灌溉区域形成了饱和区和不饱和区，这种不均匀性使得饱和区的水由于重力作用，持续向土壤深层渗漏造成灌溉水浪费。其次，采用这种“点式”灌溉，只有毛管中安装滴灌头密集度达到一定程度，土壤才能形成连续的湿润体，所以需要大量的毛管和滴灌头，带来投资巨大。滴灌的设备投资较喷灌还要高，这是现阶段推广应用中的实际困难。第三，毛管和滴灌头均为塑料制品，长期暴露在太阳光下，若不采取防老化措施，极易造成因毛管和滴灌头老化而使整个灌溉系统失效。第四，若灌溉水处理不当，灌溉水携带的杂质会从管内将滴孔堵塞。除物理堵塞外，在滴灌头部位如不进行特殊处理，在阳光的作用下，也极易形成生物化学堵塞。第五，采用动力滴灌据说可以抗堵塞，但即使如此，必须消耗动力。滴灌可以采用重力滴灌，这虽然也是无动力灌溉，但如无人为控制，不管植物需求多少，它会一直滴到水箱无水为止，因而造成灌溉水浪费。膜下滴灌仅仅解决了灌溉水的地表蒸发，不但其他问题仍然存在，还因覆膜造成费用再次增加。现有技术三为避免地面水蒸发造成灌溉水浪费或者节省覆膜费用，作为地面微灌系统的变种，在实际操作中，保持整个灌溉系统构造不变，将整个毛管或者将毛管上安装的滴灌头的毛管埋入土壤中适当的深度，用覆盖在滴灌管上层的土壤阻止灌溉水的蒸发，构成地下滴灌系统，也有人称此为渗灌系统。为了防止出水孔堵塞，专利ZL200820077586. I构思了一种将用土陶烧结成含有诸多毛细孔的渗水件安装在供水管体的出水孔上。专利ZL98233435. 4构思了一种将用化学纤维集束注塑成渗灌嘴，用普通螺纹管帽连接在管道体系中，形成安装在供水管体的出水孔上含有诸多毛细孔的渗水件的渗灌系统。现有技术三的缺点堵塞是制约地下滴灌技术发展的主要因素。堵塞分为两大类一类为由于灌溉水处理不当而造成从管道内部形成堵塞。这种堵塞必须从处理灌溉水入手。相对于内部堵塞的另一类堵塞可称作外部堵塞。外部堵塞主要可分为四大类一类为微生物堵塞。微生物堵塞在地面滴灌时也会产生，但埋地后微生物堵塞变得更为严重；一类为化学堵塞。化学堵塞主要是由于滴灌这种间歇式操作使得灌溉水中的溶解物结晶析出而造成堵塞；一类为由于直接与土壤紧密接触而造成的外部物理堵塞。滴灌的滴水孔附近土壤中水处于饱和状态，大量的重力水使得滴水孔附近的泥土的团粒结构被破坏，形成泥浆，加上滴灌属于重力灌溉，重力和压力灌溉不可避免会产生内部水压的波动，这种波动会在滴水孔局部区域形成水的不断“流进与流出”，产生的类似的“呼本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无动力、自适应、持续、均衡渗透微灌系统，包括水源(1)，首部枢纽(2)，输配管网(3)和灌溉部(4)，首部枢纽包括水泵机组、水泵增压系统、肥料和化学药剂注入设备、控制器、测量装置和过滤系统；输配管网可分为主干管、支管、分配管；其特征是：灌溉部的灌溉元件为渗透微灌管；所述渗透微灌管由双层结构组成，外层为具有毛细渗水功能的毛细渗透管(11)，内层是凹处开有长条形或圆形孔洞的开孔螺纹管(12)，所述毛细渗透管(11)采用具有毛细渗透功能的微灌材料制成，所述微灌材料包括：组分A：热塑性塑料，该热塑性塑料的熔体质量流动速率≤4g/10min；组份B：亲水的无机填料，所述亲水的无机填料的平均粒径为10μm？1.6μm；助剂组份C：复合抗氧剂，所述复合抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂1∶1复合而成；助剂组份D：熔体质量流动速率≥30g/10min的高流动性聚丙烯、聚乙烯或平均分子量大于3000的聚乙烯蜡或无规共聚聚丙烯；上述各组分的重量份数为：A：100，B：45？300，C：0.2？1.0，D：1？5，通过将上述各个组分按照计量称取在混炼机中混炼制得。所述毛细渗透功能的微灌材料具有在不亲水的热塑性塑料基体中，均匀分布的由亲水的无机填料颗粒堆砌构成的毛细渗水网络结构，使得所述毛细渗透管(1)能够根据与之接触的土壤的水势高低，水可以通过该管管壁内部的具有网络结构的毛细通道向外渗水或停止向外渗水。...

【技术特征摘要】
1.一种无动力、自适应、持续、均衡渗透微灌系统，包括水源(1)，首部枢纽(2)，输配管网(3)和灌溉部(4)，首部枢纽包括水泵机组、水泵增压系统、肥料和化学药剂注入设备、控制器、测量装置和过滤系统；输配管网可分为主干管、支管、分配管；其特征是灌溉部的灌溉元件为渗透微灌管；所述渗透微灌管由双层结构组成，外层为具有毛细渗水功能的毛细渗透管(11)，内层是凹处开有长条形或圆形孔洞的开孔螺纹管(12)， 所述毛细渗透管(11)采用具有毛细渗透功能的微灌材料制成，所述微灌材料包括组分A :热塑性塑料，该热塑性塑料的熔体质量流动速率< 4g/10min ;组份B :亲水的无机填料，所述亲水的无机填料的平均粒径为10 μ m-1. 6 μ m ;助剂组份C :复合抗氧剂，所述复合抗氧剂由受阻酚类抗氧剂和亚磷酸酯类抗氧剂I : I复合而成；助剂组份D :熔体质量流动速率> 30g/10min的高流动性聚丙烯、聚乙烯或平均分子量大于3000的聚乙烯蜡或无规共聚聚丙烯；上述各组分的重量份数为A 100, B =45-300, C :0. 2-1. O, D :1_5，通过将上述各个组分按照计量称取在混炼机中混炼制得。所述毛细渗透功能的微灌材料具有在不亲水的热塑性塑料基体中，均匀分布的由亲水的无机填料颗粒堆砌构成的毛细渗水网络结构，使得所述毛细渗透管(I)能够根据与之接触的土壤的水势高低，水可以通过该管管壁内部的具有网络结构的毛细通道向外渗水或停止向外渗水。2.如权利要求I所述的渗透微灌系统，其特征是其毛细渗透管组分中的组分A选自，聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚苯乙烯、聚酯、尼龙、聚碳酸酯或者以上述热塑性塑料为主的共混/共聚改性物；组份B选自，金属氧化物、氢氧化物、碳酸盐、硫酸盐、硅的氧化物、硅酸盐的缩聚物、铝硅酸盐的缩聚物、轻质或者重质碳酸钙、硅胶、沸石、滑石、水合滑石、氯碱工业产生的盐泥、铝业产生的赤泥、钛白粉、工业发电厂烟道气脱硫石膏或锅炉产生的粉煤灰，或者上述无机填料的两种或多种的混合物。3.如权利要求I中所述的渗透微灌系统，其特征在于其组分B中，还可加入纳米颗粒材料，其粒径尺寸为60nm 150nm，加入重量份数为彡10。4.如权利要求I中所述的微灌系统，其特征在于具有毛细渗透功能的微灌材料，还含有助剂组分E :抗菌剂，所述抗菌剂为银、铜、锌等金属离子及其化合物或混合物以及纳米金属银，固定在以二氧化钛、硫酸钡、沸石、硅酸盐、硅胶、磷酸盐、活性炭以及纳米氧化锌、纳米氧化钛、纳米氧化硅为载体的复合物，其重量份数为0. 5-5。5.如权利要求I中所述的渗透微灌系统，其特征在于具有毛细渗透功能的微灌材料，还含有助剂组分F :避鼠剂，所述避鼠剂为环己酰亚胺、类萜化合物单体、硼系化合物、芳基磷酸酯的金属盐或辣椒素或者上述避鼠剂的两种或多种的混合物，其重量份数为6_15。6.一种无动力、自适应、持续、均衡渗透微灌系统，包括水源(1)，首部枢纽(2)，输配管网(3)和灌溉部(4)，首部枢纽包括水泵机组、水泵增压系统、肥料和化学药剂注入设备、控制器、测量装置和过滤系统；输配管网可分为主干管、支管、分配管；其特征是灌溉部的灌溉元件为渗透微灌管；所述渗透微灌管由双层结构组成，外层为凝胶保护层(13)，内层为具有毛细渗水功能的毛细渗透管(11)， 所述凝胶保护层(13)由无纺布和高保水性树脂粉组成，按体积计，高保水性树脂粉为无纺布的O. 5% _3%，所述高保水性树脂粉被投放在无纺布空隙内； 所述毛细渗透管(11)采用具有毛细渗透功能的微灌材料制成，所述微灌材料包括组分A :热塑性塑料，该热塑性塑料的熔体质量流动速率< 4g/10min ;组份B :亲水的无机填料，所述亲水的无机填料的平均粒径为10 μ m-1. 6 μ m ;助剂组份C :...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建民，史贞，
申请(专利权)人：深圳市鑫康沃科技开发有限公司，王建民，史贞，
类型：发明
国别省市：