專利名稱：基于滲透材料的微流量灌溉方法
技術領域：
本發明涉及一種灌溉方法，尤其涉及一種基于滲透材料的微流量灌溉方法。
背景技術：
傳統的灌溉技術主要有漫灌、澆灌、噴灌、滴灌、微灌、滲灌等灌溉技術 和基于土壤吸力、土壤變化、生物形態等特征的自動控制技術合成為自動灌溉方 法，主要問題在于這些方法在灌溉植被的同時，在土壤表面形成了水表面或者高 飽和度的土層，在自然條件下，水表面和土壤水分蒸發量較大，浪費了大量的水 資源。采用漫灌、澆灌、噴灌、滴灌等技術都會導致水分下滲，浪費了一部分水 資源；另外的基于土壤吸力、植被形態、生長狀況的自動控制技術成本較高，且 節水效果不佳。傳統的灌溉技術一旦出現損壞，需要人工修復。在我國水資源利 用緊張、大部分地區缺水的背景下，需要成本低廉、節水效果好、技術簡單、可 以大規模利用的自動控制灌溉方法。
綜上所述，傳統灌溉技術有以下缺點
1、 傳統的灌溉方法在灌溉植被的同時，在土壤表面形成了水表面或者高飽 和度的土層，在自然條件下，水表面和高飽和土壤水分蒸發量較大，浪費了大量 的水資源。
2、 傳統灌溉方法容易多灌溉，造成多余水分下滲進入植被影響范圍以外， 植被無法利用，浪費水資源。
3、 漫灌、噴灌、滴灌、滲灌等工藝無法根據植被的生長狀況控制灌溉水量， 還需要人為的干預或者控制系統實現灌溉操作。
如何節約水資源、提高灌溉的效率？如何根據植被需求解決灌溉問題？廉價 可大規模利用的技術是節水灌溉技術需要解決的重要問題。

發明內容
本發明的目的就在于克服現有技術存在的上述缺點和不足，創新現有技術， 擴大使用范圍，而提供一種基于滲透材料的微流量灌溉方法。該方法是一種簡單、 有效的節水灌溉方法，而且是一種能在常規灌溉方法的基礎上完成的方法，成本 低廉，有利于提高水資源利用效率，有利于提供更適宜植被生長的環境。
本發明的目的是這樣實現的
灌溉方法己經成為一種廣泛使用的植被培植和綠化的方法；各種灌溉方法已 被廣泛應用于市政、園林、林業、農業等灌溉領域。目前，噴灌、滴灌、滲灌等 技術的快速發展，為新灌溉方法的提出奠定了基礎。
本發明包括下列步驟
① 采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網，灌溉管網的終端通過閥門 (30)與水源(40)連通，如圖l所示；
② 根據灌溉區域的降雨量八土壤的蒸發量&植被的蒸發量《，計算需要
灌溉的輸水量2 =五+ ^-尸；
③ 人工控制閥門(30)，根據計算結果進行灌溉。
所述的步驟②，具體地說
根據灌溉區域的降雨量、土壤的蒸發量、植被的蒸發量，由式l、 2計算需
要灌溉的輸水量是<formula>formula see original document page 4</formula>
^~灌溉區域的單位面積需要的平均輸水量或灌溉強度；
f一單位面積上植物生長期間土壤的最大蒸發量；
《一單位面積上植物生長期間植被的最大蒸發量；
/L灌溉區域單位面積的平均降雨量； 灌溉管網輸水量計算方法
2 =《 (2) a—灌溉管路的單位長度t時間內的輸水量； t計算灌溉面積范圍內管路的長度。
③根據式3計算的流量確定管內壓力和灌溉時間；
e -CA" (3)
ft—灌溉管路的t時間內的輸水量。
A—滲透材料的滲透系數；可有孔隙直徑計算得到或試驗直接測得(單位 m/s);
A—管單位長度的中徑面積；(單位m2)
凡一管內的孔隙水壓力(單位m，壓力水頭單位)； 幾t一管外的孔隙水壓力(單位m，壓力水頭單位)； f灌溉管路厚度(單位m);
t一管路輸水時間；時間可以為間段性質的， 一般設定為連續灌溉。
本發明的工作原理
在土壤(10)中埋入由管路(20)組成的灌溉管網，管內和管外存在壓力差 時，管路(20)的水分就會按照一定的比例流入灌溉區域。本發明主要針對植物 生長期間土壤水分不平衡的問題，用管路(20)補充水量不平衡的部分，實現植 被生長的水量平衡，提供適合植被生長的環境。通過控制管路(20)內的壓力和 灌溉時間可實現水流量的控制。當管路(20)內水壓力較大時，水流量輸送情況 如圖3所示，當管路(20)內水壓力較小時，水流量輸送情況如圖4所示。該方 法滿足植物干旱氣候和植被需水量大的條件下的灌溉，保持土壤水分在植被適合 的范圍內。
本發明主要利用多孔介質材料的滲透性原理，利用管路(20)內、外的壓力 差別，即管外土壤(10)中的壓力主要取決于管路(20)與土壤(10)的材料性 質。例如親水且接觸良好時，孔壓為負值；管路(20)與土壤(10)接觸不緊 密處，孔壓為0。
本發明具有下列優點和積極效果
①本發明結構簡單，只需要采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網即
可，不需要安裝額外的滴灌裝置或滲灌裝置；尤其采用成品管路(20)直接設計， 使成本控制容易，可形成低廉的灌溉系統；
② 灌溉管網埋在地表以下，降低了土壤表面的水分蒸發和下滲無效灌溉損 失，節約了灌溉用水；
③ 灌溉均勻，即灌溉區域的灌溉效果比較均衡；
④ 使用灌溉時間和灌溉水壓力雙重控制灌溉量，控制土壤的含水率在適合植 被生長的范圍，實施起來方法靈活、簡單。
本發明適用于農業、園林、林業等涉及水量自動控制的灌溉領域。


圖1是本發明的灌溉管網示意圖； 圖2是管路(20)的結構圖3是管路(20)內水壓力較大時水分輸送情況示意圖4是管路(20)內水壓力較小時水分輸送情況示意圖5是管路(20)內水分供給量隨水壓力變化曲線圖。
其中
IO — 土壤
20_管路， 一種多孔滲透材料管路；
21— 骨架，由透水或半透水管材構成；
22— 外管，是一種多孔滲透材料外管；
23— 透水空間； 30_閥門；
40—水源。
X—管內壓力； Y—水分供給流量； F—變化曲線。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明
1、關于管路(20)
1)管路(20)的結構
如圖2，管路(20)的結構是其橫截面，從內向外，依次為透水空間(23)、
骨架(21)和外管(22);
所述的骨架(21)由透水或半透水管材構成； 所述的外管(22)是一種多孔滲透材料外管。 2)多孔滲透材料
多孔滲透材料可選用粘土、 土工布、棉麻、細砂、水泥砂漿、陶瓷(如瓦 管、粘土磚等)、多孔橡膠、玻璃細顆粒等單獨形成外管(22)或按照一定的比
例形成外管(22)。主要的幾種利用方式如下
*粘土材料，比例10% 99%, 土顆粒平均粒徑為1 u 1000um， 土顆粒通 過土工布或其他棉麻布包裹或粘結劑粘結形成厚度0. 05cm 10cm的土顆粒管。 * 土工布、棉麻織物、碳纖維、玻璃纖維等加筋材料的重量百分比為1%
40%。
*粘結劑的重量百分比為0.01% 10%;其滲透系數控制在10—3cm/s 10_9cm/s，又以10—4cm/s l(Tcm/s為最佳范圍。
*粘土燒制管，例如陶瓷管、粘土磚管(制作工藝同瓦管一致，不同在于 控制孔隙平均直徑)，控制管孔隙平均直徑為lu 1000um范圍，管壁厚度為 lram 100腿范圍；保持一定的透水性，滲透性在10—3cm/s 10—^m/s之間。
*水泥管，原料為水泥和粉細砂，控制水管管壁的孔隙平均直徑為lu 1000 um范圍，管壁厚度為0.05cm 10cm范圍，控制水管的滲透性在10—3cm/s 10—9cm/s之間?？商砑永w維類材料增加管外壁的韌性。
*采用棉麻紡織形成致密管，能夠保持較大的透水性水管。
*多孔橡膠，控制多孔橡膠的滲透性在10"cm/s 10—9cm/s，橡膠管壁厚度 為0. 05cm 10cm范圍。
以上材料的幾種或全部按比例配合，可形成堅韌且帶一定柔度的多孔管路 (20)，滲透系數控制在10—3cm/s l(Tcm/s之間即可。
管路(20)的連接方式可以參考現有的管路連接方法，如膠帶密封，橡膠連 接，膠合，熱合等工藝。
2、關于步驟①
灌溉管網的布設方式可以多種多樣，例如圖l給出了一種管路布置情況；對 于微流量灌溉，管路直徑要求不高， 一般大于lcm即可以；對于主輸水管道，需
要采用管路設計手冊進行設計，滿足灌溉流量情況下的水頭損失不要太大(控制 水頭損失在O. 1 5m水頭范圍內)。管的埋深一般要求在lcm 300cm深度范圍內，
根據植被根部深度確定管網的埋深，例如草本要求管路的深度較淺，而樹木要 求的深度較大。
3、 關于步驟②
灌溉區域內的降雨量、蒸發量可以査閱當地氣候資料，植被蒸發量根據植被 生長過程的需水量變化情況，設計管路時，取最大的蒸發量進行設計，多余的水 分會蒸發掉。
管路設計中，管壁材料的滲透系數由廠家提供或由試驗確定， 一旦管路確定 后，管內壓力與時間凡、t就確定為定值了，尸和t的選擇隨當地實際情況確定。 一般通過控制管內壓力實現灌溉，時間確定為全程灌溉，管內壓力與輸水量的關
系如圖5所示。
遇到特殊天氣，例如干旱，則需要增加水源壓力或灌溉時間，若為雨季，則 降低水源壓力和灌溉時間就可以控制整個灌溉系統了。
4、 關于步驟③
通過閥門(30)接入水源(40)，其中閥門(30)可為減壓閥門或增壓閥門 等壓力調節閥門，調節灌溉管內的水壓力，通過控制壓力實現全程灌溉；或采用 普通閥門通過調整開關時間實現灌溉系統的正常運行。
權利要求
1、一種基于滲透材料的微流量灌溉方法，其特征在于包括下列步驟①采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網，灌溉管網的終端通過閥門(30)與水源(40)連通；②根據灌溉區域的降雨量P、土壤的蒸發量E、植被的蒸發量Ev，計算需要灌溉的輸水量Q＝E+Ev-P；③人工控制閥門(30)，根據計算結果進行灌溉。
2、 按權利要求1所述的基于滲透材料的微流量灌溉方法，其特征在于管路(20)的結構是其橫截面，從內向外，依次為透水空間(23)、骨架 (21)和外管(22);所述的骨架(21)由透水或半透水管材構成； 所述的外管(22)是一種多孔滲透材料外管。
全文摘要
本發明公開了一種基于滲透材料的微流量灌溉方法，涉及一種灌溉方法。本發明包括下列步驟①采用管路(20)在土壤(10)中布設灌溉管網，灌溉管網的終端通過閥門(30)與水源(40)連通；②根據灌溉區域的降雨量P、土壤的蒸發量E、植被的蒸發量E_v，計算需要灌溉的輸水量Q＝E+E_v-P；③人工控制閥門(30)，根據計算結果進行灌溉。本發明結構簡單；降低了土壤表面的水分蒸發和下滲無效灌溉損失，節約了灌溉用水；灌溉均勻；實施起來方法靈活、簡單。適用于農業、園林、林業等涉及水量自動控制的灌溉領域。
文檔編號A01G25/16GK101103694SQ200710052980
公開日2008年1月16日 申請日期2007年8月17日 優先權日2007年8月17日
發明者李小春, 寧 魏 申請人:中國科學院武漢巖土力學研究所