CN206821528U - 一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及农业节水灌溉技术领域，具体为一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，解决了农田灌溉节水系统中缺少利用公路集流渠进行雨水收集，进而与太阳能和地下灌溉相结合的组合型灌溉模式的问题，包括沿公路边缘设置的集流渠、农田内设置的储水箱和太阳能光伏板，集流渠在其中部位置靠近农田的方向设置有集水池，集水池内设置有水泵，水泵通过进水管连接有储水箱，储水箱的下部连接有输水管，输水管连接有灌溉干管，灌溉干管连接有多个地埋灌溉管。本实用新型只需一次投入，集流渠和集水池建设完成后可持续性使用，保证了良好的灌溉效果，尤其是我国的西北部旱季地区灌溉效果尤为突出，可以进行大面积推广使用。

Description

一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统

技术领域

本实用新型涉及农业节水灌溉技术领域，具体为一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统。

背景技术

随着社会发展和生态环境的日益破坏，可利用的淡水资源已经成为限制人类正常生活的重要因素。我国用作灌溉的农业用水，仍以喷灌技术为主，虽然喷灌能对水资源进行较高程度的利用，但相比地下灌溉来说，其水资源的浪费及动力资源的浪费极其严重。与此同时，大量的雨水白白浪费，通过地面土壤渗透到地下水层当中，无法得到良性利用。

众所周知，在农村或者郊区地带，一定存有柏油公路贯穿于农田的设置。当下雨时，落入公路路面的雨水会直接流入到两侧的农田当中，进而进入到地下。由于我国绝大多数地区雨季分布不均，雨季常集中在几个固定月份，而剩余的月份降雨量极低，这就导致了农田在雨季时存在过度浇灌，而雨季过后又极度干旱的状态。

随着社会不断发展，农业灌溉技术得到了大幅提升。目前，地下灌溉通过土壤毛细管作用，湿润根区土壤，以供作物生长需要。这种灌溉方式适用于上层土壤具有良好毛细管特性，是一种当今世界领先的、精准控制土壤含水量的自动灌溉及抗旱技术。地下灌溉系统一般由输水部分和田间灌水部分组成，输水部分可采用渠道或管道与水源连接。田间灌水部分为埋设于田面以下的渗水管网，灌溉时水沿管壁的孔眼渗出，经土壤渗吸扩散，进入根层。暗管的渗水强度应和土壤渗吸性能相适应，一般为每米管长每小时渗出水量5～20L，强度过小则灌水慢，过大则增加向深层的渗漏，浪费水量。常用瓦管、砾石混凝土管、塑料管和土洞等作为渗水暗管，其中塑料管容易控制灌水强度,便于埋设施工。灌溉水从管壁的孔眼渗出后,既因土壤毛管吸渗作用向四周扩散，又因重力作用向下流动。在大田作物中，一般要求向下流动而渗漏到根层以下的水量不超过20%，向上扩散的湿润锋线应接近地表，水平方向则要使相邻两管的扩散湿润圈相互搭接。管道埋深一般采用40～50cm，间距一般控制在100～150cm以内。每条渗水暗管的长度，所用管径大小，供水水头大小等，要根据灌水强度要求和农田坡降而定，以能满足田块首尾渗水均匀为准。地下灌溉直接将水输送到作物根部，避免了传统灌溉的蒸发、渗漏、径流几大损失，实现高效灌溉。改善土壤水气环境，防止水浇板结，使土壤始终处于疏松、通气状态，有利于减少病虫害。

是否存在一种基于公路设置，且利用雨水和太阳能光伏为主的组合式节水灌溉系统，使得依靠雨水为主的地下灌溉方式不引入人力、电力，从而达到真正节能的灌溉系统就显得十分必要。

发明内容

本实用新型为了解决现有农田灌溉节水系统中缺少利用公路集流渠进行雨水收集利用，进而与太阳能和地下灌溉相结合的组合型灌溉模式的问题，提供了一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统。

本实用新型是通过如下技术方案实现的：一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，包括沿公路边缘设置的集流渠、农田内设置的储水箱和太阳能光伏板，集流渠在其中部位置靠近农田的方向设置有集水池，集水池内设置有水泵，水泵通过进水管连接有储水箱，储水箱内设置有感应式水位计，储水箱的下部连接有输水管，输水管连接有灌溉干管，灌溉干管连接有多个地埋灌溉管，间隔的地埋灌溉管上设置有土壤湿度传感器，输水管上设置有感应阀门和过滤装置；太阳能光伏板下部设置有带控制系统的底座，带控制系统的底座内设置有第一感应柱、第二感应柱、第三感应柱、第四感应柱、第五感应柱和控制器，第一感应柱与土壤湿度传感器连接，第二感应柱与水泵连接，第三感应柱与过滤装置连接，第四感应柱与感应式水位计连接，第五感应柱与感应阀门连接。

为保证下雨时公路上的积水可以流入到集流渠中，作为优选，集流渠与公路的连接处设置有缓坡，缓坡的坡度为2%~5%，此坡度不宜过小，坡度过小雨水不易进入到集流渠中，坡度过大会影响公路路面的观感质量。

为保证进入集流渠的雨水可以有效的收集到集水池中，在集水池两侧的集流渠均设置有向其倾斜的缓坡，考虑到雨水进入集流渠可能存在积水过多导致雨水冒顶的情况发生，在集流渠底部需要设置较大的坡度，作为优选，集流渠底部在集水池的两侧分别对称设置有朝向集水池的坡度，坡度为5%~10%，此外可在集流渠顶部设置雨水篦子。

为防止集水池内雨水长期储存导致集水池渗漏而引发农田塌陷等问题的发生，集水池采用混凝土结构，并采用混凝土整体浇筑而成。

储水箱内设置有滤网，滤网设置在进水管的出水口位置。储水箱内设置的滤网，使得通过水泵抽入到储水箱的水进行初次过滤，将灌溉用水中较大的杂质进行清除，防止其过多的进入到灌溉管道中将其堵塞。

地埋灌溉管为半透膜微润管，半透膜微润管的埋深为距地面40厘米~50厘米。埋深40厘米~50厘米是考虑到北方冬季可能出现的冻土层厚度，可有效防止地埋灌溉管发生冻融损坏。

过滤装置为可将灌溉用水过滤为120~200目的设备。由于微润管上密布的微孔分布密度为10—20万个/平方厘米，为保证灌溉水可以有效通过，必须将水进行过滤，其过滤标准为120—200目。

作为优选，输水管向灌溉方向倾斜设置，倾斜角为8°~10°。灌溉用水从输水管到地埋灌溉管采用重力导流方式进行，在满足灌溉要求的同时，可有效节省动力。

工作原理：雨季掉落在公路路面上的雨水会通过缓坡进入到集流渠中，进一步集流渠中的雨水会整体收集在集水池中以备农田灌溉之用，农田内安放有储水箱，储水箱内的灌溉用水是通过水泵抽取集水池中的雨水，当雨水抽入到储水箱中，先经过储水箱中的过滤网进行过滤，可将水泵抽取雨水中的较大杂质进行滤除，水箱下部呈倾斜状安装有一根输水管，输水管连接有灌溉干管，灌溉干管上连接有多个地埋灌溉管，其中地埋灌溉管在地表下40~50厘米埋深处，地表灌溉管上间隔设置有土壤湿度传感器，土壤湿度传感器可直接埋入土壤中使用，土壤湿度传感器可以时时获得土壤容积含水量值；当土壤处于较干燥状态时，其土壤容积含水量值低于控制系统所设定参数范围的最低值，此时，土壤湿度传感器将信号传给第一感应柱，第一感应柱将信号传给控制器，控制器通过控制第五感应柱，第五感应柱控制感应阀门打开，使得灌溉水从储水箱中流出，从而进行有效灌溉；当土壤处于较湿润状态时，其土壤容积含水量值高于控制系统所设定参数范围的最高值，此时，土壤湿度传感器将信号传给第一感应柱，第一感应柱将信号传给控制器，控制器通过控制第五感应柱，第五感应柱控制感应阀门关闭，灌溉水无法从储水箱中流出，从而中止灌溉；储水箱中设置有感应式水位计，当储水箱中的水位低于感应式水位计所控制的最低水位时，感应式水位计将信号传输给第四感应柱，第四感应柱将信号传给控制器，控制器通过第二感应柱控制水泵进行抽水，当储水箱中的水位高于感应式水位计的最高水位时，感应式水位计将信号传输给第四感应柱，第四感应柱将信号传给控制器，控制器通过第二感应柱控制水泵停止抽水；当感应阀门开启时，控制器可以控制第三感应柱实现过滤装置的开启，当感应阀门关闭时，控制器可以控制第三感应柱实现过滤装置的关闭，其中，水泵、过滤装置的动力均来自于太阳能光伏板产生的太阳能。

本实用新型相比现有技术而言，结构设计合理，做到了变废为宝，通过集流渠和集水池将雨水进行收集后，通过太阳能光伏发电装置的应用，使得储水箱蓄水，输水管净化灌溉水，土壤湿度传感器感应植物需水以及感应阀门放水四位一体，不需额外引入其他措施便可实现作物的存水、管道输水和给水，还可保持作物根区的土壤含水量在合理水平，在灌溉及抗旱的同时，可有效地提高水份利用效率，减少作物大面积种植对气候的依赖，改变千年靠天吃饭的局面，降低耕种风险，真正使农民在灌溉、抗旱的同时，也做出节水贡献。本实用新型只需一次投入，集流渠和集水池建设完成后可持续性使用，保证了良好的灌溉效果，尤其是我国的西北部旱季地区灌溉效果尤为突出，可以进行大面积推广使用。

附图说明

图1为本实用新型的系统结构示意图；

图2为本实用新型的位置布置示意图；

图3为集流渠的结构断面示意图；

图4为集流渠和集水池相对位置及雨水流向示意图；

图5为带控制系统的底座结构示意图。

图中：A-公路，B-农田，C-缓坡，1-集流渠，2-集水池，3-储水箱，4-地埋灌溉管，5-土壤湿度传感器，6-灌溉干管，7-带控制系统的底座，7.1-控制器，7.2-第一感应柱，7.3-第二感应柱，7.4-第三感应柱，7.5-第四感应柱，7.6-第五感应柱，8-太阳能光伏板，9-感应式水位计，10-水泵，11-输水管，12-感应阀门，13-进水管，14-过滤装置。

具体实施方式

结合图1—图5对本实用新型做进一步说明，一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，包括沿公路A边缘设置的集流渠1、农田B内设置的储水箱3和太阳能光伏板8，集流渠1在其中部位置靠近农田B的方向设置有集水池2，集水池2内设置有水泵10，水泵10通过进水管13连接有储水箱3，储水箱3内设置有感应式水位计9，储水箱3的下部连接有输水管11，输水管11连接有灌溉干管6，灌溉干管6连接有多个地埋灌溉管4，间隔的地埋灌溉管4上设置有土壤湿度传感器5，输水管11上设置有感应阀门12和过滤装置14；太阳能光伏板8下部设置有带控制系统的底座7，带控制系统的底座7内设置有第一感应柱7.2、第二感应柱7.3、第三感应柱7.4、第四感应柱7.5、第五感应柱7.6和控制器7.1，第一感应柱7.2与土壤湿度传感器5连接，第二感应柱7.3与水泵10连接，第三感应柱7.4与过滤装置14连接，第四感应柱7.5与感应式水位计9连接，第五感应柱7.6与感应阀门12连接。

集流渠1与公路A的连接处设置有缓坡C，缓坡C的坡度为2%~5%。集流渠1底部在集水池2的两侧分别对称设置有朝向集水池2的坡度，坡度为5%~10%。集水池2为混凝土结构，采用混凝土整体浇筑而成。储水箱3内设置有滤网，滤网设置在进水管13的出水口位置。地埋灌溉管4为半透膜微润管，半透膜微润管的埋深为距地面40厘米~50厘米。过滤装置14为可将灌溉用水过滤为120~200目的设备。输水管11向灌溉方向倾斜设置，倾斜角为8°~10°。

实施例：

利用本实用新型对公路A两侧的农田B进行地下灌溉，首先沿公路A 进行集流渠1和集水池2的施工。为提高集雨效率，把原公路路肩土基排水沟整平夯实作为集流渠1，再从公路沥青边缘开始铺机红砖，红砖外表面抹成一定坡面作为缓坡C，即集流渠1与公路A的连接处设置有缓坡C，缓坡C的坡度为2%，集流渠1底部在集水池2的两侧分别对称设置有朝向集水池2的坡度，坡度为8%。集流渠1在其中部位置靠近农田B的方向设置有集水池2，集水池2内设置有水泵10，水泵10通过进水管13连接有储水箱3，储水箱3内设置有感应式水位计9，储水箱3的下部连接有输水管11，输水管11连接有灌溉干管6，灌溉干管6连接有多个地埋灌溉管4，间隔的地埋灌溉管4上设置有土壤湿度传感器5，输水管11上设置有感应阀门12和过滤装置14。

雨水通过集流渠1进入到集水池2中，集水池2内的雨水可通过水泵10将雨水抽入到储水箱3中，当雨水抽入到储水箱3中，先经过储水箱3中的过滤网进行过滤，可将水泵10抽取雨水中的较大杂质进行滤除，储水箱3下部呈倾斜状安装有一根输水管11，输水管11连接有灌溉干管6，灌溉干管6上连接有多个地埋灌溉管4，其中地埋灌溉管4在地表下40~50厘米埋深处，地表灌溉管4上间隔设置有土壤湿度传感器5，土壤湿度传感器5可直接埋入土壤中使用，土壤湿度传感器5可以时时获得土壤容积含水量值；当土壤处于较干燥状态时，其土壤容积含水量值低于控制系统所设定参数范围的最低值，此时，土壤湿度传感器5将信号传给第一感应柱7.2，第一感应柱7.2将信号传给控制器7.1，控制器通过控制第五感应柱7.6，第五感应柱7.6控制感应阀门12打开，使得灌溉水从储水箱3中流出，从而进行有效灌溉；当土壤处于较湿润状态时，其土壤容积含水量值高于控制系统所设定参数范围的最高值，此时，土壤湿度传感器5将信号传给第一感应柱7.2，第一感应柱7.2将信号传给控制器7.1，控制器7.1通过控制第五感应柱7.6，第五感应柱7.6控制感应阀门12关闭，灌溉水无法从储水箱中流出，从而中止灌溉；储水箱3中设置有感应式水位计9，当储水箱3中的水位低于感应式水位计所控制的最低水位时，感应式水位计9将信号传输给第四感应柱7.5，第四感应柱7.5将信号传给控制器7.1，控制器7.1通过第二感应柱7.3控制水泵10进行抽水，当储水箱3中的水位高于感应式水位计9的最高水位时，感应式水位计9将信号传输给第四感应柱7.5，第四感应柱7.5将信号传给控制器7.1，控制器7.1通过第二感应柱7.3控制水泵10停止抽水；当感应阀门12开启时，控制器7.1可以控制第三感应柱7.4实现过滤装置14的开启，当感应阀门12关闭时，控制器7.1可以控制第三感应柱7.4实现过滤装置14的关闭。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其进行限制，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的技术人员对前述实施例所记载的技术方案进行修改，包括对本实用新型的部分或全部技术特征进行等同替换，其相应技术方案的本质并不脱离本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，包括沿公路（A）边缘设置的集流渠（1）、农田（B）内设置的储水箱（3）和太阳能光伏板（8），其特征在于：集流渠（1）在其中部位置靠近农田（B）的方向设置有集水池（2），集水池（2）内设置有水泵（10），水泵（10）通过进水管（13）连接有储水箱（3），储水箱（3）内设置有感应式水位计（9），储水箱（3）的下部连接有输水管（11），输水管（11）连接有灌溉干管（6），灌溉干管（6）连接有多个地埋灌溉管（4），间隔的地埋灌溉管（4）上设置有土壤湿度传感器（5），输水管（11）上设置有感应阀门（12）和过滤装置（14）；太阳能光伏板（8）下部设置有带控制系统的底座（7），带控制系统的底座（7）内设置有第一感应柱（7.2）、第二感应柱（7.3）、第三感应柱（7.4）、第四感应柱（7.5）、第五感应柱（7.6）和控制器（7.1），第一感应柱（7.2）与土壤湿度传感器（5）连接，第二感应柱（7.3）与水泵（10）连接，第三感应柱（7.4）与过滤装置（14）连接，第四感应柱（7.5）与感应式水位计（9）连接，第五感应柱（7.6）与感应阀门（12）连接。

2.根据权利要求1所述的一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，其特征在于：集流渠（1）与公路（A）的连接处设置有缓坡（C），缓坡（C）的坡度为2%~5%。

3.根据权利要求1所述的一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，其特征在于：集流渠（1）底部在集水池（2）的两侧分别对称设置有朝向集水池（2）的坡度，坡度为5%~10%。

4.根据权利要求1或3所述的一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，其特征在于：集水池（2）为混凝土结构，并采用混凝土整体浇筑而成。

5.根据权利要求1所述的一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，其特征在于：储水箱（3）内设置有滤网，滤网设置在进水管（13）的出水口位置。

6.根据权利要求1所述的一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，其特征在于：地埋灌溉管（4）为半透膜微润管，半透膜微润管的埋深为距地面40厘米~50厘米。

7.根据权利要求1所述的一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，其特征在于：过滤装置（14）为可将灌溉用水过滤为120~200目的设备。

8.根据权利要求1所述的一种利用公路集流渠的太阳能光伏节水灌溉系统，其特征在于：输水管（11）向灌溉方向倾斜设置，倾斜角为8°~10°。