專利名稱：一種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)灌溉技術(shù)領(lǐng)域，具體地講是一種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
土壤空氣來源于大氣，存在于土壤各種孔隙中，無論土壤處于脫濕還是吸濕過程，水總是優(yōu)先占據(jù)較小孔隙，空氣則優(yōu)先占據(jù)較大孔隙。土壤通氣性好壞主要決定于土壤的總孔隙度，孔隙連接性和通氣孔隙度的大小。土壤大孔隙是土壤通氣主要通道，土壤大孔隙的數(shù)量和比例是決定土壤通氣能力的內(nèi)在因素。灌水或降雨后，作物根際土壤充滿水，土壤中氣體被迫排出，造成作物根系土壤通氣不良，O2不足。如果土壤中CO2含量過高、O2含量嚴(yán)重不足，就會抑制作物根系有氧呼吸，極大地影響作物健康生長。對于(地下)滴灌，作物的根系主要分布在濕潤體內(nèi)，因此如何改善(地下)滴灌濕潤體土壤導(dǎo)氣率的問題亟待解決。 如何有效改善濕潤區(qū)內(nèi)的透氣性，是滴灌技術(shù)發(fā)展中訖待解決的關(guān)鍵問題之
一。為了解決該問題，國外研究人員利用地下滴灌系統(tǒng)把摻氣水輸送到作物根區(qū)來灌溉作物，該新型灌溉技術(shù)就是最近興起的水氣稱合灌溉技術(shù)，又稱為地下氧灌(SubsurfaceOxygation)。地下氧灌在國外被稱為摻氣地下滴灌(Aeration Subsurface DripIrrigation)、氧灌(Oxygation)或者注氣灌溉(Airjection Irrigation),其利用地下滴灌系統(tǒng)把摻氣水或者摻氣水肥混合流體輸送到植物根區(qū)，能有效改善植物根圍的水、肥、氣、熱環(huán)境，維持根系正常的新陳代謝和呼吸功能，促進(jìn)和協(xié)調(diào)植物地上和地下部分的生長發(fā)育，是一種節(jié)水、省肥、高效的新型灌溉技術(shù)。地下氧灌解決了普通地下滴灌在灌溉時造成的植物根系暫時缺氧問題，同時又具備地下滴灌所固有的一切優(yōu)勢，為挖掘植物生產(chǎn)潛力提供了新的選擇。考慮到地下滴灌應(yīng)用領(lǐng)域和面積不斷擴(kuò)大，且普通地下滴灌系統(tǒng)連接上文丘里注射器即可改造為地下氧灌系統(tǒng)，因而地下氧灌切實(shí)可行。目前國外多采用Mazzei Injector公司生產(chǎn)的Mazzei文丘里射流器來完成空氣的摻入，Mazzei文丘里射流器的工作原理與普通文丘里一樣,遵循伯努利定律。Mazzei文丘里射流器對空氣的摻入以微泡的形式和水來混合，存在著氧利用率低和能耗高等問題，并且目前的水氣耦合灌溉技術(shù)要求滴管毛管和灌水器埋在土壤當(dāng)中，增加了灌水器堵塞的風(fēng)險，同時對于灌水器的維修與檢查造成了非常大的不便，如果灌水器暴露在空氣當(dāng)中因?yàn)榭諝馐俏⑴莸男问脚c水混合，必然導(dǎo)致水氣的分離，而致使空氣不能夠進(jìn)入到土壤當(dāng)中，導(dǎo)致預(yù)期目標(biāo)的失敗。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是克服上述已有技術(shù)的不足，而提供一種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)，主要解決現(xiàn)有的灌溉技術(shù)在灌溉時造成的植物根系暫時缺氧及采用Mazzei文丘里射流器來完成空氣的摻入時存在的氧利用率低的問題，特別是現(xiàn)有的水氣耦合灌溉技術(shù)必須要求滴管毛管埋在土壤當(dāng)中，增加了灌水器堵塞的風(fēng)險，同時對于灌水器的維修與檢查造成了非常大的不便。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的一種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)，它包括輸水干管，其特殊之處在于所述輸水干管一端與水源相通連接，并與帶有疏水性中空纖維膜組件的無泡曝氣水氣混合罐相通連接，輸水干管的另一端與灌溉裝置連接，疏水性中空纖維膜組件通過第一導(dǎo)氣管與帶有儲氣罐的空氣壓縮機(jī)相連通，第一導(dǎo)氣管上設(shè)空氣過濾器、氣體流量控制閥和壓力測量表，疏水性中空纖維膜組件的另一端設(shè)第二導(dǎo)氣管，在第二導(dǎo)氣管尾端設(shè)有控制閥，用于水蒸氣及氣體的排放；在無泡曝氣水氣混合罐前后分別設(shè)第一壓力測量表和第二壓力測量表，在水源與第一壓力測量表之間設(shè)水泵和水壓流量調(diào)節(jié)閥。進(jìn)一步的，所述的帶 有疏水性中空纖維膜組件的無泡曝氣水氣混合罐是由無泡曝氣水氣混合罐體和內(nèi)部的帶有疏水性中空纖維膜組件組成，所述帶有疏水性中空纖維膜組件在無泡曝氣水氣混合罐體內(nèi)懸置，由第一導(dǎo)氣管、第二導(dǎo)氣管固定不擺動。進(jìn)一步的，所述灌溉裝置可為滴灌管道系統(tǒng)、輸水溝渠或噴灌供水管道系統(tǒng)。進(jìn)一步的，所述灌溉裝置為滴管管道系統(tǒng)時，組成滴管管道系統(tǒng)的各滴灌毛管放在地表或埋于地下，分別構(gòu)成水氣耦合高效地表滴灌系統(tǒng)和水氣耦合高效地下滴灌系統(tǒng)。進(jìn)一步的，所述的灌溉裝置為輸水溝渠時，輸水干管直接放在輸水溝渠內(nèi)，構(gòu)成水氣耦合高效地面灌溉系統(tǒng)。進(jìn)一步的，所述的灌溉裝置為噴灌供水管道系統(tǒng)時，輸水干管與噴灌供水管道系統(tǒng)連接，構(gòu)成水氣耦合高效噴灌系統(tǒng)。本發(fā)明的一種無泡曝氣水氣高效耦合系統(tǒng)與已有技術(shù)相比具有突出的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和顯著進(jìn)步1、空氣的摻入通過疏水性中空纖維膜組件完成，將加壓空氣或純氧連續(xù)通入中空纖維膜管腔中，保持氧氣壓力低于膜的泡點(diǎn)，在膜兩側(cè)氧分壓差的推動下，管腔內(nèi)的氧透過膜壁上的微孔擴(kuò)散進(jìn)入管外的水體中，氧氣在膜內(nèi)被高度分散，氧的利用率理論上可達(dá)100% ;2、通過無泡曝氣的形式同時結(jié)合水壓流量調(diào)節(jié)閥的控制來調(diào)節(jié)空氣摻入量，可根據(jù)作物根系在不同生長季節(jié)對氧氣的需求情況來確定，以滿足作物的氧氣需求；3、該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，成本低，能量損耗小，把摻氣水或者摻氣水肥混合液體輸送到植物根區(qū)，能有效改善植物根圍的水、肥、氣、熱環(huán)境，是一種節(jié)水、省肥、高效的新型灌溉技術(shù)；4、該系統(tǒng)無需將滴管毛管和灌水器埋在土壤內(nèi)部，便于灌水器的維護(hù)和檢查；5、該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)滴灌、噴灌和地面灌等多種形式的灌水方式。


圖I是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)連接示意圖。
具體實(shí)施例方式 為了更好地理解與實(shí)施，下面結(jié)合附圖給出具體實(shí)施例詳細(xì)說明本發(fā)明一種循環(huán)曝氣地下氧灌系統(tǒng)。實(shí)施例1，參見圖1，將輸水干管12 —端與水源I相通連接，并與帶有疏水性中空纖維膜組件4的無泡曝氣水氣混合罐3相通連接，帶有疏水性中空纖維膜組件4的無泡曝氣水氣混合罐3是由無泡曝氣水氣混合罐體和內(nèi)部的帶有疏水性中空纖維膜組件4組成，帶有疏水性中空纖維膜組件4在無泡曝氣水氣混合罐體內(nèi)懸置，由第一導(dǎo)氣管8、第二導(dǎo)氣管16固定不擺動；將輸水干管12的另一端與組成滴管管道系統(tǒng)的各滴灌毛管相通連接，各滴灌毛管可放在地表或埋于地下，分別構(gòu)成水氣耦合高效地表滴灌系統(tǒng)和水氣耦合高效地下滴灌系統(tǒng)；在無泡曝氣水氣混合罐3前后的輸水干管12上分別安裝第一壓力測量表13和第二壓力測量表15，在水源I與第一壓力測量表13之間的輸水干管12上安裝水泵2和水壓流量調(diào)節(jié)閥14 ;將疏水性中空纖維膜組件4的一端通過第一導(dǎo)氣管8與帶有儲氣罐的空氣壓縮機(jī)6相連通，在疏水性中空纖維膜組件4與空氣壓縮機(jī)6之間的第一導(dǎo)氣管8上安裝空氣過濾器7、氣體流量控制閥9和壓力測量表10，在疏水性中空纖維膜組件4的另一端連接第二導(dǎo)氣管16，在第二導(dǎo)氣管16的尾端安裝有控制閥11 ;上述裝置連接好后，水泵正常工作時，在正常的供水條件下本系統(tǒng)可以進(jìn)行水氣耦合高效滴灌。實(shí)施例2，同實(shí)施例1，不同之處是輸水干管12的另一端直接放在輸水溝渠內(nèi)，水泵正常工作時，在正常的供水條件下本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)溝灌、畦灌和漫灌等普通的地面灌溉條件下的水氣耦合高效地面灌溉。
實(shí)施例3，同實(shí)施例1，不同之處輸水干管12的另一端與噴灌供水管道系統(tǒng)連接，水泵正常工作時，在正常的供水條件下本系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)水氣耦合高效噴灌。
權(quán)利要求
1.一種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)，它包括輸水干管(12)，其特征在于所述輸水干管(12)一端與水源(I)相通連接，并與帶有疏水性中空纖維膜組件(4)的無泡曝氣水氣混合罐(3)相通連接，輸水干管(12)的另一端與灌溉裝置(5)連接，疏水性中空纖維膜組件(4)通過第一導(dǎo)氣管(8)與帶有儲氣罐的空氣壓縮機(jī)(6)相連通，第一導(dǎo)氣管(8)上設(shè)空氣過濾器(7)、氣體流量控制閥(9)和壓カ測量表(10)，疏水性中空纖維膜組件(4)的另一端設(shè)第二導(dǎo)氣管(16)，在第二導(dǎo)氣管(16)尾端設(shè)有控制閥(11);在無泡曝氣水氣混合罐(3)前后分別設(shè)第一壓カ測量表(13)和第二壓カ測量表(15)，在水源(I)與第一壓カ測量表(13)之間設(shè)水泵(2 )和水壓流量調(diào)節(jié)閥(14 )。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)，其特征在于所述的帶有疏水性中空纖維膜組件(4)的無泡曝氣水氣混合罐(3)是由無泡曝氣水氣混合罐體和內(nèi)部的帶有疏水性中空纖維膜組件(4)組成，所述帶有疏水性中空纖維膜組件(4)在無泡曝氣水氣混合罐體內(nèi)懸置，由第一導(dǎo)氣管(8)、第二導(dǎo)氣管(16)固定不擺動。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的ー種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)，其特征在于所述灌溉裝置(5)為滴灌管道系統(tǒng)、輸水溝渠或噴灌供水管道系統(tǒng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)，其特征在于所述灌溉裝置(5)為滴管管道系統(tǒng)時，組成滴管管道系統(tǒng)的各滴灌毛管放在地表或埋于地下，分別構(gòu)成水氣耦合高效地表滴灌系統(tǒng)和水氣耦合高效地下滴灌系統(tǒng)。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)，其特征在于所述的灌溉裝置(5)為輸水溝渠時，輸水干管(12)直接放在輸水溝渠內(nèi)，構(gòu)成水氣耦合高效地面灌溉系統(tǒng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的ー種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)，其特征在于所述的灌溉裝置(5)為噴灌供水管道系統(tǒng)時，輸水干管(12)與噴灌供水管道系統(tǒng)連接，構(gòu)成水氣耦合高效噴灌系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種水氣耦合高效灌溉系統(tǒng)，它包括輸水干管(12)，輸水干管(12)一端與水源(1)相通連接，并與帶有疏水性中空纖維膜組件(4)的無泡曝氣水氣混合罐(3)相通連接，輸水干管(12)的另一端與灌溉裝置相通連接，其特點(diǎn)是疏水性中空纖維膜組件(4)一端與空氣壓縮機(jī)(6)相連通，另一端設(shè)第二導(dǎo)氣管(16)，在輸水干管(12)上設(shè)水泵(2)、水壓流量調(diào)節(jié)閥(14)、第一壓力測量表(13)和第二壓力測量表(15)；其空氣的摻入通過中空纖維膜組件完成，氧的利用率理論上可達(dá)100%，解決了灌溉時造成的植物根系暫時缺氧及采用文丘里射流器來完成空氣的摻入時存在的氧利用率低和能耗高等問題，且無需將滴管毛管和灌水器埋在土壤內(nèi)部，便于灌水器的維護(hù)和檢查，并可實(shí)現(xiàn)水氣耦合高效滴灌、噴灌和地面灌。
文檔編號A01C23/04GK102668947SQ20121014349
公開日2012年9月19日 申請日期2012年5月10日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月10日
發(fā)明者張富倉, 張振華, 楊潤亞, 潘英華, 牛文全 申請人:張振華