园林环保型节水滴灌装置设计①

郭思远 钱可敦 徐芯蕾

（南京林业大学风景园林学院 江苏南京 210037）

采用设施园艺滴灌技术进行灌溉的过程中，可以改善传统大水漫灌不到位的情况，减少了灌溉用水的使用量，同时使得灌溉的到位性更加良好，提高农作物的品质，增加农作物的收益[1]。传统的沟畦灌水方式灌水量较大，使设施土壤受到较多的冲刷、压实与侵蚀，若不及时中耕松土，会导致严重板结，通气性下降，土壤结构遭到一定程度破坏。而滴灌属微量灌溉，水分缓慢均匀地渗入土壤，可以保持土壤结构，并形成适宜的土壤水、肥、热环境[2]。滴灌属全管道输水与局部微量灌溉，使水分地渗漏与损失降到最低限度。同时，又能做到适时供应作物根区所需水分，不存在外围水的损失问题，又使水的利用效率极大提高[3]。

1 滴灌技术

1.1 研究的迫切性

滴灌技术作为先进的精细浇灌技术，对设备有很高要求。虽然成套的滴灌设备在我国已经能独立生产，但部分关键部件的制造仍存在欠缺。如我国生产的滴头在抗堵塞、抗老化方面性能不稳定。而进口滴灌设备质量虽好，但成本过高，难以普及。

由于林木体积、生长习性不同，单位面积所需滴灌的水量具有一定的差异。但部分农民为图方便，采取粗放的统一浇灌方式，造成部分苗木灌水量过大、灌水时间过长，而部分苗木面临灌水量少、灌水时间短的问题。另外，现有园林滴灌装置中的滴灌口多为统一设计，均匀分布，无法一次性对不同体积的林木进行不同水量的滴灌作业，造成水源浪费。

滴灌系统工程通常为较小工程，由于基层水利部门科技人员数量缺乏且理论水平较低，在滴灌装置的设计、组装、使用中缺乏科学的理论指导与技术支撑。很多农业工人是临时组织起来进行滴灌装置的安装，对于部件的安装方式只能粗略模仿，加之部分滴灌装置的拆组安装过于复杂，很容易造成滴灌设备的使用出现问题，质量难以保证。

滴灌对水质要求较高，不但需要配备质量较好的过滤器，还要定期冲洗过滤网与滴灌带，若治理不到位，可能会造成滴灌带（管）的堵塞，导致出水量变小，灌水不均匀，甚至造成整个滴灌系统瘫痪[4]。目前市面上很多滴灌装置的过滤器不便拆卸进行清洗，而且筛网承担主要过滤功能，使用寿命不长，效果不佳。

很多地区的滴灌用水为自来水，但由于自来水中含有净化剂、消毒剂等化学物质，对植物的生长不利。收集雨水进行灌溉，既生态节能，又有利于植物生长，然而，部分地区虽然响应国家促生态的号召，但由于气候问题，收集的雨水不能满足农业灌溉用水，雨水滴灌难以实施。因此，农业节水滴灌装置急需进一步研究，以改善目前滴灌技术中存在的各项问题。

2 环保型节水滴灌装置设计方案

2.1 雨水收集箱

设计后的雨水收集箱见图1，上端活动安装盖体，盖体下端固定安装卡接体，卡接体呈圆环柱结构，雨水收集箱上端固定开设卡槽，卡接体与卡槽相适配。雨水收集箱右端固定安装第一出水管道与第二出水管道，第一出水管道右端螺纹连接第一阻水件，第二出水管道右端螺纹连接连接管，连接管右端螺纹连接抽水泵。雨水收集箱左端固定安装第一入水管道与第二入水管道。第一出水管道、第二出水管道、第一入水管道与第二入水管道皆为同种结构。2个出水管道与入水管道的设置，提高了入水与出水速率，同时避免了单个管道堵塞或损坏造成无法进行滴灌作业的现象。第一入水管道左端螺纹连接第三阻水件，第三阻水件与第一阻水件同种结构，第二入水管道左端螺纹连接入水管体，阻水件的螺纹连接设置，易于安装与拆卸，取用方便。雨水收集箱内部固定安装支撑块，支撑块的设置利于滤网的安装与清洁，而滤网的设置，对水管接入自来水或收集雨水有过滤净化的作用，避免了后期滴灌针头的堵塞。

2.2 活动水管与外接水管

活动水管与外接水管见图2，抽水泵右端螺纹连接活动水管，活动水管前端螺纹连接第二阻水件与外接水管，外接水管前端螺纹连接滴灌针头。活动水管左端边侧固定设置第一外螺纹，活动水管左端固定安装螺纹体，活动水管前端均匀开设螺纹槽，螺纹体呈中空结构，与螺纹槽相适配。螺纹体的设置，可使多个活动水管相互连接使用，利于对不同面积的园林进行滴灌作业。外接水管上端边侧固定设置第二外螺纹，第二外螺纹与螺纹槽相适配，外接水管下端内壁固定设置第一内螺纹，第一内螺纹与滴灌针头上端边侧相适配，通过滴灌针头可拆卸设置，利于更换不同孔径的滴灌针头，针对不同粗细的林木浇灌。

图2 活动水管与外接水管拆分结构示意图

2.3 第二内螺纹结构

抽水泵右端固定开设第二内螺纹，第二内螺纹与第一外螺纹相适配，见图3。

图3 第二内螺纹结构示意图

3 环保型节水滴灌装置工作原理及性能分析

使用雨水收集箱收集雨水，或使用自来水管连接水管体，注满雨水收集箱，根据园林待滴灌林木的占地面积、生长习性，选择使用多个活动水管，将活动水管左端固定安装的螺纹体连接至活动水管前端固定开设的螺纹槽中，即可实现2个活动水管的相互连接，根据园林林木的粗细程度，将第二阻水件转动取出，将多个外接水管与螺纹槽进行螺纹连接固定，通过多个外接水管将多个滴灌针头插入林木附近的土地中，即可实现较粗林木的多滴灌溉，或选用不同孔径的滴灌针头以实现不同的出水面积，即可完成滴灌操作。滴灌装置结构见图4。

图4 滴灌装置结构示意图

4 环保型节水滴灌装置创新及应用

4.1 合理安排灌溉顺序

目前，市场上主要存在的问题是园林植物由于干旱需要灌水时，受植物多样性制约、灌水设备与劳力条件限制，滴灌装置不能完全满足各类植物的水分需求，并出现部分水源浪费的现象。该滴灌装置多尺寸孔径与阻水件的设置能有效根据原来植物需水的“轻重缓急”，合理安排灌水顺序。如新栽植的植物、小苗、观花草木与灌木等由于植物根系较浅，抗旱能力差，还有部分阔叶树蒸发量大，故此类植物需要优先灌水。可通过转动此类植物所在土壤处的活动水管上的阻水件，将其取出，实现该类植物的优先灌溉。

4.2 灵活匹配滴灌水量

水分对植物生长发育起关键作用，不同季节、不同生长阶段所需的灌水量不同，因此，要合理化配置相应灌溉装置。该滴灌装置能在园林栽培作业中实现一次性对不同体积的林木进行不同水量的滴灌，发挥滴灌的机械化，自动化优势。而在农业生产逐渐大规模化的前提下，经济环保的灌溉装置将更受市场青睐。故该装置通过螺纹体与螺纹槽的设置，以及活动水管与外接水管的相互连接，利于不同孔径的灵活变化。且外接水管上连接的滴灌针头也可根据不同孔径实现不同的出水面积。整个装置2处多孔径设置使其针对灌溉的植物种类更加多样。植物需水量随着其生长繁殖不断增加，故通过不断将外接水管连接于活动水管上的大孔径，以及不断换用大孔径的滴灌针头进行灌溉来满足林木的生长发育，可以提高灌溉效率，改善现有园林滴灌装置中的灌溉口因多为均匀分布而造成的水源浪费问题，达到节水增产的效果，共同发挥经济效益与生态效益。

4.3 提效率、稳性能、降风险

该装置2组出、入水管道的设置，提高了工作效率。2组入水管道的安置明显提高了雨水收集箱收集灌溉用水的速度，利于快速入水；而2组出水管道保证了多方位多种类的灌溉，便于采用多个抽水泵进行灌溉工作，提高了灌溉效率，为园林栽培大规模作业奠定基础。近年，市面上的滴灌设备多存在耗管材多，管道与滴头易堵塞等问题，维护成本较高。而该装置2组出入水管道的设置在一定程度上保证了作业时灌溉的稳定性，单个管道堵塞造成无法进出水时，滴灌工作仍能正常进行，延长了装置的抢修时间，降低了苗木、植物等因缺少水分而影响生长的风险。

4.4 集雨水、促生态；多水源、广适用

该装置作为园林环保型节水滴灌装置，将节水灌溉理念运用其中，极其迎合市场。通过设置雨水收集箱，实现雨水收集功能，节约了水资源，提高了水分利用率。现代化城市发展提倡雨水花园理念，故雨水收集利用技术也应体现于园林栽培技术中。该装置的雨水收集箱内安置滤网进行过滤处理，避免出水后杂质过多导致滴灌针头堵塞。而当天气干旱雨水收集量过少无法满足灌溉需求时，也可利用进水管道进行自来水等其他水源的收集。操作简单，适用于不同天气条件，不同地区，不同林木，不同人群，适用范围相当广泛。有效解决了市面上部分滴灌装置对小气候的调节作用差问题。

4.5 易组装、低成本、便普及

该装置利用物理学中的传统原理，装置零件通过螺纹的匹配固定，易于安装拆卸与组合使用，生产成本低。如雨水收集箱内的滤网支撑块，既保证大量雨水入箱时滤网放置的稳定性，也便于滤网取出清洁与安装，维护成本低，符合市场的量产标准，具有一定的推广价值，且在园林的灌溉技术中，滴灌模式作为自动化、先进化的一种先进灌溉技术，其本身相比于喷灌、漫灌等方式在节水方面更具优势。研究表明，采用滴灌进行灌溉的植物根系相对细密，能更好地适应土壤，汲取养分。故能一次性就针对不同林木进行不同水量灌溉的滴灌装置更加高效环保，对促进农业大规模生产的作用更大。