連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】一種連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)。本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)、林業(yè)灌溉領(lǐng)域，是為高效節(jié)水灌溉提供水源解決方案。本發(fā)明的解決方案是：基于連通器原理，將有限的水源點(diǎn)按灌溉需要的位置和數(shù)量進(jìn)行轉(zhuǎn)移和復(fù)制，用工程方法建成一個(gè)由蓄水池、管網(wǎng)和多功能取水裝置組成的大型網(wǎng)格狀連通器灌溉水源系統(tǒng)。本發(fā)明的要點(diǎn)：系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)無(wú)動(dòng)力輸水、無(wú)動(dòng)力自動(dòng)調(diào)水和自動(dòng)排污；系統(tǒng)由獨(dú)立的系統(tǒng)單元組成，多個(gè)系統(tǒng)單元可組成規(guī)模龐大的灌溉水源網(wǎng)。本發(fā)明提供的方案，可以為高效節(jié)水灌溉提供充分、方便、廉價(jià)的水源。
【專利說(shuō)明】連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)、林業(yè)灌溉，具體是為高效節(jié)水灌溉提供方便、廉價(jià)的水源。
【背景技術(shù)】
[0002]高效節(jié)水灌溉，涉及水源建設(shè)、輸水和用水方法改進(jìn)三個(gè)主要方面的問(wèn)題。其中，提供使用方便、成本低廉的水源是首先需要解決的問(wèn)題。
[0003]目前的高效節(jié)水灌溉實(shí)踐，主要集中于推廣管道輸水方法、使用先進(jìn)的灌溉技術(shù)和灌溉設(shè)備，核心都是設(shè)法提高水的使用效率。但是，提高水的使用效率，并不能改善取水條件和降低水的價(jià)格，而沒(méi)有方便、廉價(jià)的水源則高效節(jié)水灌溉將難以推廣。
[0004]本發(fā)明以被譽(yù)為50個(gè)“共和國(guó)水利之最”之一的浙江省平湖市灌溉用水解決方案為對(duì)比方案。
為解決灌溉取水條件問(wèn)題，浙江省平湖市用了 44年時(shí)間，敷設(shè)了 3000km輸水管線，為47萬(wàn)畝耕地解決了灌溉用水問(wèn)題，被譽(yù)為50個(gè)“共和國(guó)水利之最”之一。(詳見(jiàn)浙江水利http://www.zjwater.com/pages/document/88/document_720.htm)
[0005]平湖市的方案存在以下問(wèn)題:1、管網(wǎng)利用率低。按管線兩側(cè)各150m應(yīng)該為受益面積計(jì)算，3000km管線應(yīng)使900平方公里即135萬(wàn)畝耕地受益，但實(shí)際受益面積只有47萬(wàn)畝，管網(wǎng)利用率不足35%。管網(wǎng)利用率低導(dǎo)致了管網(wǎng)密度高，平湖市受益耕地平均每畝埋設(shè)管線達(dá)到6.38m，投資很大，。
2、單位長(zhǎng)度管線造價(jià)較高。暗渠式輸水方式雖不需要消耗動(dòng)力，但管內(nèi)流速慢，在流量要求相同時(shí)需要較大的管徑，管網(wǎng)的材料費(fèi)和施工費(fèi)用較高。
3、管網(wǎng)易淤堵。由于暗渠式輸水管道管內(nèi)流速較慢，泥沙易沉積，造成管道於堵或影響管網(wǎng)的供水能力。因此管網(wǎng)維護(hù)量大，維護(hù)費(fèi)用高。根據(jù)平湖市的經(jīng)驗(yàn)，淤堵管道疏通費(fèi)高達(dá)2萬(wàn)元/km。
4、不能有效降低用水的成本。該地區(qū)為水稻種植區(qū)，宜采用自流灌溉，但由于管道內(nèi)的水平面低于地面，灌溉時(shí)仍需動(dòng)力取水。平湖市的灌溉成本仍需每畝35元。
[0006]應(yīng)用本發(fā)明提供的方案，可以做到:
1、提高管網(wǎng)利用率:按最遠(yuǎn)取水距離150m計(jì)算，管網(wǎng)密度僅為2.31m/畝。
2、最大輸水管徑只需400_，可大大減少管網(wǎng)建設(shè)的投資
3、系統(tǒng)具備自動(dòng)排除沉積物的功能，管道不會(huì)淤堵，系統(tǒng)免維護(hù)。
4、系統(tǒng)內(nèi)始終保持著一定的靜壓，輸水、調(diào)水和灌溉用水時(shí)均無(wú)需動(dòng)力。

【發(fā)明內(nèi)容】
:
系統(tǒng)組成:
[0007]連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)，是由蓄水水平面高于地面的蓄水池和多功能取水裝置通過(guò)地下管網(wǎng)連接組成的大型網(wǎng)格狀連通器系統(tǒng)，連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)內(nèi)的水平面與地面存在一定的水位差。
系統(tǒng)特點(diǎn)[0008]連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)可以將區(qū)域內(nèi)的所有水源按合適的取水距離要求進(jìn)行轉(zhuǎn)移和復(fù)制，形成一個(gè)均勻的、網(wǎng)格狀布置的水源網(wǎng)，可以靜壓輸送的方式提供灌溉用水，不僅不需要消耗動(dòng)力，和暗渠式輸水管道相比，管內(nèi)流速較高，可大大提高輸水能力。
[0009]連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)能將灌溉取水距離控制在150m以內(nèi)；
[0010]連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)由獨(dú)立的系統(tǒng)單元組成，每個(gè)系統(tǒng)單元可以使2.25平方公里的耕地得到方便、廉價(jià)的水源，多個(gè)系統(tǒng)單元通過(guò)單元接口相連可組成更大的系統(tǒng)；
[0011]連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)內(nèi)存在靜壓，從每個(gè)多功能取水裝置引出灌溉用水都無(wú)需使用動(dòng)力，即開(kāi)即用；
[0012]連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)具備靜壓自動(dòng)調(diào)水功能，每個(gè)多功能取水裝置的取水量可以不受限制；
[0013]每個(gè)多功能取水裝置既可提供灌溉用水，也可以通過(guò)它向連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)輸水；
[0014]管網(wǎng)內(nèi)的沉積物在用水時(shí)即被自動(dòng)吸出，管網(wǎng)不會(huì)淤堵，免維護(hù)；
[0015]投資少:連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)的建設(shè)費(fèi)用每畝不超過(guò)500元；
[0016]管理、維護(hù)費(fèi)用低 ，管網(wǎng)可以實(shí)現(xiàn)免維護(hù)；
[0017]支持計(jì)量用水。
系統(tǒng)功能:
[0018]蓄水池的功能:
能量轉(zhuǎn)換和儲(chǔ)存功能:將從一次取水時(shí)多余的動(dòng)能轉(zhuǎn)換成勢(shì)能并儲(chǔ)存；
用水緩沖功能:可通過(guò)將蓄水池的水位控制在一定范圍內(nèi)，來(lái)減少提水設(shè)備的啟動(dòng)頻率，提聞提水設(shè)備的運(yùn)行效率；
沉淀、收集泥沙功能:將一次提水時(shí)帶進(jìn)的泥沙大部分截留在蓄水池，可用虹吸方法排出，減少進(jìn)入管網(wǎng)的泥沙量。
[0019]多功能取水裝置的功能:
通過(guò)管網(wǎng)實(shí)現(xiàn)水源的位置轉(zhuǎn)移，有效的縮短灌溉取水距離；
保持和轉(zhuǎn)移系統(tǒng)水位，實(shí)現(xiàn)靜壓供水，避免了灌溉取水的動(dòng)力消耗；
可以為區(qū)域內(nèi)及周邊所有水源的水就近輸入系統(tǒng)提供接口，縮短動(dòng)力提水、輸水距離，減少提水、輸水的動(dòng)力消耗和輸水管線投資；
實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)的自動(dòng)排污，每個(gè)多功能取水裝置都帶有一個(gè)小型沉淀箱，可收集進(jìn)入管網(wǎng)內(nèi)的泥沙。從多功能取水裝置取水時(shí)，即自動(dòng)用虹吸方法將留在沉淀箱的泥沙吸出，防止管網(wǎng)淤積。
[0020]管網(wǎng)的功能:
實(shí)現(xiàn)蓄水池之間、蓄水池與多功能取水裝置之間、及多功能取水裝置之間的雙向聯(lián)通和水的雙向輸送；
實(shí)現(xiàn)了水源位置和蓄水池的水位向多功能取水裝置進(jìn)行轉(zhuǎn)移；
實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)靜壓自動(dòng)調(diào)水，大大縮短了輸水距離。無(wú)論灌溉區(qū)域多大，網(wǎng)格狀布置的管網(wǎng)都可以使從蓄水池到多功能取水裝置的最遠(yuǎn)輸水距離不超過(guò)1200m，平均為600m，可大大提高系統(tǒng)的供水能力?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0021]圖1是連通器轉(zhuǎn)移、復(fù)制水源原理圖
1、代碼說(shuō)明
(1)-容器1 ; (2)-容器2 ; (3)-容器3 ; (4)-容器1液面；(5)-容器2液面;(6)_容器3液面；(7)-液體、水；⑶-連通管；(9)-進(jìn)水閥；(10)-容器2取水閥；(11)-容器3取水閥。
2、原理說(shuō)明
所謂連通器，是液面以下通過(guò)連通管(8)相互連通的兩個(gè)或幾個(gè)容器(1) (2) (3)。連通器的特點(diǎn)是容器(1) (2) (3)內(nèi)裝有同一種液體(7)時(shí)，各個(gè)容器(1) (2) (3)中的液面⑷(5) (6)高度是相同的。如果容器(3)由于任何原因?qū)е乱好?3)下降時(shí)(比如水(7)被取出一部分)，則其它容器(1) (2)中的液體(7)即開(kāi)始由高液面(4) (5)流向低液面(6)，直到容器(1) (2) (3)中的液面(4) (5) (6)相平時(shí)，即停止流動(dòng)而靜止。
如果打開(kāi)取水閥(11)，則容器(3)中的水(7)被取出，導(dǎo)致容器(3)內(nèi)的液面(6)下降，這時(shí)，容器⑴⑵中的水(7)將自動(dòng)向容器(3)流動(dòng)，容器⑴⑵的液面⑷(5)也將隨之下降。此時(shí)，如果通過(guò)進(jìn)水閥(9)向容器(1)補(bǔ)進(jìn)與容器(3)中被取出量相等的水
(7)，則容器(1) (2) (3)的液面(4) (5) (6)將恢復(fù)原有的高度并保持相等。如果連續(xù)的向容器(1)中注水(7)，則可以連續(xù)從容器(3)中取出與注入量相同的水(7)。同理，也可以通過(guò)打開(kāi)取水閥(10)，取到來(lái)自進(jìn)水閥(9)的水(7)。利用這一原理，就實(shí)現(xiàn)了水源位置的轉(zhuǎn)移和將一個(gè)水源點(diǎn)復(fù)制成多個(gè)水源點(diǎn)。
[0022]圖2是系統(tǒng)組成及功能示意圖
1、代碼說(shuō)明
1-蓄水池；2_多功能取水裝置(圖3) ;3-管網(wǎng)；4_提水設(shè)備；5_地下水源，機(jī)井；6-地表水源，渠道；7_地表水源，河流；8_地面；9_灌溉設(shè)備。10-系統(tǒng)水位；11_多功能取水裝置沉淀箱；12-系統(tǒng)單元接口
2、系統(tǒng)功能說(shuō)明
提水設(shè)備4將水源5、6、7的水通過(guò)距離最近的蓄水池1或多功能取水裝置2注入系統(tǒng)。根據(jù)連通器原理，來(lái)自水源5、6、7的水將通過(guò)管網(wǎng)3自動(dòng)流向遠(yuǎn)離水源5、6、7的其它蓄水池1和多功能取水裝置2，直至系統(tǒng)的每個(gè)蓄水池1和多功能取水裝置2的水位相等，形成系統(tǒng)水位10，并與地面8形成需要的水位差。當(dāng)灌溉設(shè)備9需要從某一個(gè)多功能取水裝置2取水灌溉時(shí)，會(huì)引起這個(gè)多功能取水裝置2的水位下降，這時(shí)，根據(jù)連通器原理，其它蓄水池1和多功能取水裝置2的水就會(huì)自動(dòng)向這個(gè)多功能取水裝置2流動(dòng)，以使其保持與系統(tǒng)相同的水位。當(dāng)系統(tǒng)的水位下降到一定范圍時(shí)，系統(tǒng)將啟動(dòng)提水設(shè)備4，提取水源5、6、7的水來(lái)恢復(fù)系統(tǒng)水位，以保證灌溉持續(xù)進(jìn)行。
圖2是由兩個(gè)獨(dú)立單元組成的連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)，矩形網(wǎng)格狀布置的多功能取水裝置2縱橫間隔均為300m，可為4.5平方公里的耕地提供50個(gè)多功能取水裝置2，相當(dāng)于將區(qū)域內(nèi)有限的水源，轉(zhuǎn)移、復(fù)制成50個(gè)均勻分布的灌溉水源點(diǎn)，以保證獲得灌溉用水的最遠(yuǎn)距離不超過(guò)150m。通過(guò)系統(tǒng)單元接口 12，系統(tǒng)可以擴(kuò)展，多個(gè)單元相互連接，可以組成更大的系統(tǒng)。在平原地區(qū)，系統(tǒng)可以擴(kuò)展到百平方公里以上。[0023]圖3多功能取水裝置結(jié)構(gòu)圖說(shuō)明
1、代碼說(shuō)明
①-盲板'? -注水接口法蘭-水位保持水管-灌溉取水閥-虹吸出水管；⑥-管網(wǎng)接口；⑦-沉淀箱-泥沙-水；⑩-裝置水位
2、功能說(shuō)明
多功能取水裝置水位⑩與系統(tǒng)水平面一致，并由系統(tǒng)維持。由于多功能取水裝置內(nèi)的水位高于灌溉取水閥④，這樣通過(guò)灌溉取水閥④可以從系統(tǒng)內(nèi)直接引出灌溉用水⑨而無(wú)需消耗動(dòng)力。
每個(gè)多功能取水裝置都是系統(tǒng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，既可以提供灌溉用水，也可以接入水源點(diǎn)的來(lái)水。當(dāng)多功能取水裝置距水源地較遠(yuǎn)，可將水位保持管③上端的注水接口法蘭②用盲板①盲死，多功能取水裝置通過(guò)管網(wǎng)接口⑥接受系統(tǒng)來(lái)水保持水位并提供灌溉用水⑩；當(dāng)多功能取水裝置與水源地較近，可將水位保持管③上端的盲板①打開(kāi)，通過(guò)注水接口法蘭②接入水源地來(lái)水保持裝置水位和提供灌溉用水，并通過(guò)管網(wǎng)接口⑥向系統(tǒng)輸水，保持系統(tǒng)水位。
沉淀箱⑦用沉淀法收集進(jìn)入多功能取水裝置的泥沙⑧，當(dāng)需要從灌溉取水閥④引出灌溉用水時(shí)，虹吸出水管⑤在向外吸出灌溉用水⑨的同時(shí)，自動(dòng)將沉淀箱⑦內(nèi)的泥沙⑧一同吸出，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)排污。
實(shí)施方法
[0024]本發(fā)明用工程方法實(shí)施，具體辦法是:
按系統(tǒng)水位差要求和緩沖蓄水量要求確定蓄水池和多功能取水裝置的高度及蓄水池的容量；
按取水距離要求確定多功能取水裝置的間隔和位置；
鋪設(shè)地下管網(wǎng)將蓄水池和多功能取水裝置進(jìn)行連接。
通過(guò)以上步驟，便可形成一個(gè)由管網(wǎng)、蓄水池和多功能取水裝置組成的大型網(wǎng)格狀連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)。
[0025]本發(fā)明作為一種方案一旦實(shí)施，可在現(xiàn)有水利工程的基礎(chǔ)上大幅度提高灌溉面積和減少灌溉成本，有非常高的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。因此，可以納入國(guó)家農(nóng)林發(fā)展規(guī)劃和地方農(nóng)田水利基本建設(shè)規(guī)劃，由政府推動(dòng)實(shí)施，也可以由農(nóng)業(yè)企業(yè)自主實(shí)施。具體實(shí)施時(shí)，可結(jié)合農(nóng)田水利基本建設(shè)、農(nóng)村飲水安全工程和道路改造工程進(jìn)行，也可單獨(dú)立項(xiàng)實(shí)施。
【權(quán)利要求】
1.連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)，系統(tǒng)由蓄水池、多功能取水裝置以及連接蓄水池和多功能取水裝置的地下管網(wǎng)組成，其特征是可以將一個(gè)或幾個(gè)水源點(diǎn)，根據(jù)灌溉需要，按要求的位置和數(shù)量進(jìn)行轉(zhuǎn)移和復(fù)制，形成一個(gè)灌溉水源網(wǎng)；除系統(tǒng)一次提水需要?jiǎng)恿ν?，系統(tǒng)在輸水、調(diào)水、提供灌溉用水、自動(dòng)排污過(guò)程中均不再需要?jiǎng)恿Α⑷肆臀镔Y消耗，可以為高效節(jié)水灌溉提供方便、廉價(jià)的水源。
2.連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)的組成部分之一:蓄水池，其特征是:池面高于地面1500-2000mm，有放射狀輸水管道，可為連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)提供需要的水位差、緩沖用水負(fù)荷、沉降泥沙和自動(dòng)虹吸排污等功能。
3.連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)的組成部分之一:多功能取水裝置，由注水接口、水位保持管、虹吸取水管、管網(wǎng)接口和沉淀箱等組成，其特征是具備自動(dòng)保持系統(tǒng)水位、以靜壓方式提供灌溉用水、提供向系統(tǒng)供水的接口、收集進(jìn)入系統(tǒng)的泥沙、自動(dòng)連續(xù)進(jìn)行系統(tǒng)排污等多種功能。
4.連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)的解決方案之一:管網(wǎng)和多功能取水裝置的布置方法，其特征是:經(jīng)優(yōu)化的均勻網(wǎng)格狀布置，可以使受益區(qū)域的每一塊耕地都可以在150m的距離內(nèi)方便的取得灌溉用水，并能夠最大限度的降低單位面積需鋪設(shè)管道的數(shù)量。
5.連通器高效節(jié)水灌溉水源系統(tǒng)的解決方案之一:系統(tǒng)排污方法，其特征是:通過(guò)蓄水池、多功能取水裝置對(duì)進(jìn)入系統(tǒng)的泥沙用沉淀法進(jìn)行兩次收集，利用系統(tǒng)的高水位，在引出灌溉用水的同時(shí)以虹吸的方式自`動(dòng)排出系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)管網(wǎng)的免維護(hù)。
【文檔編號(hào)】A01G25/00GK103651045SQ201210327775
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月1日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月1日
【發(fā)明者】汪小波 申請(qǐng)人:汪小波