專利名稱：基于滲透材料的微流量灌溉方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種灌溉方法，尤其涉及一種基于滲透材料的微流量灌溉方法。
背景技術：
傳統(tǒng)的灌溉技術主要有漫灌、澆灌、噴灌、滴灌、微灌、滲灌等灌溉技術 和基于土壤吸力、土壤變化、生物形態(tài)等特征的自動控制技術合成為自動灌溉方 法，主要問題在于這些方法在灌溉植被的同時，在土壤表面形成了水表面或者高 飽和度的土層，在自然條件下，水表面和土壤水分蒸發(fā)量較大，浪費了大量的水 資源。采用漫灌、澆灌、噴灌、滴灌等技術都會導致水分下滲，浪費了一部分水 資源；另外的基于土壤吸力、植被形態(tài)、生長狀況的自動控制技術成本較高，且 節(jié)水效果不佳。傳統(tǒng)的灌溉技術一旦出現(xiàn)損壞，需要人工修復。在我國水資源利 用緊張、大部分地區(qū)缺水的背景下，需要成本低廉、節(jié)水效果好、技術簡單、可 以大規(guī)模利用的自動控制灌溉方法。
綜上所述，傳統(tǒng)灌溉技術有以下缺點
1、 傳統(tǒng)的灌溉方法在灌溉植被的同時，在土壤表面形成了水表面或者高飽 和度的土層，在自然條件下，水表面和高飽和土壤水分蒸發(fā)量較大，浪費了大量 的水資源。
2、 傳統(tǒng)灌溉方法容易多灌溉，造成多余水分下滲進入植被影響范圍以外， 植被無法利用，浪費水資源。
3、 漫灌、噴灌、滴灌、滲灌等工藝無法根據(jù)植被的生長狀況控制灌溉水量， 還需要人為的干預或者控制系統(tǒng)實現(xiàn)灌溉操作。
如何節(jié)約水資源、提高灌溉的效率？如何根據(jù)植被需求解決灌溉問題？廉價 可大規(guī)模利用的技術是節(jié)水灌溉技術需要解決的重要問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的就在于克服現(xiàn)有技術存在的上述缺點和不足，創(chuàng)新現(xiàn)有技術， 擴大使用范圍，而提供一種基于滲透材料的微流量灌溉方法。該方法是一種簡單、 有效的節(jié)水灌溉方法，而且是一種能在常規(guī)灌溉方法的基礎上完成的方法，成本 低廉，有利于提高水資源利用效率，有利于提供更適宜植被生長的環(huán)境。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的
灌溉方法己經成為一種廣泛使用的植被培植和綠化的方法；各種灌溉方法已 被廣泛應用于市政、園林、林業(yè)、農業(yè)等灌溉領域。目前，噴灌、滴灌、滲灌等 技術的快速發(fā)展，為新灌溉方法的提出奠定了基礎。
本發(fā)明包括下列步驟
① 采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網(wǎng)，灌溉管網(wǎng)的終端通過閥門 (30)與水源(40)連通，如圖l所示；
② 根據(jù)灌溉區(qū)域的降雨量八土壤的蒸發(fā)量&植被的蒸發(fā)量《，計算需要
灌溉的輸水量2 =五+ ^-尸；
③ 人工控制閥門(30)，根據(jù)計算結果進行灌溉。
所述的步驟②，具體地說
根據(jù)灌溉區(qū)域的降雨量、土壤的蒸發(fā)量、植被的蒸發(fā)量，由式l、 2計算需
要灌溉的輸水量是<formula>formula see original document page 4</formula>
^~灌溉區(qū)域的單位面積需要的平均輸水量或灌溉強度；
f一單位面積上植物生長期間土壤的最大蒸發(fā)量；
《一單位面積上植物生長期間植被的最大蒸發(fā)量；
/L灌溉區(qū)域單位面積的平均降雨量； 灌溉管網(wǎng)輸水量計算方法
2 =《 (2) a—灌溉管路的單位長度t時間內的輸水量； t計算灌溉面積范圍內管路的長度。
③根據(jù)式3計算的流量確定管內壓力和灌溉時間；
e -CA" (3)
ft—灌溉管路的t時間內的輸水量。
A—滲透材料的滲透系數(shù)；可有孔隙直徑計算得到或試驗直接測得(單位 m/s);
A—管單位長度的中徑面積；(單位m2)
凡一管內的孔隙水壓力(單位m，壓力水頭單位)； 幾t一管外的孔隙水壓力(單位m，壓力水頭單位)； f灌溉管路厚度(單位m);
t一管路輸水時間；時間可以為間段性質的， 一般設定為連續(xù)灌溉。
本發(fā)明的工作原理
在土壤(10)中埋入由管路(20)組成的灌溉管網(wǎng)，管內和管外存在壓力差 時，管路(20)的水分就會按照一定的比例流入灌溉區(qū)域。本發(fā)明主要針對植物 生長期間土壤水分不平衡的問題，用管路(20)補充水量不平衡的部分，實現(xiàn)植 被生長的水量平衡，提供適合植被生長的環(huán)境。通過控制管路(20)內的壓力和 灌溉時間可實現(xiàn)水流量的控制。當管路(20)內水壓力較大時，水流量輸送情況 如圖3所示，當管路(20)內水壓力較小時，水流量輸送情況如圖4所示。該方 法滿足植物干旱氣候和植被需水量大的條件下的灌溉，保持土壤水分在植被適合 的范圍內。
本發(fā)明主要利用多孔介質材料的滲透性原理，利用管路(20)內、外的壓力 差別，即管外土壤(10)中的壓力主要取決于管路(20)與土壤(10)的材料性 質。例如親水且接觸良好時，孔壓為負值；管路(20)與土壤(10)接觸不緊 密處，孔壓為0。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果
①本發(fā)明結構簡單，只需要采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網(wǎng)即
可，不需要安裝額外的滴灌裝置或滲灌裝置；尤其采用成品管路(20)直接設計， 使成本控制容易，可形成低廉的灌溉系統(tǒng)；
② 灌溉管網(wǎng)埋在地表以下，降低了土壤表面的水分蒸發(fā)和下滲無效灌溉損 失，節(jié)約了灌溉用水；
③ 灌溉均勻，即灌溉區(qū)域的灌溉效果比較均衡；
④ 使用灌溉時間和灌溉水壓力雙重控制灌溉量，控制土壤的含水率在適合植 被生長的范圍，實施起來方法靈活、簡單。
本發(fā)明適用于農業(yè)、園林、林業(yè)等涉及水量自動控制的灌溉領域。


圖1是本發(fā)明的灌溉管網(wǎng)示意圖； 圖2是管路(20)的結構圖3是管路(20)內水壓力較大時水分輸送情況示意圖4是管路(20)內水壓力較小時水分輸送情況示意圖5是管路(20)內水分供給量隨水壓力變化曲線圖。
其中
IO — 土壤
20_管路， 一種多孔滲透材料管路；
21— 骨架，由透水或半透水管材構成；
22— 外管，是一種多孔滲透材料外管；
23— 透水空間； 30_閥門；
40—水源。
X—管內壓力； Y—水分供給流量； F—變化曲線。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明
1、關于管路(20)
1)管路(20)的結構
如圖2，管路(20)的結構是其橫截面，從內向外，依次為透水空間(23)、
骨架(21)和外管(22);
所述的骨架(21)由透水或半透水管材構成； 所述的外管(22)是一種多孔滲透材料外管。 2)多孔滲透材料
多孔滲透材料可選用粘土、 土工布、棉麻、細砂、水泥砂漿、陶瓷(如瓦 管、粘土磚等)、多孔橡膠、玻璃細顆粒等單獨形成外管(22)或按照一定的比
例形成外管(22)。主要的幾種利用方式如下
*粘土材料，比例10% 99%, 土顆粒平均粒徑為1 u 1000um， 土顆粒通 過土工布或其他棉麻布包裹或粘結劑粘結形成厚度0. 05cm 10cm的土顆粒管。 * 土工布、棉麻織物、碳纖維、玻璃纖維等加筋材料的重量百分比為1%
40%。
*粘結劑的重量百分比為0.01% 10%;其滲透系數(shù)控制在10—3cm/s 10_9cm/s，又以10—4cm/s l(Tcm/s為最佳范圍。
*粘土燒制管，例如陶瓷管、粘土磚管(制作工藝同瓦管一致，不同在于 控制孔隙平均直徑)，控制管孔隙平均直徑為lu 1000um范圍，管壁厚度為 lram 100腿范圍；保持一定的透水性，滲透性在10—3cm/s 10—^m/s之間。
*水泥管，原料為水泥和粉細砂，控制水管管壁的孔隙平均直徑為lu 1000 um范圍，管壁厚度為0.05cm 10cm范圍，控制水管的滲透性在10—3cm/s 10—9cm/s之間?？商砑永w維類材料增加管外壁的韌性。
*采用棉麻紡織形成致密管，能夠保持較大的透水性水管。
*多孔橡膠，控制多孔橡膠的滲透性在10"cm/s 10—9cm/s，橡膠管壁厚度 為0. 05cm 10cm范圍。
以上材料的幾種或全部按比例配合，可形成堅韌且?guī)б欢ㄈ岫鹊亩嗫坠苈?(20)，滲透系數(shù)控制在10—3cm/s l(Tcm/s之間即可。
管路(20)的連接方式可以參考現(xiàn)有的管路連接方法，如膠帶密封，橡膠連 接，膠合，熱合等工藝。
2、關于步驟①
灌溉管網(wǎng)的布設方式可以多種多樣，例如圖l給出了一種管路布置情況；對 于微流量灌溉，管路直徑要求不高， 一般大于lcm即可以；對于主輸水管道，需
要采用管路設計手冊進行設計，滿足灌溉流量情況下的水頭損失不要太大(控制 水頭損失在O. 1 5m水頭范圍內)。管的埋深一般要求在lcm 300cm深度范圍內，
根據(jù)植被根部深度確定管網(wǎng)的埋深，例如草本要求管路的深度較淺，而樹木要 求的深度較大。
3、 關于步驟②
灌溉區(qū)域內的降雨量、蒸發(fā)量可以査閱當?shù)貧夂蛸Y料，植被蒸發(fā)量根據(jù)植被 生長過程的需水量變化情況，設計管路時，取最大的蒸發(fā)量進行設計，多余的水 分會蒸發(fā)掉。
管路設計中，管壁材料的滲透系數(shù)由廠家提供或由試驗確定， 一旦管路確定 后，管內壓力與時間凡、t就確定為定值了，尸和t的選擇隨當?shù)貙嶋H情況確定。 一般通過控制管內壓力實現(xiàn)灌溉，時間確定為全程灌溉，管內壓力與輸水量的關
系如圖5所示。
遇到特殊天氣，例如干旱，則需要增加水源壓力或灌溉時間，若為雨季，則 降低水源壓力和灌溉時間就可以控制整個灌溉系統(tǒng)了。
4、 關于步驟③
通過閥門(30)接入水源(40)，其中閥門(30)可為減壓閥門或增壓閥門 等壓力調節(jié)閥門，調節(jié)灌溉管內的水壓力，通過控制壓力實現(xiàn)全程灌溉；或采用 普通閥門通過調整開關時間實現(xiàn)灌溉系統(tǒng)的正常運行。
權利要求
1、一種基于滲透材料的微流量灌溉方法，其特征在于包括下列步驟①采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網(wǎng)，灌溉管網(wǎng)的終端通過閥門(30)與水源(40)連通；②根據(jù)灌溉區(qū)域的降雨量P、土壤的蒸發(fā)量E、植被的蒸發(fā)量Ev，計算需要灌溉的輸水量Q＝E+Ev-P；③人工控制閥門(30)，根據(jù)計算結果進行灌溉。
2、 按權利要求1所述的基于滲透材料的微流量灌溉方法，其特征在于管路(20)的結構是其橫截面，從內向外，依次為透水空間(23)、骨架 (21)和外管(22);所述的骨架(21)由透水或半透水管材構成； 所述的外管(22)是一種多孔滲透材料外管。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于滲透材料的微流量灌溉方法，涉及一種灌溉方法。本發(fā)明包括下列步驟①采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網(wǎng)，灌溉管網(wǎng)的終端通過閥門(30)與水源(40)連通；②根據(jù)灌溉區(qū)域的降雨量P、土壤的蒸發(fā)量E、植被的蒸發(fā)量E_v，計算需要灌溉的輸水量Q＝E+E_v-P；③人工控制閥門(30)，根據(jù)計算結果進行灌溉。本發(fā)明結構簡單；降低了土壤表面的水分蒸發(fā)和下滲無效灌溉損失，節(jié)約了灌溉用水；灌溉均勻；實施起來方法靈活、簡單。適用于農業(yè)、園林、林業(yè)等涉及水量自動控制的灌溉領域。
文檔編號A01G25/16GK101103694SQ200710052980
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月17日 優(yōu)先權日2007年8月17日
發(fā)明者李小春, 寧 魏 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所