應用于農(nóng)業(yè)灌溉的恒負壓灌水系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應用于農(nóng)業(yè)灌溉的恒負壓灌水系統(tǒng)。恒負壓灌水系統(tǒng)包括：灌水頭、儲水器、負壓調(diào)節(jié)裝置、第二負壓室以及連通管，其中，負壓調(diào)節(jié)裝置包括：U形管以及負壓調(diào)節(jié)管，負壓調(diào)節(jié)管分別連通U形管的左側管和右側管；儲水器所存放灌溉水的液面上方與儲水器頂部之間形成有空氣的第一負壓室，儲水器下部通過連通管與第二負壓室相通，底部與灌水頭相通；灌水頭放置于土壤中生長有農(nóng)作物根系的位置；U形管的左側管通過開設在第二負壓室頂部的通孔連通伸入第二負壓室內(nèi)，U形管的右側管與大氣相通。應用本發(fā)明，可以實現(xiàn)恒負壓灌溉，提高灌溉水的利用率。
【專利說明】應用于農(nóng)業(yè)灌溉的恒負壓灌水系統(tǒng)
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及農(nóng)業(yè)灌溉技術，特別涉及一種應用于農(nóng)業(yè)灌溉的恒負壓灌水系統(tǒng)。
【背景技術】
[0002]農(nóng)作物在生長發(fā)育過程所蒸騰掉的水分往往是其自身生物量的數(shù)百倍甚至數(shù)萬倍，而土壤往往難以提供農(nóng)作物生長發(fā)育所必需的水分。因此，在現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，通過灌溉給土壤補充水分，繼而滿足農(nóng)作物對水分的需求是必不可少的農(nóng)事活動。
[0003]現(xiàn)有技術中，調(diào)控農(nóng)作物生長土壤水分狀況的基本手段是灌水，而且每兩次灌水之間總有一定的時間間隔，是一種脈沖式的灌水方式。在此過程中，土壤水分含量呈現(xiàn)出脈沖式的變化，即土壤含水量突然躍升至飽和狀態(tài)，然后逐漸降低。由于農(nóng)作物在不同的生長階段，對土壤水分條件的需求不同，而采用脈沖式的灌水方式，只有部分階段的土壤水分條件是適合農(nóng)作物的。因而，在土壤水分的高含量階段，非常容易因為水分含量過高而對農(nóng)作物產(chǎn)生濕害或澇害，而在土壤水分的低含量階段，又非常容易產(chǎn)生干旱脅迫和養(yǎng)分匱乏脅迫，導致減產(chǎn)、品質(zhì)變劣，甚至死亡。以上問題在旱地上和設施農(nóng)業(yè)中尤其突出。盡管以上問題在現(xiàn)代微灌技術得到了很大抑制，但是即使是現(xiàn)代微灌技術，也還無法十分精準地即時了解農(nóng)作物對水分的需求，真正做到因需供水。生產(chǎn)經(jīng)驗和科學研究均表明，除了水生植物外，旱地農(nóng)作物生長發(fā)育的最佳水分條件是比飽和含水量低的某個非飽和水分狀態(tài)，而且當農(nóng)作物吸水后會導致根系周圍的水勢下降，進一步引發(fā)根系周圍遠處的水分向根系周圍移動，以圖維持根系水勢不下降，也就是說農(nóng)作物對于維持根系周圍土壤水分狀態(tài)具有一定的主動性。然而，在目前的灌水技術中，土壤和農(nóng)作物是被動式接受灌溉水的，農(nóng)作物的主動性沒有得到利用。
[0004]圖1為現(xiàn)有技術灌水系統(tǒng)的結構示意圖。參見圖1，該灌水系統(tǒng)包括:灌水頭101、儲水器102以及負壓室103，其中，
[0005]灌水頭101，位于灌水系統(tǒng)底部，與儲水器102相連，放置于土壤106中生長有農(nóng)作物根系107的位置；
[0006]儲水器102，位于灌水系統(tǒng)中部，一端與灌水頭101相連通，另一端與負壓室103相連通，用于存放灌溉水104 ；
[0007]負壓室103，位于灌水系統(tǒng)頂部，下與儲水器102相連通，其內(nèi)充滿預設氣壓和體積的空氣，使得包含預留空氣的氣壓的灌水頭的水勢高于使農(nóng)作物生長旺盛對應的土壤水勢，小于土壤處于田間持水量時的土壤水勢。其中，預設氣壓可通過設置負壓調(diào)節(jié)閥108進行設置，即通過負壓調(diào)節(jié)閥108，可以設置負壓室內(nèi)空氣的初始氣壓(預設氣壓)。這樣，通過設置負壓室，控制灌水頭水勢，在天氣干燥時，土壤水勢較小，灌水頭水勢高于農(nóng)作物生長旺盛對應的土壤水勢，儲水器中的灌溉水通過灌水頭流出至土壤，從而給農(nóng)作物提供生長所需的水分；在下雨或土壤濕度較大時，土壤水勢較高，灌水頭水勢低于田間持水量時的土壤水勢，土壤中的水分通過灌水頭流進至儲水器，從而停止向農(nóng)作物供應水分，避免水分的流失。有效地提高了水分的利用率。[0008]由上述可見，現(xiàn)有的灌水系統(tǒng)，灌水頭水勢與負壓室預留的空氣氣壓、體積以及儲水器中灌溉水產(chǎn)生的水勢相關，并隨著灌溉水體積的減小，灌水頭水勢也逐漸降低，這樣，可能使得儲水器中還具有一定灌溉水的情況下，灌水頭水勢與土壤水勢相平衡，從而停止向土壤供水，導致灌水時間較短，水分的利用率不高；進一步地，在平衡狀態(tài)下，即儲水器中還具有灌溉水的情況下，需要重新在儲水器中灌注灌溉水以及設置預留空間以及預留空間內(nèi)的空氣氣壓，灌水所需次數(shù)較多，需要占用較多的時間和人力，使得灌水成本較高。而且，在灌水過程中，隨著儲水器中灌水量的較少，灌水頭水勢具有一定的波動，從而不能保證農(nóng)作物一直生長在穩(wěn)定的、最佳的土壤水分條件下。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提出一種恒負壓灌水系統(tǒng)，提高灌溉水的利用率。
[0010]為達到上述目的，本發(fā)明提供了一種恒負壓灌水系統(tǒng)，該恒負壓灌水系統(tǒng)包括:灌水頭、儲水器、負壓調(diào)節(jié)裝置、第二負壓室以及連通管，其中，
[0011 ] 負壓調(diào)節(jié)裝置包括:U形管以及負壓調(diào)節(jié)管，其中，在U形管的左右兩側管壁，分別開設有第一連通孔以及第二連通孔，且第一連通孔位于第二連通孔上方；負壓調(diào)節(jié)管的一端通過第一連通孔連通伸入U形管的左側管內(nèi)，另一端通過第二連通孔連通伸入U形管的右側管內(nèi)；
[0012]儲水器為密封的容器，存放有灌溉水，灌溉水液面上方與儲水器頂部之間形成有空氣的第一負壓室，下部開設有第三連通孔，底部開設有第四連通孔；
[0013]連通管的一端通過第三連通孔伸入儲水器內(nèi)，另一端通過開設在第二負壓室側壁上的通孔伸入第二負壓室內(nèi)；
[0014]灌水頭通過第四連通孔與儲水器底部相連通，放置于土壤中生長有農(nóng)作物根系的位置；
[0015]U形管的左側管通過開設在第二負壓室頂部的通孔連通伸入第二負壓室內(nèi)，U形管的右側管與大氣相通；
[0016]第一負壓室內(nèi)充滿預設壓強和體積的空氣，使得灌水頭的水勢高于使農(nóng)作物生長旺盛對應的土壤水勢,小于土壤處于田間持水量時的土壤水勢；
[0017]所述第二負壓室內(nèi)壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和等于大氣壓，且U形管的左側管內(nèi)的液面高度最高不高出第一連通孔。
[0018]較佳地，所述第一負壓室內(nèi)的壓強與儲水器液面至第三連通孔的水壓之和等于第二負壓室內(nèi)壓強。
[0019]較佳地，所述負壓調(diào)節(jié)管的管徑小于U形管的管徑。
[0020]較佳地，所述第一連通孔處的U形管管徑大于U形管其它處的管徑，所述U形管其它處的管徑相同。
[0021]較佳地，在灌溉水液面下降時，第一負壓室內(nèi)容積增大，氣壓下降，同時，灌溉水液面至連通管之間的灌溉水水勢下降，使得第一負壓室至連通管之間的壓強下降，而第二負壓室內(nèi)壓強保持不變，在壓差的作用下，第二負壓室內(nèi)的空氣通過灌溉水進入第一負壓室內(nèi)，從而使得第二負壓室內(nèi)壓強減小，并驅(qū)動與之連通的U形管的左側管內(nèi)液面上升，右側管內(nèi)液面下降；
[0022]當右側管內(nèi)液面下降至低于第二連通孔下緣并在負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體全部注入左側管后，第二負壓室、左側管液面上部空間、負壓調(diào)節(jié)管與大氣形成連通，大氣依次通過右側管、負壓調(diào)節(jié)管、左側管液面上部空間與第二負壓室聯(lián)通，使得第二負壓室內(nèi)吸入空氣，壓強增大，吸入的空氣通過連通管進入灌溉水，通過灌溉水上升至第一負壓室內(nèi)，使第一負壓室內(nèi)空氣氣壓升高，第一負壓室內(nèi)至連通管之間的水勢上升，從而維持第一負壓室內(nèi)至連通管之間的水勢恒定；同時，第二負壓室內(nèi)增大的壓強驅(qū)動U形管的左側管內(nèi)的液面下降，從而使得右側管內(nèi)的液面上升，直至右側管內(nèi)的液面上升高出第二連通孔，從而隔斷大氣進入第二負壓室的通路，并使左側管液面、負壓調(diào)節(jié)管液面以及右側管液面達到新的動態(tài)平衡。
[0023]較佳地，所述U形管以及負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)充注有液體，在所述儲水器充盈待灌溉水時，所述U形管內(nèi)充注的液體液面高出第二連通孔而低于第一連通孔，與儲水器相連通的U形管的左側管內(nèi)的壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和等于大氣壓，且U形管的左側管內(nèi)的液面高度最高不高出第一連通孔。
[0024]由上述的技術方案可見，本發(fā)明提供的一種應用于農(nóng)業(yè)灌溉的恒負壓灌水系統(tǒng)，負壓調(diào)節(jié)管分別連通U形管的左側管和右側管；儲水器存放灌溉水的液面上方與儲水器頂部之間形成有空氣的第一負壓室，下部通過連通管與第二負壓室相通，底部與灌水頭相通；灌水頭放置于土壤中生長有農(nóng)作物根系的位置；U形管的左側管通過開設在第二負壓室頂部的通孔連通伸入第二負壓室內(nèi)，U形管的右側管與大氣相通。這樣，隨著灌溉水體積的減小，灌水頭水勢可以維持不變，從而使得儲水器一直通過灌水頭向土壤供水，直至灌溉水消耗完，延長了灌水時間，有效提升了灌溉水的利用率。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0025]圖1為現(xiàn)有技術灌水系`統(tǒng)的結構示意圖。
[0026]圖2a~圖2c為本發(fā)明應用于農(nóng)業(yè)灌溉的負壓調(diào)節(jié)裝置結構示意圖。
[0027]圖3為本發(fā)明第一實施例恒負壓灌水系統(tǒng)結構示意圖。
[0028]圖4為本發(fā)明第二實施例恒負壓灌水系統(tǒng)結構示意圖。
【具體實施方式】
[0029]為使本發(fā)明的目的、技術方案和優(yōu)點更加清楚，下面將結合附圖及具體實施例對本發(fā)明作進一步地詳細描述。
[0030]現(xiàn)有技術中，通過設置負壓室，控制灌水頭水勢，使得灌水頭水勢高于農(nóng)作物生長旺盛對應的土壤水勢而低于田間持水量時的土壤水勢，從而可以向土壤供水，但由于灌水頭水勢與負壓室預留的空氣氣壓、體積以及儲水器中灌溉水產(chǎn)生的水勢相關，并隨著灌溉水體積的減小，灌水頭水勢也逐漸降低。這樣，可能使得儲水器中還具有一定灌溉水的情況下，灌水頭水勢與土壤水勢相平衡，從而停止向土壤供水，導致灌溉水的利用率不高。
[0031]土壤水勢是土壤具有的一種自然屬性，即在絕大多數(shù)自然情況下，土壤養(yǎng)分在土壤中的移動依靠土壤水分作為介質(zhì)，而土壤水分的移動由土壤水勢所驅(qū)動，水分總是從勢能高的地方流向勢能低的地方。水分在土壤中依靠土壤水勢的驅(qū)動，流向農(nóng)作物根系，因而，水分能否向農(nóng)作物根系流動，農(nóng)作物能不能吸收到水分，完全取決于土壤與農(nóng)作物之間的水勢差，即土壤水勢的高低，土壤水勢越高，越能驅(qū)動土壤水分流向農(nóng)作物根系。因而，如果能夠控制并保持灌水頭水勢不隨灌溉水的水位變化而變化，使灌水頭水勢能夠大于農(nóng)作物生長時的土壤水勢而小于使得土壤含水量超過田間持水量的土壤水勢。這樣，由于灌水頭水勢維持在一個恒定的水勢,不隨儲水器中灌溉水的變化而變化,從而能夠使得在儲水器中的灌溉水極少的情況下，灌水頭水勢仍能大于土壤水勢，可以向土壤持續(xù)供水，直至灌溉水消耗完，有效提升灌溉水的利用率。
[0032]因而，本發(fā)明提出一種應用于農(nóng)業(yè)灌溉的恒負壓灌水系統(tǒng)，通過維持灌水頭恒定的水勢，使得儲水器中灌溉水體積的減小，不會影響灌水頭水勢，從而在天氣干燥時，維持灌水頭水勢高于農(nóng)作物生長旺盛對應的土壤水勢，直至儲水器中灌溉水供完，達到提高水分利用率的目的。
[0033]所應說明的是，本發(fā)明所述的負壓，是相對于大氣壓而言，即低于大氣壓的氣壓。
[0034]圖2a~圖2c為本發(fā)明應用于農(nóng)業(yè)灌溉的負壓調(diào)節(jié)裝置結構示意圖。參見圖2a~圖2c，該負壓調(diào)節(jié)裝置包括:U形管21以及負壓調(diào)節(jié)管22，負壓調(diào)節(jié)管22分別連通U形管21的左側管和右側管。
[0035]具體來說，在U形管21的左右兩側管壁，分別開設有第一連通孔211以及第二連通孔212，且第一連通孔211位于第二連通孔212上方；
[0036]本發(fā)明實施例中，在左右兩側管壁分別開設第一連通孔211以及第二連通孔212，是指第一連通孔在左側管上，第二連通孔在在右側管上，并不是指左、右兩側管臂均有兩個連通孔。
[0037]負壓調(diào)節(jié)管22的一端通過第一連通孔211連通伸入U形管21的左側管內(nèi)，另一端通過第二連通孔212連通伸入U形管21的右側管內(nèi)；
[0038]U形管21的左側管與外部儲水器相連通，U形管21的右側管與大氣相通，U形管21以及負壓調(diào)節(jié)管22內(nèi)充注有液體，在所述儲水器充盈待灌溉水時，所述U形管21內(nèi)充注的液體液面高出第二連通孔212而低于第一連通孔211，與儲水器相連通的U形管21的左側管內(nèi)的壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和等于大氣壓，且U形管21的左側管內(nèi)的液面高度最高不高出第一連通孔211。
[0039]較佳地，負壓調(diào)節(jié)管的管徑小于U形管的管徑。
[0040]實際應用中，在第一連通孔處的U形管管徑，可以設置為大于U形管其它處的管徑，U形管其它處的管徑相同。
[0041]本發(fā)明實施例中，對于外部儲水器灌溉水中端設置有負壓限壓閥的第二負壓室的場景，由于負壓限壓閥存在以下缺點:如是機械式負壓閥，容易漏氣，負壓控制不是很準確，不能直接讀取負壓值；如是電池式負壓閥，則需要耗電，而且容易出故障，維護不方便，不適宜野外使用，而通過負壓調(diào)節(jié)裝置替換第二負壓室上的負壓限壓閥，可精確進行負壓控制，能夠直接讀取負壓值，而且，無需耗電，不容易出故障，維護方便，適宜野外使用。因而，U形管的左側管既可以與外部儲水器中灌溉水上端的第一負壓室相連通，也可以與外部儲水器灌溉水中端的第二負壓室相連通，下面分別進行說明。
[0042]所應說明的是，既可以通過將負壓調(diào)節(jié)管兩端分別置于第一連通孔和第二連通孔中，然后將負壓調(diào)節(jié)管與U形管結合處的縫隙進行密封，從而實現(xiàn)連通，也可以是將負壓調(diào)節(jié)管與U形管作為一體實現(xiàn)連通。
[0043]圖3為本發(fā)明第一實施例恒負壓灌水系統(tǒng)結構示意圖。參見圖3，該恒負壓灌水系統(tǒng)包括:灌水頭31、儲水器32以及負壓調(diào)節(jié)裝置33，其中，
[0044]負壓調(diào)節(jié)裝置33包括:U形管21以及負壓調(diào)節(jié)管22，其中，在U形管21的左右兩側管壁，分別開設有第一連通孔211以及第二連通孔212，且第一連通孔211位于第二連通孔212上方；負壓調(diào)節(jié)管22的一端通過第一連通孔211連通伸入U形管21的左側管內(nèi)，另一端通過第二連通孔212連通伸入U形管21的右側管內(nèi)；
[0045]儲水器32為密封的容器，存放有灌溉水321，灌溉水液面上方與儲水器頂部之間形成負壓室322，頂部開設有第三連通孔323，底部開設有第四連通孔324 ；
[0046]U形管21的左側管通過第三連通孔323連通伸入負壓室322內(nèi)，U形管21的右側管與大氣相通；
[0047]灌水頭31通過第四連通孔324與儲水器32底部相連通，放置于土壤中生長有農(nóng)作物根系的位置；
[0048]負壓室322內(nèi)充滿預設壓強和體積的空氣，使得灌水頭的水勢高于使農(nóng)作物生長旺盛對應的土壤水勢,小于土壤處于田間持水量時的土壤水勢；
[0049]所述預設壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和等于大氣壓，且U形管的左側管內(nèi)的液面高度最高不高出第一連通孔211。
[0050]本發(fā)明實施例中，負壓室與左側管連通，初始狀態(tài)時，儲水器內(nèi)充滿有灌溉水，負壓室內(nèi)的壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和等于大氣壓。
[0051]隨著灌溉時間的逐漸增加，儲水器內(nèi)`灌溉水液面下降，負壓室內(nèi)空間增大，壓強減小，負壓室內(nèi)的壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和小于大氣壓，由于右側管連通大氣，因而，驅(qū)動左側管內(nèi)液面上升，右側管內(nèi)液面下降，直至負壓室內(nèi)的壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和等于大氣壓，從而維持動態(tài)平衡。
[0052]當右側管內(nèi)液面下降至低于第二連通孔下緣時，右側管內(nèi)的液體與負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體被大氣隔開，此時，負壓室內(nèi)的壓強與負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和仍等于大氣壓，維持著動態(tài)平衡。隨著儲水器內(nèi)灌溉水液面的繼續(xù)下降，負壓室內(nèi)壓強進一步減小，由于負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體被大氣隔開，液體高度差保持恒定，如果負壓室內(nèi)的壓強與負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和小于大氣壓，這樣，在大氣壓的驅(qū)動下，負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體沿負壓調(diào)節(jié)管上升，并通過第一連通孔延伸的管頭注入左側管內(nèi)。隨著負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體注入左側管，負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體高度差越來越小，使得大氣壓驅(qū)動負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體更快地注入左側管，在負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體全部注入左側管后，由于左側管內(nèi)的液面高度最高不高出第一連通孔211。因而，負壓室、左側管液面上部空間、負壓調(diào)節(jié)管與大氣形成連通，大氣通過負壓調(diào)節(jié)管、左側管液面上部空間進入負壓室，使得負壓室內(nèi)壓強增大，增大的壓強既可以驅(qū)動儲水器中的灌溉水通過施肥頭進入土壤，也可以驅(qū)動左側管內(nèi)的液面下降，從而使得右側管內(nèi)的液面上升，直至右側管內(nèi)的液面上升高出第二連通孔，從而隔斷大氣進入負壓室的通路，并使左側管液面、負壓調(diào)節(jié)管液面以及右側管液面達到新的動態(tài)平衡，負壓室內(nèi)的壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和等于大氣壓。
[0053]之后，當儲水器中的灌溉水繼續(xù)下降時，再次形成左側管內(nèi)液面上升；右側管內(nèi)的液體與負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體被大氣隔開；負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體通過第一連通孔延伸的管頭注入左側管內(nèi)；負壓室、左側管液面上部空間、負壓調(diào)節(jié)管與大氣形成連通；右側管內(nèi)的液面上升高出第二連通孔的流程，如此循環(huán)往復。
[0054]為了能夠更好地使得負壓調(diào)節(jié)管的出水流入U形管，較佳地，負壓調(diào)節(jié)管的管徑小于U形管的管徑。
[0055]實際應用中，為了有效減小大氣壓驅(qū)動負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體快速注入左側管對管壁造成的水壓沖擊，在第一連通孔處的U形管管徑，可以設置為大于U形管其它處的管徑，U形管其它處的管徑相同。
[0056]實際應用中，通過在初始狀態(tài)時，設置U形管的右側管內(nèi)液面稍高出第二通孔上緣。這樣，在灌溉水位下降，負壓室內(nèi)壓強減小，大氣壓驅(qū)動U形管的右側管內(nèi)液面低于第二通孔下緣時，負壓室與大氣連通，使得負壓室內(nèi)壓強上升，從而關斷負壓室與大氣的連通通路。因而，隨著灌溉水體積的減小，灌水頭水勢只在較小壓強變化范圍內(nèi)波動，從而使得儲水器可一直通過灌水頭向土壤供水，直至灌溉水消耗完，延長了灌水時間，有效提升了灌溉水的利用率。而且，相對于采用機械裝置維持灌水頭水勢的情形，結構更簡單、調(diào)節(jié)更方便。
[0057]圖4為本發(fā)明第二實施例恒負壓灌水系統(tǒng)結構示意圖。參見圖4，該恒負壓灌水系統(tǒng)包括:灌水頭41、儲水器42、負壓調(diào)節(jié)裝置33、第二負壓室44以及連通管45，其中，
[0058]負壓調(diào)節(jié)裝置33包括:U形管21以及負壓調(diào)節(jié)管22，其中，在U形管21的左右兩側管壁，分別開設有第一連通孔211以及第二連通孔212，且第一連通孔211位于第二連通孔212上方；負壓調(diào)節(jié)管22的一端通過第一連通孔211連通伸入U形管21的左側管內(nèi)，另一端通過第二連通孔212連通伸入U形管21的右側管內(nèi)；
[0059]儲水器42為密封的容器，存放有灌溉水421，灌溉水液面上方與儲水器頂部之間形成有空氣的第一負壓室422，下部開設有第三連通孔423，底部開設有第四連通孔324 ；
[0060]連通管45的一端通過第三連通孔423伸入儲水器42內(nèi)，另一端通過開設在第二負壓室44側壁上的通孔伸入第二負壓室44內(nèi)；
[0061]灌水頭41通過第四連通孔424與儲水器42底部相連通，放置于土壤中生長有農(nóng)作物根系的位置；
[0062]U形管21的左側管通過開設在第二負壓室44頂部的通孔連通伸入第二負壓室44內(nèi)，U形管21的右側管與大氣相通；
[0063]第一負壓室422內(nèi)充滿預設壓強和體積的空氣，使得灌水頭的水勢高于使農(nóng)作物生長旺盛對應的土壤水勢，小于土壤處于田間持水量時的土壤水勢；
[0064]所述第二負壓室44內(nèi)壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和等于大氣壓，且U形管的左側管內(nèi)的液面高度最高不高出第一連通孔211。
[0065]本發(fā)明中，第一負壓室422內(nèi)的壓強與儲水器至連通管45處的水壓之和等于第二負壓室44內(nèi)壓強。
[0066]本發(fā)明中，在灌溉水液面下降時，第一負壓室內(nèi)容積增大，氣壓下降，同時，灌溉水液面至連通管之間的灌溉水水勢下降，使得第一負壓室至連通管之間的壓強下降，而第二負壓室內(nèi)壓強保持不變，因而，在壓差的作用下，第二負壓室內(nèi)的空氣通過灌溉水進入第一負壓室內(nèi)，從而使得第二負壓室內(nèi)壓強減小，并驅(qū)動與之連通的U形管的左側管內(nèi)液面上升，右側管內(nèi)液面下降。當右側管內(nèi)液面下降至低于第二連通孔下緣并在負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體全部注入左側管后，第二負壓室、左側管液面上部空間、負壓調(diào)節(jié)管與大氣形成連通，大氣通過負壓調(diào)節(jié)管、左側管液面上部空間進入第二負壓室，使得第二負壓室內(nèi)吸入空氣，壓強增大，吸入的空氣進入灌溉水，通過灌溉水上升至第一負壓室內(nèi)，使第一負壓室內(nèi)空氣氣壓升高，第一負壓室內(nèi)至連通管之間的水勢上升，從而維持第一負壓室內(nèi)至連通管之間的水勢恒定。同時，第二負壓室內(nèi)增大的壓強還可以驅(qū)動左側管內(nèi)的液面下降，從而使得右側管內(nèi)的液面上升，直至右側管內(nèi)的液面上升高出第二連通孔，從而隔斷大氣進入第二負壓室的通路，并使左側管液面、負壓調(diào)節(jié)管液面以及右側管液面達到新的動態(tài)平衡。
[0067]與圖3不同的是，圖4中第二負壓室內(nèi)的壓強，不僅與灌溉水位下降相關，也與灌溉水位下降引起的第一負壓室容積增大導致壓強下降相關。而圖3中，第一負壓室內(nèi)壓強僅僅與容積增大導致壓強下降相關。負壓調(diào)節(jié)裝置的工作狀態(tài)，又與第二負壓室內(nèi)的壓強或第一負壓室內(nèi)壓強相關，因而，相對來說，圖4的控制精度會更好，控制會更靈敏。
[0068]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換以及改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【權利要求】
1.一種應用于農(nóng)業(yè)灌溉的恒負壓灌水系統(tǒng)，其特征在于，該恒負壓灌水系統(tǒng)包括:灌水頭、儲水器、負壓調(diào)節(jié)裝置、第二負壓室以及連通管，其中， 負壓調(diào)節(jié)裝置包括:u形管以及負壓調(diào)節(jié)管，其中，在U形管的左右兩側管壁，分別開設有第一連通孔以及第二連通孔，且第一連通孔位于第二連通孔上方；負壓調(diào)節(jié)管的一端通過第一連通孔連通伸入U形管的左側管內(nèi)，另一端通過第二連通孔連通伸入U形管的右側管內(nèi)； 儲水器為密封的容器，存放有灌溉水，灌溉水液面上方與儲水器頂部之間形成有空氣的第一負壓室，下部開設有第三連通孔，底部開設有第四連通孔； 連通管的一端通過第三連通孔伸入儲水器內(nèi)，另一端通過開設在第二負壓室側壁上的通孔伸入第二負壓室內(nèi)； 灌水頭通過第四連通孔與儲水器底部相連通，放置于土壤中生長有農(nóng)作物根系的位置； U形管的左側管通過開設在第二負壓室頂部的通孔連通伸入第二負壓室內(nèi)，U形管的右側管與大氣相通； 第一負壓室內(nèi)充滿預設壓強和體積的空氣，使得灌水頭的水勢高于使農(nóng)作物生長旺盛對應的土壤水勢，小于土壤處于田間持水量時的土壤水勢； 所述第二負壓室內(nèi)壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的壓強之和等于大氣壓，且U形管的左側管內(nèi)的液面高度最高不高出第一連通孔。
2.如權利要求1所述的恒負壓灌水系統(tǒng)，其特征在于，所述第一負壓室內(nèi)的壓強與儲水器液面至第三連通孔的水壓之和等于第二負壓室內(nèi)壓強。
3.如權利要求2所述的恒負壓灌水系統(tǒng)，其特征在于，所述負壓調(diào)節(jié)管的管徑小于U形管的管徑。
4.如權利要求1至3任一項所述的恒負壓灌水系統(tǒng)，其特征在于，所述第一連通孔處的U形管管徑大于U形管其它處的管徑，所述U形管其它處的管徑相同。
5.如權利要求4所述的恒負壓灌水系統(tǒng)，其特征在于， 在灌溉水液面下降時，第一負壓室內(nèi)容積增大，氣壓下降，同時，灌溉水液面至連通管之間的灌溉水水勢下降，使得第一負壓室至連通管之間的壓強下降，而第二負壓室內(nèi)壓強保持不變，在壓差的作用下，第二負壓室內(nèi)的空氣通過灌溉水進入第一負壓室內(nèi)，從而使得第二負壓室內(nèi)壓強減小，并驅(qū)動與之連通的U形管的左側管內(nèi)液面上升，右側管內(nèi)液面下降； 當右側管內(nèi)液面下降 至低于第二連通孔下緣并在負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)的液體全部注入左側管后，第二負壓室、左側管液面上部空間、負壓調(diào)節(jié)管與大氣形成連通，大氣依次通過右側管、負壓調(diào)節(jié)管、左側管液面上部空間與第二負壓室聯(lián)通，使得第二負壓室內(nèi)吸入空氣，壓強增大，吸入的空氣通過連通管進入灌溉水，通過灌溉水上升至第一負壓室內(nèi)，使第一負壓室內(nèi)空氣氣壓升高，第一負壓室內(nèi)至連通管之間的水勢上升，從而維持第一負壓室內(nèi)至連通管之間的水勢恒定；同時，第二負壓室內(nèi)增大的壓強驅(qū)動U形管的左側管內(nèi)的液面下降，從而使得右側管內(nèi)的液面上升，直至右側管內(nèi)的液面上升高出第二連通孔，從而隔斷大氣進入第二負壓室的通路，并使左側管液面、負壓調(diào)節(jié)管液面以及右側管液面達到新的動態(tài)平衡。
6.如權利要求4所述的恒負壓灌水系統(tǒng)，其特征在于，所述U形管以及負壓調(diào)節(jié)管內(nèi)充注有液體，在所述儲水器充盈待灌溉水時，所述U形管內(nèi)充注的液體液面高出第二連通孔而低于第一連通孔，與儲水器相連通的U形管的左側管內(nèi)的壓強與U形管內(nèi)充注的液體高度差產(chǎn)生的 壓強之和等于大氣壓，且U形管的左側管內(nèi)的液面高度最高不高出第一連通孔。
【文檔編號】A01G29/00GK103548645SQ201310554433
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月11日 優(yōu)先權日:2013年11月11日
【發(fā)明者】龍懷玉, 雷秋良, 張認連 申請人:中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所