一種樹木集水灌溉裝置研究

劉倩　楊蘭　蔡松　余靜　金濤

摘 ?要：本研究是一種通過收集雨水或抽水泵補水，均勻滴漏至樹木全周的土壤中，達(dá)到給樹木補水灌溉、輸營養(yǎng)液和農(nóng)藥兼具綠化環(huán)保主題的樹木集儲灌溉裝置。該滴灌裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單合理，拆裝方便，適用于不規(guī)則地形滴灌需要。研究表明，該裝置灌水均勻、能量消耗低，有利于提高灌溉效率，降低灌溉系統(tǒng)工作壓力及造價，減少灌溉系統(tǒng)能量消耗和工程投入，安全穩(wěn)定，應(yīng)用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：集水灌溉;樹木;滴管;環(huán)保

中圖分類號：TV213.4 ? ? ? 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2020）31-0024-02

Abstract： This study is a kind of tree collection， storage and irrigation device with the theme of greening and environmental protection by collecting rain water or pumping pump to replenish water and leak evenly into the soil of trees throughout the week， so as to replenish water and irrigate trees， and to deliver nutrient solution and pesticides with the theme of greening and environmental protection. The eyedropper device has the advantages of simple and reasonable structure design， convenient disassembly and assembly， and is suitable for eyedropper irrigation in irregular terrain. The research shows that the device has the advantages of uniform irrigation and low energy consumption， which is beneficial to improve the irrigation efficiency， reduce the working pressure and cost of the irrigation system， reduce the energy consumption and engineering investment of the irrigation system. Since it is safe and stable， it has a bright application prospect.

Keywords： catchment irrigation; trees; eyedropper; environmental protection

1 概述

滴灌技術(shù)是目前最先進的灌溉技術(shù)之一。自1975年以來，我國滴灌技術(shù)經(jīng)歷了嘗試、引進與研究、國產(chǎn)化與示范、規(guī)模化發(fā)展四個階段，在滴灌產(chǎn)品開發(fā)、系統(tǒng)配置、相關(guān)綜合配套技術(shù)等方面取得了較大的發(fā)展，但是我國滴灌技術(shù)仍存在工程規(guī)劃與設(shè)計欠規(guī)范、水肥一體化不到位、滴灌設(shè)備及產(chǎn)品不配套且成本高、技術(shù)和基礎(chǔ)儲備不足等問題[1]。

2 集水灌溉概況

隨著科學(xué)技術(shù)的進步，水資源的合理利用越來越受到人們的關(guān)注，水的問題關(guān)系到人類的可持續(xù)生存[2]。20世紀(jì)50年代農(nóng)業(yè)用水量占到總用水量的九成左右，高效利用水資源使得農(nóng)業(yè)用水總量現(xiàn)已下降到70%[3]。因此，我國必須要節(jié)約農(nóng)業(yè)灌溉用水去緩解水資源緊缺問題[4]。日雨兩用樹木雨水集儲裝置實現(xiàn)集水滴灌正符合我國“精確灌溉”和“節(jié)能高效”的要求，目前樹木雨水集儲灌溉裝置在運行時避免了能源浪費等問題，因此研制節(jié)能型滴灌裝置并對其節(jié)能供水進行研究有很重要的意義。

3 集水灌溉裝置技術(shù)分析

3.1 裝置技術(shù)路線

本該裝置的組合部件及其作用，以及研究思路和步驟如圖1所示。

3.2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

裝置俯視圖及剖視圖如圖2和圖3所示。圖中：1.殼體、2.安裝板、3.緊固螺栓、4.擋板、5.減震彈簧、6.夾板、7.滴灌孔、8.濾板、9.連通軟管、10.水泵、11.頂板。

本集水灌溉裝置，包括殼體，且殼體為聚乙烯制成的帶有開口的圓環(huán)型桶體，且圓環(huán)型桶體的開口處一體式連接有安裝緊固螺栓的安裝板，殼體的內(nèi)部一體式穿插連接有擋板，擋板的內(nèi)表面固定安裝有減震彈簧，且減震彈簧的端部固定連接有夾板，殼體的內(nèi)部位于擋板的表面套接安裝有濾板，且殼體的兩側(cè)均穿插有連通軟管9，連通軟管的一端固定連接有水泵，殼體的頂部位于擋板的表面活動卡接有頂板，且殼體的底部設(shè)有滴灌孔。

3.3 實施方式

殼體包括圓柱型的底殼和位于底殼頂部漏斗狀的頂殼，且濾板活動放置在底殼和頂殼的連接處，保證了集水過程中不會有落葉等雜質(zhì)干擾水的流出。擋板的形狀為帶有開口的筒狀管體，且筒狀管體的開口處兩端分別與兩組安裝板固定連接，已達(dá)到將裝置安裝于樹干的目的。夾板的形狀為圓弧型，且夾板的表面粘貼有帶防滑凸起的橡膠墊片。減震彈簧從上到下至少設(shè)有兩組，且每組減震彈簧沿?fù)醢鍒A周等角度布置至少三個。頂板的表面密布有通孔，頂板的頂部鋪設(shè)有用于防泥土砂石的濾布，且濾布的頂部設(shè)有用于栽種綠植的泥土層，既達(dá)到了防蒸發(fā)的目的，又可以使裝置環(huán)保而美觀。

4 實驗結(jié)果分析

4.1 裝置出水流量與孔徑關(guān)系

滴灌系統(tǒng)中，殼體底部的滴灌孔有水可滴，實現(xiàn)任意時間定量滴灌。根據(jù)滴管系統(tǒng)流量關(guān)系公式1，繪制流量與孔徑關(guān)系曲線圖，如圖4所示。

式中：C-放水系數(shù)，是從滴灌孔7的面積與其理想流速中計算而得的放水量和實際放水量之比值;A-滴灌孔面積;D-滴灌孔外直徑;h-儲水盒內(nèi)水面高度。

4.2 供水時間關(guān)系

由于水泵在電壓不變的情況下，供水效率不變，供水速率相對穩(wěn)定。根據(jù)連續(xù)性方程2，得到繪制供水時間曲線圖，如圖5所示。

式中：v-供水速率;A-水泵出口面積;D-水泵出口直徑。

4.3 裝置直徑與滴灌面積關(guān)系

根據(jù)滴管面積和裝置內(nèi)外徑之差的關(guān)系如公式3所示，繪制滴灌面積與集水裝置內(nèi)外直徑之差關(guān)系曲線。

公式中：D-集水裝置外直徑;d-集水裝置內(nèi)直徑;L-外直徑與內(nèi)直徑的差值。

使用時，把殼體夾套在樹木根莖表面，然后利用緊固螺栓把殼體開口端部的安裝板連接固定，此時擋板內(nèi)側(cè)由減震彈簧連接的夾板在減震彈簧的作用下夾住樹木的根莖，實現(xiàn)該裝置的安裝固定，然后把濾板放置在殼體內(nèi)部，再把栽種綠植的頂板卡在殼體頂部，最后在把連通軟管的一端與另一組該裝置上的連通軟管連接，且水泵的輸入端連接水源，當(dāng)雨天的時候，雨水透過頂板落到殼體內(nèi)，濾板對雨水進行過濾后落到殼體底部，再從滴灌孔滴灌到樹木周圍的土地上，日天的時候，水泵把水源抽入殼體內(nèi)，水源再從滴灌孔滴灌到樹木周圍的土地上，由滴灌流量曲線與水泵供水曲線，集水裝置直徑與滴灌面積關(guān)系曲線，可以分析得出滴灌一定水量所需時間。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本設(shè)計通過收集的雨水或抽水泵補充的供水均勻滴漏至樹木全周的土壤中，達(dá)到給樹木補水灌溉的作用，也可起到給樹木灌輸營養(yǎng)液和農(nóng)藥的作用，在裝置頂部種植小草，再一次隔絕內(nèi)部水體與外部空氣和陽光，防止了水分因蒸發(fā)氣化而流失，更是大大減弱了因陽光照曬作用所造成的對材料性能破壞，與此同時，也體現(xiàn)了此裝置的綠化環(huán)保美觀主題。

5 結(jié)束語

綜上所述，該集水灌溉裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計簡單合理，拆裝方便，適用于不規(guī)則地形滴灌需要并且灌水均勻、能量消耗低，有利于提高灌溉效率，降低灌溉系統(tǒng)工作壓力及造價，減少灌溉系統(tǒng)能量消耗和工程投入，安全穩(wěn)定，適用范圍廣。設(shè)計可用于農(nóng)業(yè)、林業(yè)水肥一體化高效灌溉，由于產(chǎn)品采用節(jié)能供水策略，將實現(xiàn)定量滴灌同時節(jié)約水資源提高灌溉效率且避免了灌溉時水流沖擊力過大造成的水土流失，同時達(dá)到經(jīng)濟性節(jié)水效果，這對國家的平衡發(fā)展以及經(jīng)濟發(fā)展是一個巨大的貢獻，有可觀的應(yīng)用前景。

參考文獻：

[1]葛具慶.岳普湖縣棉花膜下滴管技術(shù)[J].安徽農(nóng)學(xué)通報，2019，25（12）：48-49.

[2]趙艷茹，高殿華.合理利用水資源推進水生態(tài)治理與保護[J].中國資源綜合利用，2019，37（09）：61-63.

[3]袁野.滴灌：農(nóng)業(yè)水資源的出路[J].農(nóng)經(jīng)，2010（01）：37-38.

[4]財經(jīng)新聞：中行甘肅省分行授信支持酒泉節(jié)水灌溉項目[N].甘肅日報，2015-10-13.