專利名稱：基于輸水量自動控制材料的灌溉系統的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種灌溉系統，尤其涉及一種基于輸水量自動控制材料的灌溉系統。
背景技術：
傳統的灌溉方法主要有漫灌、澆灌、噴灌、滴灌、微灌、滲灌、負壓灌溉 等方法和基于土壤吸力、土壤變化、生物形態(tài)等特征的自動控制技術合成的自動 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；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。傳統的灌溉技術一旦出現損壞，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、自我修 復、可以大規(guī)模利用的自動控制灌溉方法。
綜上所述，傳統灌溉方法有以下缺點
1、 傳統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實現灌溉操作。
4、 采用基于電子控制和土壤、植被信息的自動控制的灌溉系統，節(jié)水效果 較好,但是成本很高。
如何節(jié)約水資源、提高灌溉的效率？如何根據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)水灌溉方法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有技術存在的上述缺點和不足，創(chuàng)新現有技術， 擴大使用范圍，而提供一種基于輸水量自動控制材料的灌溉系統。該系統是一種 簡單、有效的節(jié)水灌溉系統，而且是一種能與常規(guī)灌溉系統同時完成的系統，無 需維修，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的
灌溉技術已經成為一種廣泛使用的植被培植、綠化方法；各種灌溉方法已被
廣泛應用巿政、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。
如圖l，本發(fā)明的結構是
采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網，灌溉管網的終端通過閥門(30)
與水源(40)連通；
所述管路(20)的結構是其橫截面，從內向外，依次為內管(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)是一種輸水量自動控制材料外管；
輸水量自動控制材料通過調整自動控制材料的配比、厚度可以實現水量供給 的調整，控制土壤含水率的范圍，適應植被的生長。材料的滲透系數控制在
1X10—3cm/s 1X10—9cm/s范圍內，材料的孔隙平均直徑在0. 1 ym 1000 um之 間，材料進氣值控制在10 180kPa范圍內，材料的厚度控制在0. lcm 50cm范 圍內。
所述的內管(23)或為中空結構的普通透水管，直徑為0. lcm 100cm,可 為方形、圓形、梯形等各種形狀；或由強透水材料(如砂礫、排水板、導水纖維 等材料)形成的輸水通道。
本發(fā)明的工作原理
在土壤(10)中埋入本灌溉管網，在土壤(10)含水率變化時，土壤(10)
的孔隙水壓力發(fā)生很大的變化，由此帶來管路(20)內外水壓差的很大變化，帶 來管路(20)輸水性能的幾個數量級的變化，管路(20)迅速補充土壤(10)水 分；土壤(10)水分比較充足時，管路(20)的輸水能力降低甚至為不輸水，這 樣管路(20)可以自動保證土壤中的水分在一定范圍內。
本發(fā)明主要利用多孔介質材料的非飽和滲透性原理，利用管路(20)內、外 的壓力差別(管外土壤中的壓力主要為負孔隙水壓力)，界定輸水量計算方法主 要如下簡化方法
e"(戶外-尸內)/"A
,-輸水量自動控制材料的滲透系數；可有孔隙直徑計算得到或試驗直接測
得；
A—管單位長度的中徑面積；
尸外一管外土壤的孔隙水壓力(滿足植被正常生長需要的最佳含水率對應的 的基質吸力，單位m，采用壓力水頭單位)；
,內一管內水壓力(接近與0，單位m，壓力水頭單位)； /r為管外壁厚度
由此可以獲得管路(20)流量和管外土壤(10)含水量之間的關系如圖2 所示。在管外土壤(10)含水率變化時，土壤的孔隙水壓力變化非常大，導致水 管的輸水量變化可達幾個數量級的變化，由此可以通過管壁的多孔介質材料性質 達到控制土壤中的含水率在一定的范圍內。
本發(fā)明具有下列優(yōu)點和積極效果
① 材料輸水特性隨植被土壤的含水率條件而變化，在土壤干燥期間，材料輸 水性能增強，如圖4所示；土壤潮濕期間，材料輸水性能降低，如圖5所示。從 而實現植被灌溉的自動控制；可以保證管外土壤中的水分保持在適合植物生長的 含水率范圍內；
② 管路(20)埋在地表以下，降低土壤(10)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 本發(fā)明使用材料輸水特性隨管外的土壤(10)含水條件變化而變化，從而 實現水流量的自動控制，控制土壤(10)的含水率在適合植被生長的范圍。無需 額外的監(jiān)測和自動控制設備，可控制植被根系周圍土壤水分含量在一定范圍內，
提供更適宜植被生長的環(huán)境。
④由于管路(20)具有自我修復特性，適應性強，可以承受一定的局部壓力 和局部變形，不會斷裂，即使斷裂仍可保證水不會泄漏，從而大大降低管路(20) 后期發(fā)生故障的幾率和降低維護費用，使該灌溉系統一勞永逸。
本發(fā)明適合農業(yè)、園林、林業(yè)等涉及供水量自動控制的灌溉領域。


圖l是本發(fā)明的結構圖； 圖2是管路(20)的結構圖3是管路(20)內水分供給量隨土壤含水率變化曲線圖。 圖4是管路(20)內在干旱期間水分輸送情況示意圖； 圖5是管路(20)內在雨季期間水分輸送情況示意圖。 其中 10—土層
20 —管路， 一種輸水量自動控制材料管路；
21— 骨架，由透水或半透水管材構成；
22— 外管，是一種輸水量自動控制材料外管；
23— 內管； 30—閥門； 40_水源。
X—土壤含水率； Y—水分供給量； 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、 關于灌溉管網
采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網，灌溉管網的布設依植被的情
況而定，可以多種多樣，例如圖l給出了一種灌溉管網的布設情況。
2、 關于管路(20)
管路(20)對輸水量自動控制材料的要求比較嚴格，嚴格控制材料的滲透性 和厚度。
輸水量自動控制材料主要有以下幾種類型
1) 粘土材料，重量百分比為60% 99%,土顆粒平均粒徑范圍為1 u 1000 um 范圍，土顆粒通過土工布或其它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%范圍；
滲透系數控制在10—3cm/s l(Tcm/S范圍之間，材料滲透系數以10—4cm/s 10—6cm/s為最佳范圍。
2) 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ly 1000um范圍，管壁厚度為 lram 100mm范圍，保持一定的透水性；滲透性在10—3cm/s 10—9cm/s之間。
3) 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 1000ym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。
4) 透水多孔橡膠管，控制多孔橡膠的滲透性在10—3Cm/S l(r9Cm/S，橡膠管 壁厚度為0. 05cm 10cm范圍。
以上材料按比例配合，可形成堅韌且?guī)б欢ㄈ岫鹊亩嗫坠苈?，滲透系數在 10—3Cm/S l(r9Cm/S之間，輸水并灌溉需要灌溉的區(qū)域。
管路的連接方式可以參考現有的管路連接方法，如膠帶密封、橡膠連接，膠 合、熱合等工藝。
以上灌溉管的管壁厚度、材料滲透系數、直徑選擇參照公式1進行。。選擇 平均需要灌溉量進行設計。
權利要求
1、一種基于輸水量自動控制材料的灌溉系統，其特征在于采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網，灌溉管網的終端通過閥門(30)與水源(40)連通；所述管路(20)的結構是其橫截面，從內向外，依次為內管(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)是一種輸水量自動控制材料外管；所述的內管(23)或為中空結構的普通輸水管；或為強透水材料形成的輸水通道。
2、 按權利要求1所述的灌溉系統,其特征在于輸水量自動控制材料-滲透系數控制在1X10—3Cm/S lXl(rCm/S范圍內，材料的孔隙平均直徑控制在O. 1ixm 1000 ym之間，材料進氣值控制在10 180kPa范圍內，材料的厚 度控制在0. lcm 50cm范圍內。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于輸水量自動控制材料的灌溉系統，涉及一種灌溉系統。本發(fā)明采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網，灌溉管網的終端通過閥門(30)與水源(40)連通；所述管路(20)的結構是其橫截面，從內向外，依次為內管(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)是一種輸水量自動控制材料外管；所述的內管(23)或為中空結構的普通輸水管；或為強透水材料形成的輸水通道。本發(fā)明材料輸水特性隨植被土壤的含水率條件而變化；節(jié)約了灌溉用水；提供更適宜植被生長的環(huán)境；適合農業(yè)、園林、林業(yè)等涉及供水量自動控制的灌溉領域。
文檔編號A01G27/00GK101112169SQ200710053059
公開日2008年1月30日 申請日期2007年8月28日 優(yōu)先權日2007年8月28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