CN201813703U - 一种设施农业膜面集雨重力滴灌系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种设施农业膜面集雨重力滴灌系统，属于农业节水技术领域。为了减少地下水开采，保障设施农业用水，降低传统集雨利用的投入，促进农业节水和农民增收，本实用新型所提供的系统包括：集雨过滤装置，包括与设施农业膜面相连接的集流槽以及与集流槽相连接的沉淀池；储水提水装置，包括与沉淀池相连接的集雨窖以及设置于集雨窖底部的潜水泵；重力滴灌装置，包括与潜水泵相连接的重力蓄水池以及连接重力蓄水池的滴灌管路。该技术方案的实施可避免修建集流场的资金投入，而且集雨效率高，具备调蓄雨水、调节水温、净化水质以及滴灌施肥的作用，可实现雨水高效利用和减少地下水开采的目标。
Description
技术领域
本实用新型属于农业节水技术领域，具体涉及一种设施农业膜面集雨重力滴灌系统。
背景技术
现有的雨水集蓄利用主要指建设集雨场、集雨窖、蓄水池以及配套节水灌溉设施的一种微型水利工程，此类工程在一定程度上缓解了部分干旱半干旱地区的旱情，保证了作物稳产高产。但还存在一些不足：一是修建人工集雨场，增加了工程的投资，影响了工程的经济效益；二是雨水利用工程配套不合理，无法提高水分生产效率。
现有的集雨场建设技术包括瓦屋集流面、混凝土集流面、土质集流面、片(块)石衬砌集流面和塑膜防渗集流面，通过各种人工措施减小集流面的渗透系数，提高集流面的集流效率，达到高效收集雨水的目的。但现有集雨场建设存在以下缺陷：一是集流效率不高。根据2001年由中国水利水电出版社出版的《雨水集蓄利用技术与实践》对甘肃、宁夏等地的不同材料集流面进行的集流效率试验，集流效率最高的混凝土材料的全年集流效率仅为0.73～0.80；二是集雨场建设占用了耕地面积。在田间集流场的建设中，需要利用耕地作为集流面，减少了有效耕种面积。
现有技术的集雨窖工程包括水窖、旱井、蓄水池、涝池以及塘坝等，其中以水窖和蓄水池应用较多。因各地地质条件及获取建筑材料容易程度不同，水窖和蓄水池设计的规格很多，包括长方体型、球型和圆柱体型等。水窖和蓄水池多采用封闭式结构，尽量减少水的蒸发损失，并采用各种防渗措施减少水的渗漏损失。但现有集雨窖的设计存在较大的缺陷：未充分考虑集雨窖在干湿季的调蓄功能，造成集雨 窖容积过小则无法满足灌溉用水需求，集雨窖容积过大则浪费投资。
实用新型内容
(一)要解决的技术问题
本实用新型要解决的技术问题是避免建设集雨场所带来的资金投入问题，解决集雨窖建设过大或过小问题，提高滴灌水质，实现雨水的高效利用以及减少地下水开采的目标。
(二)技术方案
为解决上述技术问题，本实用新型提供一种设施农业膜面集雨重力滴灌系统，所述系统包括集雨过滤装置、储水提水装置以及重力滴灌装置，其中，
所述集雨过滤装置包括与设施农业膜面相连接的集流槽以及与所述集流槽相连接的沉淀池；
所述储水提水装置包括与所述沉淀池相连接的集雨窖以及设置于所述集雨窖底部的潜水泵；
所述重力滴灌装置包括与所述潜水泵相连接的重力蓄水池以及连接所述重力蓄水池的滴灌管路。
所述集流槽与所述沉淀池的进水口连接处设置有格栅。
所述系统还包括第一连接管，连接于所述沉淀池的出水口与集雨窖的进水口之间。
所述第一连接管上设置有可拆卸过滤网。
所述系统还包括第二连接管，连接于所述潜水泵与重力蓄水池的进水口之间。
所述滴灌管路包括与重力蓄水池出水口连接的配水支管以及与所述配水支管连接的滴灌管。
所述配水支管为管壁具有弹性的Φ50的PE管。
所述膜面以及重力蓄水池设置于地面上，所述重力蓄水池的池底位于地面1m以上的位置；
所述集流槽、沉淀池以及集雨窖设置于地面下，所述潜水泵用于将存水从集雨窖抽送入重力蓄水池。
所述集雨窖内部设置有溢流口以及检查井。
(三)有益效果
对比现有技术，本实用新型技术方案具备如下优点：
(1)利用设施农业膜面作为集雨面，不仅避免了修建集流场的资金投入，而且集雨效率高，3mm以上降雨即可形成有效径流；
(2)通过设置集雨沉淀、过滤装置，起到了过滤雨水、净化水质的作用；
(3)集雨窖以及重力蓄水池起到调蓄雨水、调节水温、净化水质以及溶解肥料进行滴灌施肥的作用；
(4)通过重力蓄水池和滴灌管路进行少量多次的供应作物水分和养分，可以提高作物产量和品质，实现雨水的高效利用和减少地下水开采的目标。
附图说明
图1为本实用新型实施例技术方案所提供的系统结构示意图；
图2为本实用新型实施例技术方案中集流槽横截面示意图；
图3为本实用新型实施例技术方案中集流槽纵截面示意图；
图4为本实用新型实施例中所提供的北京地区多年平均逐月降水量示意图；
图5为本实用新型实施例中所提供的北京地区标准日光温室横截面示意图；
图6为本实用新型实施例中所提供的北京地区典型种植茬口逐月耗水量示意图；
图7为本实用新型实施例中计算集水窖合理容积的模拟计算示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、内容和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本实用新型的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本实用新型的技术方案，而不能以此来限制本实用新型的保护范围。
本实施例首先具体描述本实用新型技术方案所提供的设施农业膜面集雨重力滴灌系统的结构特征。
如图1所示，所述系统，包括集雨过滤装置、储水提水装置以及重力滴灌装置；其中，
所述集雨过滤装置包括与设施农业膜面1相连接的集流槽2以及与所述集流槽相连接的沉淀池4；
所述储水提水装置包括与所述沉淀池4相连接的集雨窖6以及设置于所述集雨窖6底部的潜水泵7；
所述重力滴灌装置包括与所述潜水泵7相连接的重力蓄水池9以及连接所述重力蓄水池9的滴灌管路。
所述集流槽2末端与所述沉淀池4的进水口连接处设置有格栅3，所述格栅3用于拦截雨水中较大的杂物；
所述沉淀池4以及集雨窖6均设有进水口和出水口，所述沉淀池4进水口连接所述格栅3，出水口连接所述集雨窖6，所述沉淀池4用于沉淀过滤雨水中较大的无机颗粒。
所述系统还包括第一连接管5，所述沉淀池4出水口与集雨窖6进水口通过第一连接管5相连接。
所述第一连接管5上设置有可拆卸过滤网。
所述系统还包括第二连接管8；
所述重力蓄水池9设置有进水口以及出水口；
所述潜水泵7经集雨窖6出水口以及第二连接管8连接重力蓄水池9进水口；
所述滴灌管路包括与重力蓄水池9出水口连接的配水支管10以及与所述配水支管10连接的滴灌管11；
所述重力蓄水池9与所述配水支管10之间由DN40钢管、Φ50PVC管连接，PVC管上安装有阀门和网式过滤器，所述阀门用于控制重力蓄水池9出水口以及滴灌管路的开关，所述网式过滤器用于对滴灌用水进行过滤；
所述配水支管10为管壁具有弹性的Φ50的PE管；
所述滴灌管11通过旁通与配水支管垂直连接；
所述设施农业膜面1以及重力蓄水池9设置于地面上，所述重力蓄水池9的池底位于地面上方，离地面距离至少为1m；
所述集流槽2、格栅3、沉淀池4以及集雨窖6设置于地面下，所述潜水泵7用于将存水从集雨窖6抽送入重力蓄水池9；
所述设施农业膜面1为PE薄膜，厚度为0.1mm或0.12mm；
所述集雨窖6内部设置有溢流口以及检查井。
下面以温室种植环境为例详细描述本实施例技术方案用于温室环境中的情况，所述温室长50m，宽8m。
在温室环境下，本实施例技术方案是设施农业膜面集流、集雨窖贮水、重力滴灌以及水肥一体化的技术集成，利用设施农业膜面1将雨水集结，或将地表细小水流汇集，汇集水通过集流槽2和栅格3，经沉淀池4沉淀和第一连接管5过滤网过滤，流入集雨窖6进行蓄积存储，利用潜水泵7将存水从集雨窖6通过第二连接管8抽送入重力蓄水池9，开启阀门后，在重力作用下水分经网式过滤器过滤后自流通过配水支管10和滴灌管11进行重力滴灌。需要施肥时，选用自制滴灌肥或专用滴灌肥，溶解于重力蓄水池9中，进行滴灌施肥，即水肥一体化。
其中，如图2以及图3所示，图2为集流槽横截面示意图，图3为集流槽纵截面示意图；集流槽可采用砖砌或混凝土浇铸成与温室纵向等长并具有一定坡降(高差2‰)的水沟，长50m。集流槽靠近沉 淀池的一端低，另一端高。修建集流槽时，根据温室的长度灵活掌握，刚开始集流槽宽24cm、深15cm，随着距沉淀池越近，集流槽逐渐加深，沉淀池入口处的集流槽宽24cm，深24cm。集流槽与设施农业膜面相连接一侧有一定的坡度，利于雨水径流的汇集。
其中，栅格3为孔径5cm×5cm的铁制筛网。
其中，沉淀池4为长1m，宽40cm，深50cm的小水池，进水口为24cm×24cm的明渠，出水口为直径30cm的水泥管，位于集流槽2末端，集流槽2末端通过格栅3连接沉淀池4进水口，沉淀池4通过第一连接管5与集雨窖6相连接。第一连接管5安装过滤网，过滤网为孔径3cm的梅花状孔铁制拦污网，第一连接管5与所述沉淀池4的出水口一样同为直径30cm的水泥管，长1m。沉淀池4出水口底部高于进水口底部2～3cm，起净化过滤雨水的作用。
其中，集雨窖6应在地下水位3m以下的地区建造，建于地下0.5m～3.0m之间，集雨窖6为砖砌+混凝土浇筑的方形水窖，容积大小根据当地降雨情况、集雨面面积、雨水收集率以及作物耗水量等资料进行设计确定，以集雨窖6蓄水能基本满足温室作物周年滴灌用水需求，并基本实现零用地下水为建造的标准。集雨窖6具有防渗功能，为避免集雨窖6在冬季被冻裂，上方覆盖50cm的土层，还可种植蔬菜或草坪。
其中，潜水泵7的型号为QDX3-20-0.55，流量3m3/h，扬程20m，配用功率0.55kW。
其中，重力蓄水池9为体积为2～3m3的长方形封闭水池(或储水桶)，池底距离地面1m以上，容器长2m、宽1～1.5m、高1m，进水口为DN40钢管，出水口为DN40钢管，通过Φ50PVC管与配水支管(Φ50PE管)连接，PVC管上安装有阀门和网式过滤器，重力蓄水池建于温室内部，可最大限度利用高度自流给水，并起到净化雨水、调节水温和溶解滴灌肥的作用。重力蓄水池9可采用砖砌、铸铁焊制 或塑料容器三种类型，贮水量应满足温室一次滴灌所需水量，出水口与配水支管10连接的位置装有闸阀和网式过滤器，用于开关出水口以及避免杂质或沉淀物堵塞滴头。
其中，集雨窖6与重力蓄水池9相连接的第二连接管8为DN40钢管或其他可用管材。
其中，重力滴灌装置所采用的滴灌方式是利用重力蓄水池9水面与地面之间的落差所产生的压力，通过配水支管10和滴灌管11将雨水输送到作物根部土壤的一种滴灌新技术。滴灌管11可以铺设在农用地膜下，滴灌时不需要动力。
该技术方案所提供的装置可将设施农业膜面的降雨有效收集入集雨窖并将雨水挟带的枯枝树叶拦截下来，雨水在水压(重力)很小的情况下，均匀稳定地通过滴灌管输送给作物。该系统可缓解温室蔬菜生产中水分供需不均的矛盾，并可利用该系统装置对蔬菜进行施肥。本装置系统集雨面积0.6亩，滴灌面积0.6亩，利用本装置系统积蓄的雨水可基本满足温室周年耗水最多的“冬春茬番茄+秋冬茬黄瓜”种植的滴灌需水。
下面以标准温室(东西长度50m、南北跨度8m)和典型茬口(冬春茬番茄+秋冬茬黄瓜)为例，如图4所示，根据北京地区多年平均逐月降水情况，分析膜面集雨蓄水与重力滴灌需水的动态关系，以确定集雨窖合理容积。
(1)膜面集雨蓄水量
温室面积400m2(合0.6亩)，设施农业膜面为长50m、宽9m的PE农膜，厚度可选用0.1mm或0.12mm。根据北京地区的多年平均降雨量按照雨水收集率为66％～85％，平均75.5％，计算出理论集水量为442mm。
(2)重力滴灌需水量
如图5所示，以北京地区日光温室周年耗水最多的茬口(冬春茬番茄-秋冬茬黄瓜)为例，其生长时期和耗水量如表1，全年逐月耗水 量见图6，全年累计耗水量为439.5mm。
表1日光温室冬春茬番茄-秋冬茬黄瓜周年种植模式下的耗水量
(3)集雨窖合理容积
如图7所示，根据温室蔬菜种植的滴灌需水量(见表1)、集雨面面积(400m2)、径流系数(0.95)以及北京地区1985年～2008年的月降雨量数据(如图4)，利用公式(1)和(2)逐月模拟计算集雨窖的进水量(雨水径流量)、出水量(滴灌用水量)和溢流量，模拟结果见表2。
式中，Yt为集雨窖取水量(m3)，St表示t时集雨窖水量(m3)，Qt为t时流入集雨窖的水量(m3)，Dt表示t时流出集雨窖的水量(m3)，V表示集雨窖的有效容积(m3)。
表2不同集雨窖容积下的集雨效率及替代地下水比例模拟结果
当标准温室对应的集雨窖容积为90m3以上时，可基本实现本例中温室蔬菜生产零用地下水目标(替代地下水比例达近90％)。但当集雨窖容积大于110m3时，集雨窖容积继续增加对收集雨水量的贡献很小。生产中一般采用50m3或70m3的集雨窖，替代地下水比例达到70％或80％，综合效益较好。
综上所述，对比现有技术，本实用新型技术方案具备如下优点：
(1)利用设施农业膜面作为集雨面，不仅避免了修建集流场的资金投入，而且集雨效率高，3mm以上降雨即可形成有效径流；
(2)通过设置集雨沉淀、过滤装置，起到了过滤雨水、净化水质的作用；
(3)集雨窖以及重力蓄水池起到调蓄雨水、调节水温、净化水质以及溶解肥料进行滴灌施肥的作用；
(4)通过重力蓄水池和滴灌管路进行少量多次的供应作物水分和养分，可以提高作物产量和品质，实现雨水的高效利用和减少地下水开采的目标。
(5)根据当地的气象条件、集流面面积、集流效率和滴灌制度等情况科学合理设计集雨窖，避免了集雨窖规模过大以及过小的问题。
以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本实用新型的保护范围。
Claims (9)
1.一种设施农业膜面集雨重力滴灌系统，其特征在于，所述系统包括集雨过滤装置、储水提水装置以及重力滴灌装置，其中，
所述集雨过滤装置包括与设施农业膜面相连接的集流槽以及与所述集流槽相连接的沉淀池；
所述储水提水装置包括与所述沉淀池相连接的集雨窖以及设置于所述集雨窖底部的潜水泵；
所述重力滴灌装置包括与所述潜水泵相连接的重力蓄水池以及连接所述重力蓄水池的滴灌管路。
2.如权利要求1所述的设施农业膜面集雨重力滴灌系统，其特征在于，所述集流槽与所述沉淀池的进水口连接处设置有格栅。
3.如权利要求1所述的设施农业膜面集雨重力滴灌系统，其特征在于，所述系统还包括第一连接管，连接于所述沉淀池的出水口与集雨窖的进水口之间。
4.如权利要求3所述的设施农业膜面集雨重力滴灌系统，其特征在于，所述第一连接管上设置有可拆卸过滤网。
5.如权利要求1所述的设施农业膜面集雨重力滴灌系统，其特征在于，所述系统还包括第二连接管，连接于所述潜水泵与重力蓄水池的进水口之间。
6.如权利要求1所述的设施农业膜面集雨重力滴灌系统，其特征在于，所述滴灌管路包括与重力蓄水池出水口连接的配水支管以及与所述配水支管连接的滴灌管。
7.如权利要求6所述的设施农业膜面集雨重力滴灌系统，其特征在于，所述配水支管为管壁具有弹性的Φ50的PE管。
8.如权利要求1所述的设施农业膜面集雨重力滴灌系统，其特征在于，所述膜面以及重力蓄水池设置于地面上，所述重力蓄水池的池底位于地面1m以上的位置；
所述集流槽、沉淀池以及集雨窖设置于地面下，所述潜水泵用于将存水从集雨窖抽送入重力蓄水池。
9.如权利要求1所述的设施农业膜面集雨重力滴灌系统，其特征在于，所述集雨窖内部设置有溢流口以及检查井。
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|---|---|---|---|---|
| CN102362574A (zh) * | 2011-11-10 | 2012-02-29 | 汪跃宏 | 自然水资源微循环灌溉系统 |
| CN104813870A (zh) * | 2015-05-19 | 2015-08-05 | 窦观一 | 充分利用风、光、气能源的生态农业系统 |
| CN106284491A (zh) * | 2015-06-10 | 2017-01-04 | 西北农林科技大学 | 一种拱棚雨水收集方式的设计 |
| CN106358846A (zh) * | 2016-10-31 | 2017-02-01 | 沈阳农业大学 | 一种生态温室雨水综合利用系统 |
| CN107820899A (zh) * | 2017-10-10 | 2018-03-23 | 邱逸奎 | 一种防雨的双层棚 |
| CN112031169A (zh) * | 2020-08-05 | 2020-12-04 | 上海建工集团股份有限公司 | 有雨水收集功能的拼装式箱式房 |
| CN112930978A (zh) * | 2021-03-17 | 2021-06-11 | 塔里木大学 | 一种重力循环热水大棚环保供热系统 |
| CN116081892A (zh) * | 2023-02-23 | 2023-05-09 | 中国科学院西北生态环境资源研究院 | 一种雨水资源收集及高效利用综合系统 |
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2010
- 2010-05-26 CN CN2010202168589U patent/CN201813703U/zh not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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