CN101790304A - 包括滴灌器的水灌溉系统 - Google Patents

Abstract

水灌溉系统包括：水供应管，其用于通过其内部传导水且形成有沿着其长度隔开的多个出口开口用于向在沿着水供应管长度的土壤中生长的植物分配水；沿着水供应管的长度固定于水供应管内的多个滴灌器，滴灌器中的每一个包括入口和出口，入口与水供应管的内部相连通以从那里接收水，出口与水供应管的出口开口之一相连通以沿着水供应管的隔开的位置以减小的压力从那里排出水；以及，吸水材料主体，其用于接触水供应管和其出口开口以用于向土壤分配水来沿着连续条带润湿土壤。

Description

包括滴灌器的水灌溉系统

技术领域

本发明涉及水灌溉系统，且特别地涉及下面这种类型的水灌溉系统：其包括滴灌器用于以最小和/或最佳的水消耗来灌溉植物。

背景技术

目前用于经济且有效地进行灌溉的最流行方法之一是滴灌，其中水通过加压水供应管来向灌溉区域进行供应、且经由滴灌器从加压管滴落到土壤，滴灌器沿着管在内部、或在顶部上间隔开。如果滴灌器并非压力补偿型，那么来自滴灌器的流率由水压确定，或者如果滴灌器为压力补偿型，那么来自滴灌器的流率由滴灌器内的流率调节整体机构以及由滴灌器的其它性质来决定。每个滴灌器的流率通常在每小时1至8升之间变化。

滴灌用于地表面上(表面上)以及地表面下方(表面下)。当放置于表面下(SDI)时，其通常放置于10至40cm的深度处。

表面上滴灌系统具有若干缺点。一个缺点是由于源自表面蒸发所造成的水损失。水在表面上的滴落也形成泥浆，泥浆限制了机械到灌溉区域的接近且促进杂草生长或者在收获时间段造成技术上的限制。这些限制由SDI克服。

表面上和表面下滴灌这二者的另一限制在于灌溉的均匀性；滴灌器间隔开且因此呈斑点状或球形地进行灌溉。为了确保所有的植物都得以被灌溉，对土壤进行灌溉直到斑点会合且表面的重要部分不必要地变得湿润。这导致效率相对低下的灌溉，这是由于水通过蒸发而造成的损失、由于重力迁移到根系达不到的深度而造成的损失，和导致缺氧、对根的损害、以及源于包括在灌溉水中的肥料而造成的过度肥化这些结果的对土壤所进行的过度湿润。或者，滴灌器可以按较小间隔隔开，能缩短灌溉点从而改进灌溉效率。但是，由于每米较大数目的滴灌器，这将会导致较为昂贵的系统。

理想地，“湿斑点”应为与水供应管平行的相对均匀的狭窄湿润条带。曾试图研发一种均匀地传送水的商业“渗出(sweating)”管，但迄今尚未成功。

要湿润大部分栽培区域的需要造成了许多副作用，诸如到地面的通风不足，这可能会损坏植物并促进细菌生长、缺氧，为土壤疾病形成良好条件等。

灌溉之间的间隔可在灌溉之间造成植物缺水；在热的时候，这将会给植物造成压力并减缓它们的成长。

滴灌的另一限制是由植物根和由污垢造成的滴灌器的堵塞(阻塞)。堵塞是由于污垢吸入到滴灌器内造成，当关闭水供应时造成这种情况，于是管内的压力可降到负值。因此，需要防止滴灌器开口被污垢或根侵入。

滴灌的另一限制特别地存在于沙土中，在沙土中，水由于重力和沙土的化学性质(缺少粘土、淤泥或有机物质)而较为快速地流到土壤深度内。在这些情况下，存在显著更少的水平流动。这使得湿斑点会合困难。随着对栽培用地不断增加的需要，希望提供一种灌溉系统，其将能够对沙土或其他方面不适合的贫瘠土壤(marginal soil)进行栽培。

发明内容

本发明的目的在于提供一种表面上或表面下灌溉系统，其具有上述方面的一或多个方面的优点。

根据本发明的一广泛方面，提供一种水灌溉系统，其包括：水供应管，其用于通过其内部传导水且形成有沿着其长度隔开的多个出口开口用于向在沿着水供应管长度的土壤中生长的植物分配水；沿着水供应管长度固定于水供应管内的多个滴灌器，滴灌器中的每一个包括入口和出口，入口与水供应管的内部相连通以从那里接收水，出口与水供应管的出口开口之一相连通用于沿着水供应管的间隔开的位置以有所减小的压力从那里排出水；以及，吸水材料主体，其与水供应管和其出口开口相接触用于向土壤分配水以沿着连续条带湿润土壤。

在一个描述的优选实施例中，出口开口沿着水供应管形成，且吸水材料主体在那里围封着水出口开口。这种构造特别适用于地下水灌溉系统。

描述了另一实施例，其中吸水材料主体围封着水供应管的完整外表面。这种构造可用于地面上和地面下水灌溉系统。

根据在另一描述优选实施例中的另一特点，吸水材料主体的外表面由透水外保护层所围封，所述透水外保护层诸如穿孔塑料层、或者纺织纤维层。

根据包括于所描述的优选实施例中的另一特点，吸水材料主体足够致密以基本上防止水供应管中的出口开口堵塞。

吸水材料可包括纺织纤维主体，诸如棉花或聚酯树脂或者其它吸收性材料(诸如形成有开孔的多孔材料)。在一个所描述的实施例中，吸水材料仅为亲水性材料的纺织纤维，或还具有疏水性材料的外层。

根据本发明的另一方面，提供一种水灌溉系统，包括：水供应管，其用于通过其内部传导水且形成有沿着其长度隔开的多个出口开口用于向在沿着水供应管长度的土壤中生长的植物分配水；沿着水供应管长度固定于水供应管内的多个滴灌器，滴灌器中的每一个包括入口和出口，入口与水供应管的内部相连通用于从那里接收水，出口与水供应管的出口开口之一相连通用于沿着水供应管的隔开的位置以有所减小的压力从那里排出水；滴灌器中的每一个结合到水供应管的内表面且延伸小于其内圆周的一半；以及，吸水材料主体，其围封于至少水供应管的下部外表面处和那里的出口开口以用于向土壤分配水来沿着连续条带对土壤进行润湿。

根据本发明的另一方面，吸水材料主体可用作肥料、防生长化学品、杀虫剂、杀菌剂或其它添加剂的载体。这些添加剂要么组合为用于形成吸水材料主体的材料中的组分，或者在吸水材料主体形成后、或在吸水材料主体组装到水供应管上之后向它进行添加。

通过下文的描述，本发明的另外的特点和优点将会显而易见。

附图说明

将在本文中参看附图仅作为举例来描述本发明，在附图中：

图1a和图1b分别以平面和侧视立面图示意性地示出现有技术灌溉系统；

图2a和图2b分别示意性地示出了根据本发明构造的地下和地上滴灌系统；

图3a示出根据本发明构造的水供应管的一种形式；

图3b是图3a的截面图；

且图3c示出图3b的变型；

图4a和图4b分别为示出根据本发明构造的地下灌溉系统的示意立面和端视图；

图4c和图4d是图4a和图4b所示的系统的部段的放大截面图；

图5a是示出根据本发明构造的另一灌溉系统的示意图；以及

图5b是图5a的系统的放大片段图。

应了解提供前面的附图和下文的描述主要是为了便于理解本发明的构思方面和其可能的实施例，包括被目前被认为是优选实施例的实施例。为了清楚和简要起见，不试图提供使本领域技术人员使用常规技术和设计能理解和实践所描述的本发明所必需的细节之外的更多细节。还应了解所描述的实施例只是出于举例说明的目的，且本发明能够以不同于本文所述的形式和应用的其它形式和应用来实施。

具体实施方式

现有技术

本发明可利用已知滴灌器构造中的在水灌溉中常用的任何构造来将水直接馈送到植物的根。这些滴灌器沿着管的长度在隔开的位置处结合到水供应管的内表面。每个滴灌器包括入口、迷宫或其它降压构造以及出口，入口与管内部的加压水相连通，迷宫或其它降压构造用于降低水的压力，出口与水供应管的出口开口相连通用于以有所减小的压力和因此以缓慢的流率来排放水。优选地，在根据本发明构造的系统中使用的滴灌器为压力补偿型，其在每个灌水器的出口端处产生大体上恒定的输出压力，与入口压力无关。

由于这种滴灌器是熟知的且目前广泛使用，本文中将不陈述这种灌水器的构造或操作的另外的细节。

图1a示意性地示出现有技术水滴灌溉系统的顶视图，其大体上标注为10，放置于地表面上，包括水供应管线11，水供应管线11具有间隔开的滴灌器12，每个滴灌器12产生代表着灌溉区域的“湿斑点”13。由于滴灌器是间隔开的，湿斑点是绕滴灌器的圆形斑点。植物沿着滴灌管线(drip line)与滴灌器的确切位置无关地种植。为了确保灌溉所有植物，必需灌溉直到湿斑点基本上会合。因此湿斑点的半径应大于两个相邻滴灌器之间距离的一半。如果滴灌器彼此相对较远地间隔开，那么湿斑点半径相应地较大，且湿区域将比所需更宽。或者，如果滴灌器彼此相对靠近，那么湿斑点的半径较小，但灌溉系统的成本较高，因为需要较大数目的滴灌器。

此外，滴灌器出口是暴露的且因此可由于污垢或根而堵塞。当滴灌器管线埋入于地下时这尤为重要，但当放置于地上时，也较为重要。

图1b以地的截面图示出相同系统。在图1a的描述中所示的相同原理也适用于此处；滴灌器之间的距离越大，湿斑点就越深。湿斑点的深度也取决于土壤性质。如果土壤具有高的水份保持能力，那么湿斑点的深度将会较小。如果土壤具有低的水份保持能力，那么斑点的深度将会较高。在如沙土的极端情况下，湿斑点将不能会合，除非滴灌器极其靠近彼此，这是因为渗漏或排水速率足够大以致减小了灌溉水的水平进展。

本发明的优选实施例

图2a和图2b分别是以截面图示出根据本发明构造的水灌溉系统的示意性顶视图和侧视图，而图3a至图3c是更特别地示出在接收滴灌器的水供应管的位置中的每个位置处的系统构造的视图。

因此，如图2a和图2b所示，大体上标注为20的水灌溉系统包括水供应管21，水供应管21用于穿过其内部而传导水、且形成有沿着其长度隔开的多个出口开口22用于向在沿着水供应管的长度的土壤中生长的植物(未图示)分配水。水灌溉系统20还包括多个滴灌器23，每个滴灌器23具有入口24、迷宫或其它限制器构造25、以及出口26，入口24向水供应管21内的水暴露，迷宫或其它限制器构造25用于降低通过滴灌器传导的水压力，出口26与水供应管的出口22相连通用于以有所减小的压力和以因此缓慢的流率来从滴灌器排出水。

这种水供应管的构造包括多个滴灌器，通常被称作滴灌器管，其是熟知的，但其使用具有上文简要讨论的缺点。

根据本发明，水供应系统还包括吸水材料主体，其大体上标注为27，用于接触水供应管21的至少部分和其出口开口22以向土壤分配水来以连续条带而非分立的圆形配置(如上文关于图1a和图1b所述)润湿土壤。

尽管吸水主体27可呈许多形式，图2a和图2b示出这个主体27围封着水供应管21的完整外表面。尽管这种构造也可用于地上，但其特别地适用于地下，因为吸水主体27沿着其完整的周向表面润湿土壤以产生沿着水供应管长度的湿润条带。

图3a和图3b示出根据本发明构造的另一水供应系统，此处大体上标注为30，还包括水供应管31以及结合到水供应管31的内表面上的水灌溉灌水器33，水供应管31沿着其长度形成有多个出口开口32。灌水器33可具有常规构造，其包括入口34，迷宫35以及出口36，入口34与水供应管31的内部相连通，迷宫35用于降低进入灌水器的水压力，出口36与水供应管31的出口32相连通来通过管出口开口32以缓慢的速率排出水，由于迷宫35，水在之前已经历压力降低。

在图3a和图3b示出的构造中还包括吸水材料主体用于沿着水供应管的长度以连续的经湿润条带的形式向土壤分配所排出的水。

在图3a和图3b所示的构造中，吸水材料主体37基本上为半圆形配置且仅围封着水供应管31的底表面、以及其出口开口32。这种构造特别适用于地下灌溉，这是因为土壤包围着灌溉系统且总是与半圆柱形配置的吸水主体37相接触。

在上文关于图2a、图2b和图3a、图3b所述的实施例中，吸水材料主体(27，37)可以是具有高度吸收性质的聚合物的、或是纺织纤维的，诸如棉花和/或聚酯树脂。其也可以是多孔材料的，诸如形成有开孔的海绵塑料主体，或者是能够吸收并保持从水供应管中的出口开口引出的水并沿着管长度分配水的任何其它构造。优选地，这个主体足够致密以基本上防止水供应管(例如，31)中的出口开口(例如，32)由于污垢或植物根而堵塞。

图3c示出一种经修改的构造，其中吸水主体(此处标注为37′)也为半圆柱形构造以仅覆盖水供应管31的下表面，但包括两层38和39。内层38可为具有亲水性质的层，诸如棉花纤维，且外层可为具有疏水性质的层，诸如聚酯树脂的长丝等。

图4a至图4d示出根据本发明构造的另一水供应系统。因此如从图4c和图4d可以看出，该系统包括水供应管41和滴灌器43，水供应管41沿着其长度形成有多个出口开口42，滴灌器43结合到水供应管的内面并沿着管在纵向位置处隔开。每个滴灌器43包括入口44、迷宫45或其它限制器、以及出口46，入口44与水供应管的内部相连通，迷宫或者其它限制器用于降低流经灌水器的水的压力，出口46与水供应管中的出口开口42相连通用于以缓慢的速率在管外部供应水。如上文关于图2a和图2b所述，水供应管41完全由吸水材料主体47围封，以使排出的水沿着水供应管的长度呈连续条带的形式来润湿土壤。

但与先前描述的实施例不同，图4a至图4d所示的水供应系统40还包括围封着吸水材料主体47的外部透水保护层48。在图4a至图4d所示的实例中，如图4c至图4d特别地示出，外部透水层48优选为塑料材料，诸如聚乙烯，其形成有多个穿孔49用于在吸水材料47与水供应管41所嵌入的土壤之间建立连通，如图4a和图4b所示。

特别地如图4d所示，滴灌器43为相对“平坦”类型，延伸小于水供应管的内表面的一半圆周以便提供较大区域供经加压的水流到水供应管内部。

虽然如图4c所示的外部透水保护层已经是穿孔塑料材料，但应了解其也可为纤维材料，诸如棉花或聚酯纤维，其提供孔隙用于将水从吸水主体47以经润湿的条带形式而提升到土壤。

图5a和图5b示出与图4a至图4d的水灌溉系统类似的水灌溉系统，例如，但其用于灌溉生长于盆中的植物，盆在本文中大体上标注为50。因此，图5a和图5b所示的水供应系统还包括在地上或地下延伸穿过盆50中每一个盆的水供应管51。水供应管51包括多个出口开口52，至少一个出口开口52位于每个盆50内，且还包括多个滴灌器53，至少一个滴灌器53定位成安置于每个盆50内。水灌溉灌水器53可为上述类型中的任何类型，包括入口54、迷宫55和与水供应管51中的出口开口52对准的出口开口56。

水供应管51还包括围封着水供应管51的吸水材料主体57。其还可包括外部保护层，外部保护层形成有与图4c、4d中的层48和开口49对应的多个出口开口，其中的至少某些位于相应盆50内以用于湿润相应盆内的土壤。

虽然已经关于若干优选实施例描述了本发明，但应了解陈述这些实施例只是为了举例说明的目的，且可做出许多变化。举例而言，吸水主体无需由水供应管携带，但可呈在水供应管下方延伸的连续网的形式。此外，可使用不同于上文为了举例而描述的那些材料的其它吸水材料。此外，用于灌溉目的的水可包括通常包括于灌溉水中的许多类型的添加剂。

本发明的许多其它变型，修改和应用将会显而易见。

Claims (21)

1.一种水灌溉系统，其包括：

水供应管，其用于通过其内部传导水且形成有沿着其长度隔开的多个出口开口用于向在沿着所述水供应管长度的土壤中生长的植物分配水；

沿着水供应管长度固定于所述水供应管内的多个滴灌器，所述滴灌器中的每一个包括入口和出口，所述入口与水供应管的内部相连通以从所述水供应管的所述内部接收水，所述出口与所述水供应管的所述出口开口中的一个出口开口相连通以沿着所述水供应管的隔开的位置从所述水供应管的所述出口开口中的所述一个出口开口以减小的压力排出水；以及，

吸水材料主体，其接触所述水供应管和其出口开口，用于向土壤分配水来沿着连续条带对所述土壤进行润湿。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸水材料主体围封着所述水供应管的外表面的至少部分以及在所述外表面的至少部分处的出口开口。

3.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸水材料主体完全围封着所述水供应管的外表面。

4.根据权利要求3所述的系统，其中所述吸水材料主体的外表面由透水保护层所围封着。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述透水保护层是穿孔塑料。

6.根据权利要求4所述的系统，其中所述透水保护层是纺织纤维。

7.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸水材料主体足够致密以基本上防止所述水供应管中的所述出口开口的堵塞。

8.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸水材料主体是吸水聚合物或包括吸水聚合物。

9.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸水材料主体是纺织纤维主体或包括纺织纤维主体。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述纺织纤维主体是棉花或聚酯树脂。

11.根据权利要求9所述的系统，其中所述纺织纤维具有亲水性质。

12.根据权利要求9所述的系统，其中所述纺织纤维包括具有亲水性质的内层和具有疏水性质的外层。

13.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸水材料主体是形成有开孔的多孔材料。

14.根据权利要求1所述的系统，其中所述滴灌器结合到所述水供应管的内表面且延伸小于其内圆周的一半。

15.根据权利要求1所述的系统，其中所述植物生长在嵌入于所述土壤里的盆内的土壤中，且所述水供应管延伸穿过所述盆。

16.根据权利要求1所述的系统，其中所述吸水材料主体用作肥料、防生长化学品、杀虫剂、杀菌剂或其它添加剂的载体。

17.一种水灌溉系统，其包括：

水供应管，其用于通过其内部传导水且形成有沿着其长度隔开的多个出口开口用于向在沿着所述水供应管长度的土壤中生长的植物分配水；

沿着水供应管长度固定于所述水供应管内的多个滴灌器，所述滴灌器中的每一个包括入口和出口，所述入口与所述水供应管的内部相连通以从所述水供应管的所述内部接收水，所述出口与所述水供应管的所述出口开口中的一个出口开口相连通用于沿着所述水供应管的间隔开的位置以减小的压力从所述水供应管的所述出口开口中的所述一个出口开口排出水；

所述滴灌器中的每一个结合到所述水供应管的内表面且延伸小于其内圆周的一半；以及，

吸水材料主体，其围封着所述水供应管的至少下部外表面和在该处的出口开口用于向土壤分配水以沿着连续条带而润湿所述土壤。

18.根据权利要求17所述的系统，其中所述吸水材料主体的外表面由透水保护层所围封着。

19.根据权利要求18所述的系统，其中所述透水保护层是穿孔塑料。

20.根据权利要求18所述的系统，其中所述吸水材料主体是纺织纤维主体或包括纺织纤维主体。

21.根据权利要求18所述的系统，其中所述吸水材料主体完全围封着所述水供应管的外表面。

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