專利名稱：水纜、水纜地下灌溉系統(tǒng)及其應(yīng)用的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種利用半透膜制作的農(nóng)業(yè)或林業(yè)用的節(jié)水灌溉設(shè)備及其在農(nóng)業(yè)、林業(yè)育林方面 的應(yīng)用。
背景技術(shù)：
在國際性水資源短缺的情況下，農(nóng)業(yè)灌溉的節(jié)約用水、減少水資源消耗是一個倍 受關(guān)注和迫切需要解決的問題。近幾十年相繼研究并成功地推廣了滴灌、噴灌、滲灌等先進 的灌溉方法，取得明顯的節(jié)水效果。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提出的水纜灌溉是一種與滴灌、噴灌等應(yīng)用范圍相似但節(jié)水效果更好，且 不用動力驅(qū)動的節(jié)水的連續(xù)灌溉產(chǎn)品，本發(fā)明還提供利用這種產(chǎn)品進行農(nóng)業(yè)灌溉的方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的水纜，其組成包括輸水管，所述的輸水管中裝有一組半透膜管壁的、既輸送水分， 又通過管壁滲透向土壤釋放水分的芯管，所述的輸水管的半透膜管壁外具有加固層。所述的水纜，所述的輸水管的加固層為化學(xué)纖維、玻璃纖維、巖棉纖維或不銹鋼 絲、無紡布、化纖布或者麻布，所述的加固層是用熱合或縫制的方法制成的護套。所述的水纜，所述的輸水管為高強度、耐腐蝕、易透水的材料制成的保護性護套。一種水纜地下灌溉系統(tǒng)，其組成包括灌溉主供水管和水纜，所述的主供水管上開 具有一組供水孔，所述的主供水管和水纜在供水孔位置連通，并在此將兩者固定和密封，根 據(jù)壟長將所述的水纜另一端頭封口，所述的水纜鋪裝在植物種植農(nóng)田地下10 25厘米深 度。所述的水纜地下灌溉系統(tǒng)，所述的水纜沿長度方向采用連接頭進行接長處理。一種利用水纜進行灌溉的方法，包括將主供水管路沿農(nóng)田一側(cè)安裝，按照一壟或 者隔壟的方式在主供水管路上開孔，將所述的水纜一端安裝到供水孔上并沿壟的走向鋪裝 在地下10-25厘米深處，形成地下灌溉系統(tǒng)，所述的供水管將水輸送到水纜中，由土壤水勢 能驅(qū)動水纜向土壤和植物提供不間斷的補水，是一種在灌溉運行過程不需要機械動力驅(qū)動 的方法。所述的利用水纜進行灌溉的方法，水纜采用仿生透水功能半透膜制成，形成不產(chǎn) 生徑流及滲漏損失的節(jié)水灌溉方式，避免了大部分蒸發(fā)損失；水纜內(nèi)半透膜釋放水的行為 擬合植物根部半透膜的吸收水行為，并隨不同時段植物耗水量的波動導(dǎo)致土壤水勢的波動 而波動，對植物進行不間斷的連續(xù)灌溉。本發(fā)明的效果本發(fā)明的核心是使材料的半透膜功能與農(nóng)作物根部的吸水功能恰當(dāng)匹配，灌溉過程和吸水過程同步進行，避免或大幅度地降低了灌溉過程中的蒸發(fā)損失和滲漏損失，為農(nóng) 業(yè)生產(chǎn)提供了一種非常節(jié)水的灌溉方法。
植物根部的細胞膜是半透膜，植物依賴于這些細胞膜的滲透功能，在勢能的驅(qū)動 下從土壤吸收水分，當(dāng)根細胞內(nèi)的水勢低于土壤水勢時，水分在水勢能驅(qū)動下，由勢能高處 向勢能低處遷移，即土壤水分穿越細胞半透膜向細胞內(nèi)遷移，使植物吸收到足夠的水分，保 持正常生長；但當(dāng)干旱發(fā)生時，土壤含水量減少，土壤水勢逐漸降低，當(dāng)降低至比根細胞內(nèi) 水勢更低時，這時細胞內(nèi)的水分處于高勢能態(tài)，植物不但不能再從土壤中吸取水分，相反， 細胞內(nèi)的水分在水勢驅(qū)動下，穿越半透膜向土壤中遷移，植物失水，膨壓下降，發(fā)生萎蔫，生 長過程受租。如果這時在受旱植物根部埋一條水纜，由于水纜是用塑料半透膜制成的，水纜 內(nèi)部的自由水水勢為零，處于水勢最高狀態(tài)，高于水纜外干燥土壤的水勢，水分穿越水纜半 透膜向土壤遷移，致使土壤含水量逐漸增加，水勢逐漸上升。當(dāng)土壤水勢上升至比植物根水 勢高時，依前所述，土壤水分又開始向植物遷移，使植物吸收水分，受到灌溉。可見，由于水纜的使用，在水纜——土壤——植物形成了一個水分遷移的動態(tài)系 統(tǒng)，水纜內(nèi)部的水始終處于最高水勢狀態(tài)，干燥土壤水勢較低，在水勢差驅(qū)動下，水分通過 跨膜遷移，水纜中的水穿過自身的半透膜向土壤中運動，使土壤水分增加，水勢升高至一個 較高的水準上，高于植物的根水勢，二者的水勢差又導(dǎo)致另一次跨膜遷移，使水分透過植物 根部半透膜向植物遷移，使植物受到灌溉。從另一個角度來看，當(dāng)植物體內(nèi)的水分經(jīng)葉面蒸 騰耗散時，水勢下降，植物與土壤水勢差加大，導(dǎo)致水分從土壤向植物的遷移速度即單位時 間的遷移量增大，進而導(dǎo)致土壤水勢降低，土壤水勢與水纜的水勢差加大，促使更多的水從 水纜內(nèi)遷移向土壤。可見，水分在三者之間的動態(tài)的聯(lián)動關(guān)系，產(chǎn)生了這樣一個結(jié)果，即植 物耗水越多，水纜供水越多，植物耗水越少，水纜供水也相應(yīng)減少。這是農(nóng)田灌溉所追求的 最佳灌溉狀態(tài)。水纜灌溉之所以能使農(nóng)田水分處于最佳狀態(tài)，是因為水纜灌溉供水原理是通過半 透膜給水，而植物是通過半透膜吸水，在水遷移功能方面兩種膜是同構(gòu)的。在動力機制方 面，它們又按同一規(guī)律受水勢趨動，當(dāng)它們構(gòu)成同一系統(tǒng)時，水纜內(nèi)膜可實現(xiàn)按照生物膜吸 水的節(jié)奏及數(shù)量變化供水。因此，水纜灌溉是一個仿生灌溉系統(tǒng)，其特點是1、非常節(jié)水由于水纜的灌溉過程是受水勢差驅(qū)動的，土壤越干燥、水勢差越大，水纜供水越 多，反之亦然，當(dāng)土壤含水量達到飽合含水量時，土水勢升至零，與水纜內(nèi)水的水勢差為零， 水纜停止供水，因此水纜灌溉不會造成徑流損失或滲漏損失。另外，水纜使用時是埋在地面 以下10 25cm處的主根區(qū)層內(nèi)，地表是一層干土層，干土層保護其下部潤濕層內(nèi)的水分免 受蒸發(fā)損失，使灌溉過程中蒸發(fā)損失量大幅度降低?？傊捎谒|灌溉避免或減輕了通 常農(nóng)田灌溉三種主要的水分損失方式，使該系統(tǒng)成為一種非常節(jié)水的有效灌溉方式。應(yīng)用 實驗表明，在作物受到充足灌溉的前題下，水纜灌溉的耗水量是我國目前平均畝耗水量的 10 20%，即節(jié)水達80 90%，是一種非常節(jié)水的灌溉方式。2、不消耗動力水纜灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非常簡單，僅由水箱、管道、水纜三部分組成，不含水泵等機械 動力設(shè)備，運行中不消耗動力，這一特點一方面節(jié)省了能源，降低了運行費用，另一方面使 得沒有電源的偏遠地區(qū)也可以方便使用。3、連續(xù)灌溉任何植物吸收水分的過程都是24小時不間斷的連續(xù)過程。而延今為止，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中采用灌溉方法，無論是渠灌、噴灌、滴灌、滲灌，無一例外全部都是間歇式灌溉。在間歇式 灌溉的一個灌溉周期中，只有一部分時段可以充分滿足植物吸水的需求，而其余時段則是 非充分滿足或水分協(xié)迫時段，使植物的生長受到不同程度的抑制和影響。水纜灌溉的供水過程是24小時不間斷的連續(xù)過程，與植物的吸水過程同步，使植 物在生長期內(nèi)的任何時間均受到充分灌溉，不受周期性水分協(xié)迫影響，有利于作物的豐產(chǎn) 豐收，



附圖1是本發(fā)明的水纜的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖2是水纜供水機械。附圖3是本發(fā)明在農(nóng)業(yè)灌溉上應(yīng)用的原理圖。本發(fā)明的
具體實施例方式實施例1 水纜，其組成包括輸水管1，所述的輸水管的半透膜管壁外具有加固層2，所述的 輸水管中裝有一組半透膜管壁的芯管3。本發(fā)明所提出的水纜，在外觀上類似于電纜，其內(nèi)部的“纜芯”不是銅線或鋁線，而 是由一根或幾根中空的塑料膜的芯管組成，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。這里所指的塑料膜芯管是 具有半透膜性質(zhì)的管狀塑料薄膜，其特點是膜體上每平方厘米有10萬個以上的微孔，微孔 的孔徑分布為10 900nm，恰在半透膜內(nèi)孔徑范圍內(nèi)，因此在功能上，這種膜具有半透膜的 一切功能。實施例2:實施例1所述的水纜，所述的輸水管的加固層為化學(xué)纖維、玻璃纖維、巖棉纖維或 不銹鋼絲編制而成、也可以采用無紡布、化纖布或者麻布，所述的加固層是用熱合或縫制的 方法制成的護套。用功能性的膜材料做為水纜的芯管為本發(fā)明的核心材料，并且為了有更好的應(yīng)用 性能，在芯管外面加上一層用機械強度較高的透水性材料制成的護套，制成具有雙層結(jié)構(gòu) 的水纜產(chǎn)品。這里所指的護套，主要是對內(nèi)層的功能性膜材料起到保護性作用，使得膜材料 機械強度不足得以克服，避免膜材料在復(fù)雜的野外農(nóng)田環(huán)境中使用時被刺漏、劃破或拉斷。 因此要求制作護套的材料一是要有較好的機械強度，二是具有透水性，使膜中滲出的水易 于透過護套進入土壤。適合做護套的材料有化纖編織管、塑料編織管、棉布或無紡布制成的 管。在鼠害嚴重的地區(qū)，為防止鼠嚙，可以用金屬編織管、玻璃纖維或巖棉纖維編織管。水纜的制造是這樣實現(xiàn)的實施例3 選擇直徑為3cm，厚度為5um，每米日釋水量為300克的塑料半透膜水纜芯管，將芯 管導(dǎo)入電纜包履編織機內(nèi)，啟動編織機，編織機在芯管外編織成管狀編織物，將作為芯管的 塑料半透膜包裹在管中，形成具有雙層結(jié)構(gòu)的、連續(xù)的軟管狀物即為水纜。將水纜用收卷機 收卷成大卷，然后，按農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求，將水纜切成20米、50米或200米等不同長度，將 切好的產(chǎn)品一端用卡扣機打卡封閉，另一端裝上自鎖式快速拉頭，包裝后即為成品水纜。這 種水纜適用于日需水量小的作物使用。
本例中選用的紡織纖維為聚脂纖維，具有強度高，耐腐蝕等特點，對芯管起到保護 作用，使水纜在嚴酷的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)環(huán)境中正常發(fā)揮使用功能。實施例4 直徑為5cm，厚度為7um，每米日釋水量為800克的塑料半透膜水纜芯管，將芯管導(dǎo) 入電纜包履編織機內(nèi)，啟動編織機，編織機在芯管外編織成管狀編織物錯位加強層，將作為 芯管的聚乙烯半透膜包裹在管中，形成具有雙層結(jié)構(gòu)的、連續(xù)的軟管狀物即為水纜。將水纜 用收卷機收卷成大卷，然后，按農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求，將水纜切成20米、50米或200米等不 同長度，將切好的產(chǎn)品一端用卡扣機打卡封閉，另一端裝上自鎖式快速拉頭，包裝后即為成 品水纜。這種水纜適用于日需水量大的作物使用。實施例5 直徑為4cm，厚度為6um，每米釋水量為500克的塑料半透膜水纜芯管，將芯管導(dǎo)入 電纜包履編織機內(nèi)，啟動編織機，編織機在芯管外編織成管狀編織物，將作為芯管的聚乙烯 半透膜包裹在管中，形成具有雙層結(jié)構(gòu)的、連續(xù)的軟管狀物即為水纜。將水纜用收卷機收卷 成大卷，然后，按農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際需求，將水纜切成20米、50米或200米等不同長度，將切好 的產(chǎn)品一端用卡扣機打卡封閉，另一端裝上自鎖式快速拉頭，包裝后即為成品水纜。本例選 用的編織纖維為玻璃纖維，除有強度好，耐腐蝕的特點外，還具有防鼠咬功能，特別適用于 鼠害嚴重的農(nóng)田或草原使用。實施例6 直徑為3cm，厚度為5um，每米日釋水量為300克的半透膜水纜芯管，選用聚脂無紡 布做為護套材料，將寬度為7cm成卷的無紡布的對折成雙層，將芯管夾在折疊后的無紡布 的兩層中間，然后導(dǎo)入連續(xù)熱合機中，熱合機將折疊無紡布開口 一側(cè)連續(xù)熱合，使無紡布形 成軟管狀，芯管包裹在管中，形成與編織法制造的相同的、具有雙層結(jié)構(gòu)的水纜。用這種方 法制造的水纜在性能上，與用化纖編織法制造的基本相同。實施例7 三條直徑為5cm，厚度為7um，每米日釋水量為800克的塑料半透膜芯管，用上述編 織法或無紡布熱合法制成三芯水纜如附圖1所示，這種水纜適用于需水量特別大，用單芯 水纜無法滿足的特殊環(huán)境使用。實施例8 一種水纜供水機械，其組成包括與水箱或者其它水源連接的灌溉主供水管，所述 的主供水管上開具有多個供水孔，所述的主供水管和水纜在供水孔位置連通，并在此將兩 者固定和密封，根據(jù)壟長將所述的水纜另一端頭封口，所述的水纜鋪裝在植物種植農(nóng)田地 下10 25厘米深度，據(jù)以此形成所述的地下灌溉系統(tǒng)。其中的水纜在系統(tǒng)中既起輸水支管作用，又是給水器。使用時水纜須埋入地下 10 25cm處，形成本發(fā)明的地下灌溉系統(tǒng)。這里所述的芯管為半透膜，是一種塑料材料制成的膜管，厚度及膜管直徑可在制 造時任意設(shè)定，其長度原則上是可以無限長的，但在實際制作過程中，依據(jù)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的不同 要求，可以制成不同直徑，不同出水量，不同長度的產(chǎn)品，從而制成不同規(guī)格的水纜。當(dāng)商品 供應(yīng)的水纜的長度不能達到農(nóng)田的長度的時候，所述的水纜沿長度方向采用連接頭進行接 長處理。
實施例9 利用水纜進行灌溉的方法，包括將主供水管路沿農(nóng)田一側(cè)安裝，按照一壟或者隔壟的方式在主供水管上開孔，將所述的水纜一端安裝在供水孔上并沿壟的走向鋪裝在地下 10-25厘米深處，所述的供水管將水輸送到水纜中，由土壤水勢能驅(qū)動水纜向土壤和植物提 供不間斷的補水，灌溉進行過程不需要機械動力驅(qū)動。水纜采用仿生透水功能半透膜制成，形成不產(chǎn)生徑流及滲漏損失的節(jié)水灌溉方 式，避免了大部分蒸發(fā)損失；水纜內(nèi)半透膜釋放水的行為擬合植物根部半透膜的吸收水行 為，并隨不同時段植物耗水量的波動導(dǎo)致土壤水勢的波動而波動，對植物進行不間斷的連
續(xù)灌溉。它的使用方法是1、在需要灌溉的地塊的一邊適當(dāng)位置安裝內(nèi)設(shè)水位計的水箱，接通上水管。2、依據(jù)農(nóng)作物的行距，在土地上等距地挖出深度為10 25cm深的溝，溝的深度取 決于作物根區(qū)層深度。3、所需長度的水纜一端用卡扣或夾子封閉，另一端與一個自鎖式快速接頭連接。4、在一條與水箱相連接的硬塑料主供水管上等距離的開孔，孔距與作物行距相 等，主供水管的長度與所需灌溉地塊的另一個邊等長。5、將水纜一端的快速接頭插入硬塑料管上打好的孔內(nèi)并鎖緊。6、將水纜鋪在挖好的溝內(nèi)，每個溝一條。7、打開水箱上的閥門，水通過主供水管進入水纜內(nèi)并將水纜充滿。8、用回填土將水纜埋好，將溝填平后種植作物。埋在土中的水纜開始慢慢向外滲透水分，使水纜周圍的土壤潤濕，隨著時間的延 長，逐漸在地下形成一個以水纜為中心的潤濕體，如圖3所示，潤濕體上部有一層干土層， 保護潤濕體內(nèi)的水分不受蒸發(fā)損失，潤濕體的位置處于地面以下的作物根層區(qū)，作物的根 系分布在潤濕體內(nèi)，吸收水分，受到充分的灌溉。
權(quán)利要求
一種水纜，其組成包括輸水管，其特征是所述的輸水管中裝有一組半透膜管壁的、既輸送水分，又通過管壁滲透向土壤釋放水分的芯管，所述的輸水管的半透膜管壁外具有加固層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水纜，其特征是所述的輸水管的加固層為化學(xué)纖維、玻璃纖 維、巖棉纖維或不銹鋼絲、無紡布、化纖布或者麻布，所述的加固層是用熱合或縫制的方法 制成的護套。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的水纜，其特征是所述的輸水管為高強度、耐腐蝕、易透 水的材料制成的保護性護套。
4.一種水纜地下灌溉系統(tǒng)，其組成包括灌溉主供水管和水纜，其特征是所述的主供 水管上開具有一組供水孔，所述的主供水管和水纜在供水孔位置連通，并在此將兩者固定 和密封，根據(jù)壟長將所述的水纜另一端頭封口，所述的水纜鋪裝在植物種植農(nóng)田地下10 25厘米深度。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水纜地下灌溉系統(tǒng)，其特征是所述的水纜沿長度方向采用 連接頭進行接長處理。
6.一種利用水纜進行灌溉的方法，包括將主供水管路沿農(nóng)田一側(cè)安裝，其特征是按 照一壟或者隔壟的方式在主供水管路上開孔，將所述的水纜一端安裝到供水孔上并沿壟的 走向鋪裝在地下10-25厘米深處，形成地下灌溉系統(tǒng)，所述的供水管將水輸送到水纜中，由 土壤水勢能驅(qū)動水纜向土壤和植物提供不間斷的補水，是一種在灌溉運行過程不需要機械 動力驅(qū)動的方法。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的利用水纜進行灌溉的方法，其特征是水纜采用仿生透水功 能半透膜制成，形成不產(chǎn)生徑流及滲漏損失的節(jié)水灌溉方式，避免了大部分蒸發(fā)損失；水纜 內(nèi)半透膜釋放水的行為擬合植物根部半透膜的吸收水行為，并隨不同時段植物耗水量的波 動導(dǎo)致土壤水勢的波動而波動，對植物進行不間斷的連續(xù)灌溉。
全文摘要
水纜、水纜地下灌溉系統(tǒng)及其應(yīng)用，近幾十年相繼研究并成功地推廣了滴灌、噴灌、滲灌等先進的灌溉方法，取得明顯的節(jié)水效果。本發(fā)明的水纜，其組成包括輸水管，所述的輸水管中裝有一組半透膜管壁的、既輸送水分，又通過管壁滲透向土壤釋放水分的芯管，所述的輸水管的半透膜管壁外具有加固層。水纜地下灌溉系統(tǒng)，其組成包括灌溉主供水管和水纜，所述的主供水管上開具有一組供水孔，所述的主供水管和水纜在供水孔位置連通，并在此將兩者固定和密封，根據(jù)壟長將所述的水纜另一端頭封口，所述的水纜鋪裝在植物種植農(nóng)田地下10～25厘米深度。用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)育林方面的節(jié)水灌溉。
文檔編號F16L11/20GK101823030SQ20091007147
公開日2010年9月8日 申請日期2009年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月3日
發(fā)明者楊慶理 申請人:楊慶理