專利名稱：地下滴灌防根系入侵灌水器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種地下滴灌灌水器，特別涉及一種非壓力補償式的地下滴灌 防根系入侵灌水器。
背景技術(shù)：
地下滴灌(Subsurface Drip Irrigation,簡稱SDI技術(shù))是在滴灌技術(shù) (Drip Irrigation,簡稱DI技術(shù))的日益完善的基礎(chǔ)上發(fā)展而成的一種新 型高效節(jié)水灌溉技術(shù)。它是指水通過地埋毛管上的灌水器緩慢出流，入滲到 附近的土壤，再借助毛細(xì)管作用或重力作用將水分?jǐn)U散到整個根層供作物吸 收利用的一種局部灌溉方式。其特點是灌水過程中對土壤結(jié)構(gòu)擾動較小，利 于保持作物根層疏松通透的環(huán)境條件，同時灌溉水、肥可通過埋于地下的毛 管和灌水器直接輸送到作物根區(qū)，從而有效地減少了水分的地表蒸發(fā)以及肥 料的淋溶和揮發(fā)損失，提高了水、肥的利用效率，具有明顯的節(jié)水、節(jié)肥、 增產(chǎn)效益。此外，地下滴灌的田間輸水系統(tǒng)地埋后，還可以克服管道直接曝 曬易于老化的缺陷，并能夠防止管道的損壞和丟失，同時方便了田間管理作 業(yè)。由于地下滴灌技術(shù)這些明顯的優(yōu)點，在水資源日益短缺的今天，使其開 始受到人們越來越多的關(guān)注和重視。
從國內(nèi)外地下滴灌系統(tǒng)近幾十年的運行狀況來看，灌水器的堵塞問題已成 為直接制約地下滴灌系統(tǒng)運行好壞的關(guān)鍵因素之一。除了存在和地表滴灌相 同原因，即主要由于灌溉水質(zhì)引起的堵塞外，地下滴灌灌水器還存在著負(fù)壓 堵塞和根系入侵灌水器造成的堵塞。根系入侵是指灌水器出口處土壤含水量 較高，由于根系向水生長的特性，根系纏繞或伸入灌水器內(nèi)部流道而造成的 堵塞。根系入侵是造成地下滴灌系統(tǒng)堵塞的重要原因之一，引起了國內(nèi)外學(xué) 者的普遍關(guān)注，如Solomon等在1992年，通過實驗對草坪灌溉的各種灌水器 進(jìn)行了評估，發(fā)現(xiàn)90%以上灌水器都會受到根系入侵的影響，充分論證了根 系入侵問題存在的普遍性。由于地下滴灌的灌水器埋于地下，作物根系一旦 伸入灌水器內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)，將無法再進(jìn)行人為干預(yù)，只能任由其在灌水器流 道內(nèi)繼續(xù)發(fā)育，最終堵塞灌水器，因此"預(yù)防"是根系入侵問題最有效的解 決方式。 -
目前，針對根系入侵問題的解決方案大致可以分為兩類， 一類是化學(xué)藥劑
注入法；另外一類是開發(fā)地下滴灌專用灌水器，包括抗根系入侵專用過濾器 和專用灌水器等。
一、 化學(xué)藥劑注入法
在化學(xué)藥劑注入方面，在灌溉水中定期加入氟樂靈、氯化物或磷酸是目前 解決根系入侵問題較為常見的幾種方法。
1) 在灌溉系統(tǒng)中定期加入一定量的氟樂靈可以有效抑制根系入侵灌水器， 然而這種方法依然不被廣泛應(yīng)用，其原因是科學(xué)合理的確定施藥參數(shù)包括施 藥量和施藥時間等問題，及農(nóng)藥殘留、污染等關(guān)鍵技術(shù)問題均需長期的試驗 研究和驗證，成熟的施藥技術(shù)體系亟待建立。
2) 在灌溉系統(tǒng)中適當(dāng)?shù)淖⑷胨嵋?，可以在一定程度上防止根系入侵堵?而且可以改善灌溉水質(zhì)，降低灌溉水的pH值，減少生物堵塞的發(fā)生。但此方 法的不足之處在于，通常氯化物或磷酸在土壤中降解較快，發(fā)揮作用的時間 較短，因此在作物的生育期內(nèi)需要頻繁施加，導(dǎo)致對灌溉系統(tǒng)運行管理的勞 動強度增大，因此該方法的應(yīng)用受到了一定的限制。
二、 地下滴灌專用灌水器
近年來，國外的一些灌溉設(shè)備公司，先后推出了一系列的地下滴灌抗根系 入侵專用設(shè)備。
1)如Netafim公司專門開發(fā)了一種Teachfilter系列地下滴灌專用過濾 器，該過濾器內(nèi)部含有一個裝有除草劑氟樂靈的藥桶，使用時在過濾的同時、 可以在灌溉水中加入除草劑，從而在一定程度上避免根系入侵的發(fā)生。然而， 該過濾器自1996年問世以來， 一直存在較多的爭議，主要是由于該過濾器需 要人工拆卸進(jìn)行反沖洗，當(dāng)過濾器堵塞時，沉淀物中附著大量的氟樂靈，其 濃度遠(yuǎn)超過灌溉水中氟樂靈的濃度，在反沖洗時極易隨沉淀物遷移到地表而 污染環(huán)境。因此，在解決根系入侵問題時，這種方法并不會被優(yōu)先考慮。
2)在根系入侵的研究方面走在了世界前列的Geoflow公司，從化學(xué)防護(hù) 的角度出發(fā)，開發(fā)了rootguard系列地下滴灌專用灌水器。該公司在生產(chǎn)灌 水器的塑料材料中溶入特定的除草劑，灌水器地埋以后，塑料中的除草劑將 按一定速率以蒸汽形式釋放到灌水器周圍土壤中，從而在灌水器附近的小范 圍形成一個不利于作物根系發(fā)育的土壤環(huán)境，抑制根系向灌水器附近生長，
使灌水器的本身產(chǎn)生斥根性。然而這種灌水器的生產(chǎn)工藝復(fù)雜，價格過分昂 貴，它的價格是普通灌水器的兩倍。由于價格因素的限制，此類抗根系入侵 專用設(shè)備通常僅用于園林景觀或高爾夫球場的灌溉，而對于非經(jīng)濟(jì)或中等經(jīng) 濟(jì)的大田作物而言并不具有可行性。
3)此外，據(jù)報道， 一些公司通過在灌水器出水口處增設(shè)機械屏障 (mechanical barriers),以達(dá)到抗根系入侵灌水器的效果。據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)報 道，Netafim生產(chǎn)了一種叫做"Techline"的灌水器，它是在灌水器出水孔末 端設(shè)一凸緣，當(dāng)根系靠近出水孔時，先繞著凸緣生長，凸緣的高度大約能纏 繞3英寸長的根， 一般在100天左右時間內(nèi)不會產(chǎn)生根系入侵的現(xiàn)象。 "Techline"灌水器屬于壓力補償式灌水器，費用較貴，且到目前為止，在 我國市場上并沒有見到與此相關(guān)的產(chǎn)品，國內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品更是空白。從相關(guān)專 利數(shù)據(jù)庫的檢索情況分析來看，也沒有檢索到與此有相的專利申請報告。
綜上所述，防止根系入侵地下滴灌灌水器的有效方法有多種， 一是從地下 滴灌系統(tǒng)的灌溉運行管理模式著手，在這類方法里，隨水施加氟樂靈的方法 帶來的施藥技術(shù)、環(huán)境污染問題依然沒有很好解決，在實際推廣應(yīng)用中存在 很多問題。二是研發(fā)與抗根系入侵有關(guān)滴灌專用設(shè)備，如灌水器材料里加排 根物質(zhì)，然而，目前市場上此類技術(shù)產(chǎn)品具有的顯著的價格昂貴和環(huán)境污染 問題，在實際推廣應(yīng)用中依然存在不小阻力。
因此從地下滴灌灌水器本身的物理結(jié)構(gòu)著手，發(fā)明一種可以有效避開價格 昂貴和環(huán)境污染問題的防止根系入侵地下滴灌灌水器，也就是本發(fā)明的宗旨。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供了一種可以有效避開價 格昂貴和環(huán)境污染問題的防止根系入侵地下滴灌灌水器。
為了實現(xiàn)上述目的本發(fā)明采取的技術(shù)方案是 一種地下滴灌防根系入侵 灌水器，包括分別設(shè)于兩側(cè)的含有鋸齒型流道的進(jìn)水腔和含有出水口的出水 腔，為了防止根系入侵，所述出水口為窄縫式出水口。
為了更好的防止根系入侵，靠近所述鋸齒型流道處的出水腔橫向中心位 置設(shè)有與出水腔相連的物理式屏障，物理式屏障周圍設(shè)有凹槽。
所述物理式屏障為順次設(shè)置的"一"字型屏障和"T"字型屏障，"一" 字型屏障與出水腔的橫向中心垂直設(shè)置，"T"字型屏障沿出水腔的橫向中心
水平放置。
為了提高本發(fā)明抗物理堵塞功能，所述進(jìn)水腔內(nèi)的鋸齒型流道上方設(shè)有 篩狀過濾網(wǎng)格。
為了提高了鋸齒狀流道內(nèi)流體運動的紊動性，所述鋸齒型流道的鋸齒高
度為1.7mm,鋸齒間距為1.8mm，齒角度為108°C，鋸齒型流道深度為lmm， 鋸齒型流道長度為19.8mm，整個灌水器長度為45mm。
本發(fā)明的有益效果是相比現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明從灌水器本身的物理結(jié)構(gòu) 著手，采用了窄縫式出水口的結(jié)構(gòu)、及出水腔內(nèi)部設(shè)有物理式屏障的結(jié)構(gòu)， 不僅有效的解決根系入侵問題，而且還具有價格便宜、不會污染環(huán)境的優(yōu)點。 另外，本發(fā)明設(shè)置了篩狀過濾網(wǎng)格并優(yōu)化了鋸齒狀流道的尺寸，使本發(fā)明改 善了灌水器抗堵塞性能并保證了其內(nèi)部流量的均勻性。


圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明所述出水口的放大示意圖3是圖1的A-A剖視放大圖。
圖中1進(jìn)水腔、2過濾網(wǎng)格、3 " — "字型屏障、4凹槽、5 "T"字型屏 障、6出水腔、7鋸齒型流道、8窄縫式出水口、 9出水口位置。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明，但不作為對本發(fā)明 的限定。
本發(fā)明人首先對灌水器的流道結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行了大量的組合多因素正交試 驗和和單因數(shù)試驗，以灌水器的水力性能和抗堵塞性能相關(guān)參數(shù)為考核指標(biāo)， 初步建立了鋸齒型灌水器的設(shè)計理論體系，即灌水器內(nèi)部流道結(jié)構(gòu)的設(shè)計采 用目前常用的鋸齒狀流道結(jié)構(gòu)設(shè)計。如圖1所示的一種地下滴灌防根系入侵 灌水器，包括分別設(shè)于兩側(cè)的含有鋸齒型流道7的進(jìn)水腔1和含有出水口的 出水腔6。出水口位置9如圖l所示。如圖2所示，所述出水口為扁平的細(xì) 長的窄縫式出水口 8，這樣形成了防止根系入侵的第一道屏障。如圖1、 3 所示，為了更為有效的防止根系入侵，靠近所述鋸齒型流道7處的出水腔6 橫向中心位置設(shè)有與出水腔6相連的物理式屏障，物理式屏障周圍設(shè)有凹槽4。 所述物理式屏障為順次設(shè)置的" 一"字型屏障3和"T"字型屏障5。" 一"字
型屏障3與出水腔6的橫向中心垂直設(shè)置，" 一"字型屏障3靠近出水口那側(cè) 設(shè)有凹槽4。" T"字型屏障5沿出水腔6的橫向中心水平放置，"T"字型屏障 5遠(yuǎn)離出水口部位周邊設(shè)有凹槽4。假如根系己經(jīng)通過灌水器出水口進(jìn)入了灌 水器內(nèi)部，由于凹槽4比周圍其它地方更濕潤，根系的向水性特征使得根系 沿著凹槽4行走而纏繞在物理式屏障上，繞著物理式屏障生長，從而使得根 系不會進(jìn)入尺寸較小的鋸齒型流道7內(nèi)部而堵塞灌水器。
如圖1所示，所述進(jìn)水腔1內(nèi)的鋸齒型流道7上方設(shè)有具有防堵功能的 篩狀過濾網(wǎng)格2，所述過濾網(wǎng)格2的過濾直徑為0.4mm、數(shù)量至少為二十個， 由于過濾直徑為0.4mm，遠(yuǎn)小于灌水器內(nèi)部鋸齒型流道結(jié)構(gòu)內(nèi)的最小尺寸， 該灌水器流道結(jié)構(gòu)部分最小尺寸設(shè)計為0.86mm，有效地提高了灌水器的抗物 理堵塞能力。在本發(fā)明設(shè)計體系的指導(dǎo)下，對灌水器的齒間距、齒錐角、齒 重合度、流道深度進(jìn)行優(yōu)化選擇設(shè)計，得出了最優(yōu)的設(shè)計尺寸，所述鋸齒型 流道7的鋸齒高度為1.7mm，鋸齒間距為1.8mm，齒角度為108°C，鋸齒型 流道深度為lmm，可有效提高了鋸齒狀流道內(nèi)流體運動的紊動性，改善了灌 水器抗堵塞性能及保證了內(nèi)部流量的均勻性。鋸齒型流道7長度為19.8mm, 整個灌水器長度為45mm，便于灌水器出水口腔內(nèi)的物理機械屏障的設(shè)計。
本發(fā)明從灌水器本身的物理結(jié)構(gòu)著手，采用了窄縫式出水口的結(jié)構(gòu)、及 出水腔內(nèi)部設(shè)有物理式屏障的結(jié)構(gòu)，不僅有效的解決根系入侵問題，而且還 具有價格便宜、不會污染環(huán)境的優(yōu)點。另外，設(shè)置了篩狀過濾網(wǎng)格并優(yōu)化了 鋸齒狀流道的尺寸，使本發(fā)明改善了灌水器抗堵塞性能并保證了其內(nèi)部流量 的均勻性。
以上所述的實施例，只是本發(fā)明較優(yōu)選的具體實施方式
的一種，本領(lǐng)域 的技術(shù)人員在本發(fā)明技術(shù)方案范圍內(nèi)進(jìn)行的通常變化和替換都應(yīng)包含在本發(fā) 明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種地下滴灌防根系入侵灌水器，包括分別設(shè)于兩側(cè)的含有鋸齒型流道的進(jìn)水腔和含有出水口的出水腔，其特征在于所述出水口為窄縫式出水口。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的地下滴灌防根系入侵灌水器，其特征在于靠 近所述鋸齒型流道處的出水腔橫向中心位置設(shè)有與出水腔相連的物理式屏 障，物理式屏障周圍設(shè)有凹槽。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的地下滴灌防根系入侵灌水器，其特征在于所 述物理式屏障為順次設(shè)置的"一"字型屏障和"T"字型屏障，"一"字型屏障與出水腔的橫向中心垂直設(shè)置，"T"字型屏障沿出水腔的橫向中心水平放置。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的地下滴灌防根系入侵灌水器，其特征在于所述進(jìn)水腔內(nèi)的鋸齒型流道上方設(shè)有篩狀過濾網(wǎng)格。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的地下滴灌防根系入侵灌水器，其特征在于所述鋸齒型流道的鋸齒高度為1.7mm，鋸齒間距為1.8mm，齒角度為108°C， 鋸齒型流道深度為lmm，鋸齒型流道長度為19.8mm,整個灌水器長度為 45mm。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種地下滴灌防根系入侵灌水器，涉及地下滴灌灌水器，它包括分別設(shè)于兩側(cè)的含有鋸齒型流道的進(jìn)水腔和含有出水口的出水腔，所述出水口為窄縫式出水口。本發(fā)明從灌水器本身的物理結(jié)構(gòu)著手，采用了窄縫式出水口的結(jié)構(gòu)、及出水腔內(nèi)部設(shè)有物理式屏障的結(jié)構(gòu)，不僅有效的解決根系入侵問題，而且還具有價格便宜、不會污染環(huán)境的優(yōu)點。另外，本發(fā)明設(shè)置了篩狀過濾網(wǎng)格并優(yōu)化了鋸齒狀流道的尺寸，使本發(fā)明改善了灌水器抗堵塞性能并保證了其內(nèi)部流量的均勻性。
文檔編號A01G25/06GK101124883SQ20071016388
公開日2008年2月20日 申請日期2007年10月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月11日
發(fā)明者于穎多, 亮 張, 王建東, 龔時宏 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院