均衡式供水植物抗干旱集雨器

研究背景和基本思路

果樹、林木缺水，是人類面臨的一個永恒難題。但實際上，在地球上的多數(shù)地區(qū)，并不是真正的缺水，而是天上的降水沒有被留住，大部分都從地表蒸發(fā)或從地下流失了。本發(fā)明能很好地解決這一難題，在下雨時能收集雨水，在天晴干旱時，能均勻、持續(xù)地把水輸送到植物根部?，F(xiàn)有技術(shù)在實際應(yīng)用中有下面3大缺陷：

輸水管的進水口端固定在集水箱底部，輸水速度受水的壓強制約。水位降低時，進水口的壓強變小，出水減慢，整個輸水過程前快后慢，與植物的需水規(guī)律不符。

整條輸水管內(nèi)填充吸水性纖維物質(zhì)，形成的毛細管以浸潤方式輸水，時間長了會發(fā)生阻塞。

在雨季，集水箱內(nèi)貯滿雨水后，就要立即輸水，不能控制輸水開始的時間。既浪費水，還可能會造成植物漬水。

工作原理

本人發(fā)明的集雨器包括集水漏斗、篩孔、集水箱、輸水啟動開關(guān)、輸水管、漂浮器、纖維物塞和漂浮器穩(wěn)定支架。集水漏斗呈平坦的漏斗形，安裝在集水箱上，用于收集雨水或徑流，其中央開若干小孔——篩孔，收集的雨水經(jīng)篩孔漏入集水箱中。篩孔還能防止雜物進入。集水箱用于貯存收集的雨水。集水箱蓋上裝1個輸水啟動開關(guān)，當(dāng)需要放水時，可以手工將輸水啟動開關(guān)撥動到開的位置，拉動漂浮器使之傾斜，帶動輸水管的進水口沉入到水面下，啟動輸水。輸水管安裝在集水箱內(nèi)，一端（出水口端）從集水箱的底部伸出。輸水管的進水口端一小段內(nèi)部填充吸水性強的纖維物塞，纖維物塞的毛細管滲透作用可控制水的流出速度，讓流水變成滲漏滴水。輸水管的進水口端固定在漂浮器上。漂浮器使進水口與水面的高度保持不變，從而使進水口在整個輸水過程中絕大部分時間內(nèi)受到水的壓強保持不變，保證了箱內(nèi)的水能夠均勻地輸送出來。

漂浮器在集水箱內(nèi)水位高度達到最大時（雨季），漂浮到最高位置，輸水管的進水口露出水面，輸水便停止。如果一段時間不下雨，因蒸發(fā)作用集水箱內(nèi)的水量減少，水位下降，帶動漂浮器發(fā)生傾斜，帶動輸水管的進水口沉入到水面下，集雨器便開始輸水。漂浮器穩(wěn)定支架一端固定在漂浮器上，一端通過可轉(zhuǎn)動支點固定在集水箱的底部，它可以隨著集水箱水位的變化轉(zhuǎn)動，保持漂浮器姿態(tài)變化穩(wěn)定，使集水器可以穩(wěn)定發(fā)揮功能。

圖1為本發(fā)明在水位最高停止供水時的結(jié)構(gòu)示意圖。集雨器的實物照片見圖2，在實驗中的使用情況見圖3。

主要創(chuàng)新

與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明在結(jié)構(gòu)和工作原理兩方面都有了重大改進，具體歸納如下。

設(shè)計了漂浮器，增加了2項優(yōu)點。優(yōu)點1：集雨器在下雨貯滿水之后不會馬上流出，而是先保存下來，等天氣干旱，集水箱水位有一定下降時，才自動啟動輸水。這樣不會浪費水，也不會因為雨后水多而增加植物漬水的機會。優(yōu)點2：在輸水過程中，由于漂浮器的浮力作用，使輸水管的進水口始終懸浮在離水面固定的高度，受到的水壓強保持不變，這樣可以保證輸水速度均勻。

設(shè)計了1個輸水啟動開關(guān)，可以在植物需水時，手工操作及時啟動輸水。這樣便可人工及時調(diào)控輸水開始時間。

輸水管內(nèi)由原來全用纖維物填充變?yōu)橹挥幸恍《斡美w維物填充，這樣既保留了原來的滲漏輸水功能，又避免了阻塞的發(fā)生。

主要用途

戶外安裝在地表下集水節(jié)水。在樹體旁邊、地表以下安裝本人發(fā)明的“集雨器”后，只要有一點降雨量且集水漏斗的面積足夠大，就可以收集足夠的雨水貯存到集水箱中。在干旱季節(jié)植物需水時，“集雨器”會自動開啟輸水，以滴水方式均勻緩慢將水輸?shù)街参锔?。這種集水、輸水的過程在一年中重復(fù)進行，保證樹木長期在濕潤條件下生長，有效抵抗干旱。

戶外安裝在地表上，直接為新植的林木澆水，可省水省工。

可制作成室內(nèi)專用水箱，用于盆景、花木的澆水，可節(jié)水、省工并防止過多澆水。

實施推廣情況

2009年7月，在湖南省邵陽縣經(jīng)縣農(nóng)業(yè)局和縣科技局立項，推廣面積800多畝。實驗果樹與對照樹比較，表現(xiàn)出明顯的生長優(yōu)勢和結(jié)果優(yōu)勢。

2009年5月開始，在珠海市白蕉盆景基地試用。集雨器工作正常，盆景生長優(yōu)勢明顯。

2009年5月開始，在珠海市紅山大樹移植基地試用。實施時，滴水狀態(tài)完全符合澆水要求。

2011年9月3號開始，在中山市坦洲鎮(zhèn)海倫堡20棟樓頂花園試用。實驗發(fā)現(xiàn)集雨節(jié)水器滲漏滴灌速度前后基本相等，供水均勻可靠。

在珠海市一職校溫室大棚模擬實驗。連續(xù)觀察2個月，集雨器供水穩(wěn)定可靠，植物生長良好。

該項目獲得第27屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科技發(fā)明類一等獎。

專家評語

該項目利用雨水采集器，并利用虹吸原理實現(xiàn)對植物抗旱供水，項目有實用價值，發(fā)明點多，申報材料齊全，翔實。