園林環(huán)保型節(jié)水滴灌裝置設(shè)計(jì)①

郭思遠(yuǎn) 錢可敦 徐芯蕾

（南京林業(yè)大學(xué)風(fēng)景園林學(xué)院 江蘇南京 210037）

采用設(shè)施園藝滴灌技術(shù)進(jìn)行灌溉的過(guò)程中，可以改善傳統(tǒng)大水漫灌不到位的情況，減少了灌溉用水的使用量，同時(shí)使得灌溉的到位性更加良好，提高農(nóng)作物的品質(zhì)，增加農(nóng)作物的收益[1]。傳統(tǒng)的溝畦灌水方式灌水量較大，使設(shè)施土壤受到較多的沖刷、壓實(shí)與侵蝕，若不及時(shí)中耕松土，會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重板結(jié)，通氣性下降，土壤結(jié)構(gòu)遭到一定程度破壞。而滴灌屬微量灌溉，水分緩慢均勻地滲入土壤，可以保持土壤結(jié)構(gòu)，并形成適宜的土壤水、肥、熱環(huán)境[2]。滴灌屬全管道輸水與局部微量灌溉，使水分地滲漏與損失降到最低限度。同時(shí)，又能做到適時(shí)供應(yīng)作物根區(qū)所需水分，不存在外圍水的損失問(wèn)題，又使水的利用效率極大提高[3]。

1 滴灌技術(shù)

1.1 研究的迫切性

滴灌技術(shù)作為先進(jìn)的精細(xì)澆灌技術(shù)，對(duì)設(shè)備有很高要求。雖然成套的滴灌設(shè)備在我國(guó)已經(jīng)能獨(dú)立生產(chǎn)，但部分關(guān)鍵部件的制造仍存在欠缺。如我國(guó)生產(chǎn)的滴頭在抗堵塞、抗老化方面性能不穩(wěn)定。而進(jìn)口滴灌設(shè)備質(zhì)量雖好，但成本過(guò)高，難以普及。

由于林木體積、生長(zhǎng)習(xí)性不同，單位面積所需滴灌的水量具有一定的差異。但部分農(nóng)民為圖方便，采取粗放的統(tǒng)一澆灌方式，造成部分苗木灌水量過(guò)大、灌水時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，而部分苗木面臨灌水量少、灌水時(shí)間短的問(wèn)題。另外，現(xiàn)有園林滴灌裝置中的滴灌口多為統(tǒng)一設(shè)計(jì)，均勻分布，無(wú)法一次性對(duì)不同體積的林木進(jìn)行不同水量的滴灌作業(yè)，造成水源浪費(fèi)。

滴灌系統(tǒng)工程通常為較小工程，由于基層水利部門科技人員數(shù)量缺乏且理論水平較低，在滴灌裝置的設(shè)計(jì)、組裝、使用中缺乏科學(xué)的理論指導(dǎo)與技術(shù)支撐。很多農(nóng)業(yè)工人是臨時(shí)組織起來(lái)進(jìn)行滴灌裝置的安裝，對(duì)于部件的安裝方式只能粗略模仿，加之部分滴灌裝置的拆組安裝過(guò)于復(fù)雜，很容易造成滴灌設(shè)備的使用出現(xiàn)問(wèn)題，質(zhì)量難以保證。

滴灌對(duì)水質(zhì)要求較高，不但需要配備質(zhì)量較好的過(guò)濾器，還要定期沖洗過(guò)濾網(wǎng)與滴灌帶，若治理不到位，可能會(huì)造成滴灌帶（管）的堵塞，導(dǎo)致出水量變小，灌水不均勻，甚至造成整個(gè)滴灌系統(tǒng)癱瘓[4]。目前市面上很多滴灌裝置的過(guò)濾器不便拆卸進(jìn)行清洗，而且篩網(wǎng)承擔(dān)主要過(guò)濾功能，使用壽命不長(zhǎng)，效果不佳。

很多地區(qū)的滴灌用水為自來(lái)水，但由于自來(lái)水中含有凈化劑、消毒劑等化學(xué)物質(zhì)，對(duì)植物的生長(zhǎng)不利。收集雨水進(jìn)行灌溉，既生態(tài)節(jié)能，又有利于植物生長(zhǎng)，然而，部分地區(qū)雖然響應(yīng)國(guó)家促生態(tài)的號(hào)召，但由于氣候問(wèn)題，收集的雨水不能滿足農(nóng)業(yè)灌溉用水，雨水滴灌難以實(shí)施。因此，農(nóng)業(yè)節(jié)水滴灌裝置急需進(jìn)一步研究，以改善目前滴灌技術(shù)中存在的各項(xiàng)問(wèn)題。

2 環(huán)保型節(jié)水滴灌裝置設(shè)計(jì)方案

2.1 雨水收集箱

設(shè)計(jì)后的雨水收集箱見(jiàn)圖1，上端活動(dòng)安裝蓋體，蓋體下端固定安裝卡接體，卡接體呈圓環(huán)柱結(jié)構(gòu)，雨水收集箱上端固定開(kāi)設(shè)卡槽，卡接體與卡槽相適配。雨水收集箱右端固定安裝第一出水管道與第二出水管道，第一出水管道右端螺紋連接第一阻水件，第二出水管道右端螺紋連接連接管，連接管右端螺紋連接抽水泵。雨水收集箱左端固定安裝第一入水管道與第二入水管道。第一出水管道、第二出水管道、第一入水管道與第二入水管道皆為同種結(jié)構(gòu)。2個(gè)出水管道與入水管道的設(shè)置，提高了入水與出水速率，同時(shí)避免了單個(gè)管道堵塞或損壞造成無(wú)法進(jìn)行滴灌作業(yè)的現(xiàn)象。第一入水管道左端螺紋連接第三阻水件，第三阻水件與第一阻水件同種結(jié)構(gòu)，第二入水管道左端螺紋連接入水管體，阻水件的螺紋連接設(shè)置，易于安裝與拆卸，取用方便。雨水收集箱內(nèi)部固定安裝支撐塊，支撐塊的設(shè)置利于濾網(wǎng)的安裝與清潔，而濾網(wǎng)的設(shè)置，對(duì)水管接入自來(lái)水或收集雨水有過(guò)濾凈化的作用，避免了后期滴灌針頭的堵塞。

2.2 活動(dòng)水管與外接水管

活動(dòng)水管與外接水管見(jiàn)圖2，抽水泵右端螺紋連接活動(dòng)水管，活動(dòng)水管前端螺紋連接第二阻水件與外接水管，外接水管前端螺紋連接滴灌針頭?；顒?dòng)水管左端邊側(cè)固定設(shè)置第一外螺紋，活動(dòng)水管左端固定安裝螺紋體，活動(dòng)水管前端均勻開(kāi)設(shè)螺紋槽，螺紋體呈中空結(jié)構(gòu)，與螺紋槽相適配。螺紋體的設(shè)置，可使多個(gè)活動(dòng)水管相互連接使用，利于對(duì)不同面積的園林進(jìn)行滴灌作業(yè)。外接水管上端邊側(cè)固定設(shè)置第二外螺紋，第二外螺紋與螺紋槽相適配，外接水管下端內(nèi)壁固定設(shè)置第一內(nèi)螺紋，第一內(nèi)螺紋與滴灌針頭上端邊側(cè)相適配，通過(guò)滴灌針頭可拆卸設(shè)置，利于更換不同孔徑的滴灌針頭，針對(duì)不同粗細(xì)的林木澆灌。

圖2 活動(dòng)水管與外接水管拆分結(jié)構(gòu)示意圖

2.3 第二內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)

抽水泵右端固定開(kāi)設(shè)第二內(nèi)螺紋，第二內(nèi)螺紋與第一外螺紋相適配，見(jiàn)圖3。

圖3 第二內(nèi)螺紋結(jié)構(gòu)示意圖

3 環(huán)保型節(jié)水滴灌裝置工作原理及性能分析

使用雨水收集箱收集雨水，或使用自來(lái)水管連接水管體，注滿雨水收集箱，根據(jù)園林待滴灌林木的占地面積、生長(zhǎng)習(xí)性，選擇使用多個(gè)活動(dòng)水管，將活動(dòng)水管左端固定安裝的螺紋體連接至活動(dòng)水管前端固定開(kāi)設(shè)的螺紋槽中，即可實(shí)現(xiàn)2個(gè)活動(dòng)水管的相互連接，根據(jù)園林林木的粗細(xì)程度，將第二阻水件轉(zhuǎn)動(dòng)取出，將多個(gè)外接水管與螺紋槽進(jìn)行螺紋連接固定，通過(guò)多個(gè)外接水管將多個(gè)滴灌針頭插入林木附近的土地中，即可實(shí)現(xiàn)較粗林木的多滴灌溉，或選用不同孔徑的滴灌針頭以實(shí)現(xiàn)不同的出水面積，即可完成滴灌操作。滴灌裝置結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 滴灌裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4 環(huán)保型節(jié)水滴灌裝置創(chuàng)新及應(yīng)用

4.1 合理安排灌溉順序

目前，市場(chǎng)上主要存在的問(wèn)題是園林植物由于干旱需要灌水時(shí)，受植物多樣性制約、灌水設(shè)備與勞力條件限制，滴灌裝置不能完全滿足各類植物的水分需求，并出現(xiàn)部分水源浪費(fèi)的現(xiàn)象。該滴灌裝置多尺寸孔徑與阻水件的設(shè)置能有效根據(jù)原來(lái)植物需水的“輕重緩急”，合理安排灌水順序。如新栽植的植物、小苗、觀花草木與灌木等由于植物根系較淺，抗旱能力差，還有部分闊葉樹(shù)蒸發(fā)量大，故此類植物需要優(yōu)先灌水?？赏ㄟ^(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)此類植物所在土壤處的活動(dòng)水管上的阻水件，將其取出，實(shí)現(xiàn)該類植物的優(yōu)先灌溉。

4.2 靈活匹配滴灌水量

水分對(duì)植物生長(zhǎng)發(fā)育起關(guān)鍵作用，不同季節(jié)、不同生長(zhǎng)階段所需的灌水量不同，因此，要合理化配置相應(yīng)灌溉裝置。該滴灌裝置能在園林栽培作業(yè)中實(shí)現(xiàn)一次性對(duì)不同體積的林木進(jìn)行不同水量的滴灌，發(fā)揮滴灌的機(jī)械化，自動(dòng)化優(yōu)勢(shì)。而在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)逐漸大規(guī)?；那疤嵯?，經(jīng)濟(jì)環(huán)保的灌溉裝置將更受市場(chǎng)青睞。故該裝置通過(guò)螺紋體與螺紋槽的設(shè)置，以及活動(dòng)水管與外接水管的相互連接，利于不同孔徑的靈活變化。且外接水管上連接的滴灌針頭也可根據(jù)不同孔徑實(shí)現(xiàn)不同的出水面積。整個(gè)裝置2處多孔徑設(shè)置使其針對(duì)灌溉的植物種類更加多樣。植物需水量隨著其生長(zhǎng)繁殖不斷增加，故通過(guò)不斷將外接水管連接于活動(dòng)水管上的大孔徑，以及不斷換用大孔徑的滴灌針頭進(jìn)行灌溉來(lái)滿足林木的生長(zhǎng)發(fā)育，可以提高灌溉效率，改善現(xiàn)有園林滴灌裝置中的灌溉口因多為均勻分布而造成的水源浪費(fèi)問(wèn)題，達(dá)到節(jié)水增產(chǎn)的效果，共同發(fā)揮經(jīng)濟(jì)效益與生態(tài)效益。

4.3 提效率、穩(wěn)性能、降風(fēng)險(xiǎn)

該裝置2組出、入水管道的設(shè)置，提高了工作效率。2組入水管道的安置明顯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組出水管道保證了多方位多種類的灌溉，便于采用多個(gè)抽水泵進(jìn)行灌溉工作，提高了灌溉效率，為園林栽培大規(guī)模作業(yè)奠定基礎(chǔ)。近年，市面上的滴灌設(shè)備多存在耗管材多，管道與滴頭易堵塞等問(wèn)題，維護(hù)成本較高。而該裝置2組出入水管道的設(shè)置在一定程度上保證了作業(yè)時(shí)灌溉的穩(wěn)定性，單個(gè)管道堵塞造成無(wú)法進(jìn)出水時(shí)，滴灌工作仍能正常進(jìn)行，延長(zhǎng)了裝置的搶修時(shí)間，降低了苗木、植物等因缺少水分而影響生長(zhǎng)的風(fēng)險(xiǎn)。

4.4 集雨水、促生態(tài)；多水源、廣適用

該裝置作為園林環(huán)保型節(jié)水滴灌裝置，將節(jié)水灌溉理念運(yùn)用其中，極其迎合市場(chǎng)。通過(guò)設(shè)置雨水收集箱，實(shí)現(xiàn)雨水收集功能，節(jié)約了水資源，提高了水分利用率?，F(xiàn)代化城市發(fā)展提倡雨水花園理念，故雨水收集利用技術(shù)也應(yīng)體現(xiàn)于園林栽培技術(shù)中。該裝置的雨水收集箱內(nèi)安置濾網(wǎng)進(jìn)行過(guò)濾處理，避免出水后雜質(zhì)過(guò)多導(dǎo)致滴灌針頭堵塞。而當(dāng)天氣干旱雨水收集量過(guò)少無(wú)法滿足灌溉需求時(shí)，也可利用進(jìn)水管道進(jìn)行自來(lái)水等其他水源的收集。操作簡(jiǎn)單，適用于不同天氣條件，不同地區(qū)，不同林木，不同人群，適用范圍相當(dāng)廣泛。有效解決了市面上部分滴灌裝置對(duì)小氣候的調(diào)節(jié)作用差問(wèn)題。

4.5 易組裝、低成本、便普及

該裝置利用物理學(xué)中的傳統(tǒng)原理，裝置零件通過(guò)螺紋的匹配固定，易于安裝拆卸與組合使用，生產(chǎn)成本低。如雨水收集箱內(nèi)的濾網(wǎng)支撐塊，既保證大量雨水入箱時(shí)濾網(wǎng)放置的穩(wěn)定性，也便于濾網(wǎng)取出清潔與安裝，維護(hù)成本低，符合市場(chǎng)的量產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)，具有一定的推廣價(jià)值，且在園林的灌溉技術(shù)中，滴灌模式作為自動(dòng)化、先進(jìn)化的一種先進(jìn)灌溉技術(shù)，其本身相比于噴灌、漫灌等方式在節(jié)水方面更具優(yōu)勢(shì)。研究表明，采用滴灌進(jìn)行灌溉的植物根系相對(duì)細(xì)密，能更好地適應(yīng)土壤，汲取養(yǎng)分。故能一次性就針對(duì)不同林木進(jìn)行不同水量灌溉的滴灌裝置更加高效環(huán)保，對(duì)促進(jìn)農(nóng)業(yè)大規(guī)模生產(chǎn)的作用更大。