刘倩　杨兰　蔡松　余静　金涛

摘  要：本研究是一種通过收集雨水或抽水泵补水，均匀滴漏至树木全周的土壤中，达到给树木补水灌溉、输营养液和农药兼具绿化环保主题的树木集储灌溉装置。该滴灌装置结构设计简单合理，拆装方便，适用于不规则地形滴灌需要。研究表明，该装置灌水均匀、能量消耗低，有利于提高灌溉效率，降低灌溉系统工作压力及造价，减少灌溉系统能量消耗和工程投入，安全稳定，应用前景广阔。

关键词：集水灌溉;树木;滴管;环保

中图分类号：TV213.4       文献标志码：A 文章编号：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

滴灌技术是目前最先进的灌溉技术之一。自1975年以来，我国滴灌技术经历了尝试、引进与研究、国产化与示范、规模化发展四个阶段，在滴灌产品开发、系统配置、相关综合配套技术等方面取得了较大的发展，但是我国滴灌技术仍存在工程规划与设计欠规范、水肥一体化不到位、滴灌设备及产品不配套且成本高、技术和基础储备不足等问题[1]。

2 集水灌溉概况

随着科学技术的进步，水资源的合理利用越来越受到人们的关注，水的问题关系到人类的可持续生存[2]。20世纪50年代农业用水量占到总用水量的九成左右，高效利用水资源使得农业用水总量现已下降到70%[3]。因此，我国必须要节约农业灌溉用水去缓解水资源紧缺问题[4]。日雨两用树木雨水集储装置实现集水滴灌正符合我国“精确灌溉”和“节能高效”的要求，目前树木雨水集储灌溉装置在运行时避免了能源浪费等问题，因此研制节能型滴灌装置并对其节能供水进行研究有很重要的意义。

3 集水灌溉装置技术分析

3.1 装置技术路线

本该装置的组合部件及其作用，以及研究思路和步骤如图1所示。

3.2 结构设计

装置俯视图及剖视图如图2和图3所示。图中：1.壳体、2.安装板、3.紧固螺栓、4.挡板、5.减震弹簧、6.夹板、7.滴灌孔、8.滤板、9.连通软管、10.水泵、11.顶板。

本集水灌溉装置，包括壳体，且壳体为聚乙烯制成的带有开口的圆环型桶体，且圆环型桶体的开口处一体式连接有安装紧固螺栓的安装板，壳体的内部一体式穿插连接有挡板，挡板的内表面固定安装有减震弹簧，且减震弹簧的端部固定连接有夹板，壳体的内部位于挡板的表面套接安装有滤板，且壳体的两侧均穿插有连通软管9，连通软管的一端固定连接有水泵，壳体的顶部位于挡板的表面活动卡接有顶板，且壳体的底部设有滴灌孔。

3.3 实施方式

壳体包括圆柱型的底壳和位于底壳顶部漏斗状的顶壳，且滤板活动放置在底壳和顶壳的连接处，保证了集水过程中不会有落叶等杂质干扰水的流出。挡板的形状为带有开口的筒状管体，且筒状管体的开口处两端分别与两组安装板固定连接，已达到将装置安装于树干的目的。夹板的形状为圆弧型，且夹板的表面粘贴有带防滑凸起的橡胶垫片。减震弹簧从上到下至少设有两组，且每组减震弹簧沿挡板圆周等角度布置至少三个。顶板的表面密布有通孔，顶板的顶部铺设有用于防泥土砂石的滤布，且滤布的顶部设有用于栽种绿植的泥土层，既达到了防蒸发的目的，又可以使装置环保而美观。

4 实验结果分析

4.1 装置出水流量与孔径关系

滴灌系統中，壳体底部的滴灌孔有水可滴，实现任意时间定量滴灌。根据滴管系统流量关系公式1，绘制流量与孔径关系曲线图，如图4所示。

式中：C-放水系数，是从滴灌孔7的面积与其理想流速中计算而得的放水量和实际放水量之比值;A-滴灌孔面积;D-滴灌孔外直径;h-储水盒内水面高度。

4.2 供水时间关系

由于水泵在电压不变的情况下，供水效率不变，供水速率相对稳定。根据连续性方程2，得到绘制供水时间曲线图，如图5所示。

式中：v-供水速率;A-水泵出口面积;D-水泵出口直径。

4.3 装置直径与滴灌面积关系

根据滴管面积和装置内外径之差的关系如公式3所示，绘制滴灌面积与集水装置内外直径之差关系曲线。

公式中：D-集水装置外直径;d-集水装置内直径;L-外直径与内直径的差值。

使用时，把壳体夹套在树木根茎表面，然后利用紧固螺栓把壳体开口端部的安装板连接固定，此时挡板内侧由减震弹簧连接的夹板在减震弹簧的作用下夹住树木的根茎，实现该装置的安装固定，然后把滤板放置在壳体内部，再把栽种绿植的顶板卡在壳体顶部，最后在把连通软管的一端与另一组该装置上的连通软管连接，且水泵的输入端连接水源，当雨天的时候，雨水透过顶板落到壳体内，滤板对雨水进行过滤后落到壳体底部，再从滴灌孔滴灌到树木周围的土地上，日天的时候，水泵把水源抽入壳体内，水源再从滴灌孔滴灌到树木周围的土地上，由滴灌流量曲线与水泵供水曲线，集水装置直径与滴灌面积关系曲线，可以分析得出滴灌一定水量所需时间。

与现有技术相比，本设计通过收集的雨水或抽水泵补充的供水均匀滴漏至树木全周的土壤中，达到给树木补水灌溉的作用，也可起到给树木灌输营养液和农药的作用，在装置顶部种植小草，再一次隔绝内部水体与外部空气和阳光，防止了水分因蒸发气化而流失，更是大大减弱了因阳光照晒作用所造成的对材料性能破坏，与此同时，也体现了此装置的绿化环保美观主题。

5 结束语

综上所述，该集水灌溉装置结构设计简单合理，拆装方便，适用于不规则地形滴灌需要并且灌水均匀、能量消耗低，有利于提高灌溉效率，降低灌溉系统工作压力及造价，减少灌溉系统能量消耗和工程投入，安全稳定，适用范围广。设计可用于农业、林业水肥一体化高效灌溉，由于产品采用节能供水策略，将实现定量滴灌同时节约水资源提高灌溉效率且避免了灌溉时水流冲击力过大造成的水土流失，同时达到经济性节水效果，这对国家的平衡发展以及经济发展是一个巨大的贡献，有可观的应用前景。

参考文献：

[1]葛具庆.岳普湖县棉花膜下滴管技术[J].安徽农学通报，2019，25（12）：48-49.

[2]赵艳茹，高殿华.合理利用水资源推进水生态治理与保护[J].中国资源综合利用，2019，37（09）：61-63.

[3]袁野.滴灌：农业水资源的出路[J].农经，2010（01）：37-38.

[4]财经新闻：中行甘肃省分行授信支持酒泉节水灌溉项目[N].甘肃日报，2015-10-13.