技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明屬于集水灌溉領(lǐng)域，具體涉及一種適用于干旱地區(qū)的集水增質(zhì)灌溉系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
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中國(guó)是一個(gè)缺水嚴(yán)重的國(guó)家，干旱自然成為我國(guó)農(nóng)業(yè)最主要的自然災(zāi)害，從1949年到1998年，全國(guó)平均每年受旱災(zāi)面積為3.24億畝，約占全國(guó)播種面積的17％。到1998年底，我國(guó)有效灌溉面積為8.01億畝，雖然生產(chǎn)了占全國(guó)67％的糧食、60％的經(jīng)濟(jì)作物和80％的蔬菜，但卻耗費(fèi)了大量的灌溉用水。據(jù)估算，2000年我國(guó)農(nóng)業(yè)年用水量高達(dá)4000億立方米，約占全國(guó)總用水量的69％。農(nóng)業(yè)用水在我國(guó)總用水量中占據(jù)著較大比例，在水資源嚴(yán)重缺乏的情況下我國(guó)農(nóng)業(yè)水的利用效率并不高，浪費(fèi)嚴(yán)重，農(nóng)田灌溉水有效利用系數(shù)為0.43，遠(yuǎn)低于世界發(fā)達(dá)國(guó)家的0．8千克／立方米，與世界先進(jìn)水平2.0千克／立方米還有很大差距，以色列的作物水分生產(chǎn)效率可達(dá)到2.2克／立方米，顯示著我國(guó)農(nóng)業(yè)具有極大的節(jié)水潛力。在水資源短缺的條件下，灌溉農(nóng)業(yè)能否實(shí)現(xiàn)高效率用水、提高作物產(chǎn)量，直接影響到農(nóng)業(yè)的持續(xù)發(fā)展。

隨著科技的發(fā)展，新的灌溉技術(shù)不斷涌現(xiàn)。噴灌技術(shù)與傳統(tǒng)的地面灌溉相比省水30－50%，它能根據(jù)土壤質(zhì)地進(jìn)行調(diào)整噴灑范圍和噴灌強(qiáng)度，不會(huì)產(chǎn)生沖刷，避免水、土、肥的流失。同時(shí)可節(jié)省占總面積7%－13%的田間溝渠占地，提高土地利用率。噴灌適應(yīng)性強(qiáng)，不受地形坡度和土壤透水性的限制，最適宜地面灌水方法難以實(shí)現(xiàn)的山丘區(qū)地形復(fù)雜的地方進(jìn)行灌溉。滴灌技術(shù)是一種更為節(jié)水的灌溉方式，它利用低壓管道系統(tǒng)，使灌溉水成點(diǎn)滴地、緩慢地、均勻而又定量地浸潤(rùn)作物根系最發(fā)達(dá)的區(qū)域，使作物主要根系活動(dòng)區(qū)的土壤始終保持在最優(yōu)含水狀態(tài)的一種灌溉技術(shù)。滴灌不破壞表土的結(jié)構(gòu)，不會(huì)產(chǎn)生地表經(jīng)流，可以大大地減少棵間蒸發(fā)量，是一種最節(jié)水的灌溉技術(shù)，一般比地面灌省水45%－65%，比噴灌省水15%－25%。微灌是利用微灌系統(tǒng)，將有壓力的水輸送分配到田間，通過(guò)灌水器以微小的流量濕潤(rùn)作物根：即附近土壤的一種局部灌水技術(shù)，能省水80%以上。但微灌易堵塞、投資較高，而無(wú)法推廣。這幾種灌溉方式確是節(jié)約了不少水，但是在干旱缺水的地方灌溉效率則會(huì)大大降低，也無(wú)法的實(shí)現(xiàn)水肥一體化。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的是設(shè)計(jì)出一種兼顧滲灌和水肥一體化雙重理念，同時(shí)利用太陽(yáng)能和風(fēng)能在干旱地區(qū)進(jìn)行水汽的收集、定向增質(zhì)、營(yíng)養(yǎng)輸送的集水增質(zhì)灌溉系統(tǒng)。

為了達(dá)到發(fā)明的目的采用的技術(shù)方案：一種集水增質(zhì)灌溉系統(tǒng)，包括風(fēng)力傳動(dòng)裝置、反向風(fēng)扇以及冷凝器和冷凝水收集箱，用于引風(fēng)的電機(jī)通過(guò)支架豎向安裝于漏斗狀匯流體的中部，反向風(fēng)扇安裝于電機(jī)的轉(zhuǎn)軸下端，同時(shí)電機(jī)的轉(zhuǎn)軸上端通過(guò)單向聯(lián)軸器安裝有風(fēng)力傳動(dòng)裝置；所述漏斗狀匯流體的下方依次設(shè)置有冷凝器和冷凝水收集箱，以及設(shè)置有輔助冷卻系統(tǒng)；所述冷凝器埋于地下與底層進(jìn)行冷熱交換，該冷凝器包括位于軸心區(qū)的排氣通道和位于排氣通道周邊的多根水氣通道，多根水氣通道與來(lái)自漏斗狀匯流體的空氣連通，多根水氣通道匯流于冷凝水收集箱，從冷凝水收集箱排除的干冷空氣從所述排氣通道排除；所述輔助冷卻系統(tǒng)位于多根水氣通道和冷凝水收集箱的連接區(qū)域；還設(shè)置有太陽(yáng)能供電系統(tǒng)和蓄電裝置作為電源，該電源為所述電機(jī)和輔助冷卻系統(tǒng)供電。在所述多根水氣通道和排氣通道通過(guò)之間設(shè)置有隔熱夾層。

在冷凝器的多根水氣通道底部設(shè)置有防蒸發(fā)反向漏斗，并在冷凝水收集箱內(nèi)設(shè)置有防蒸發(fā)導(dǎo)流板，該防蒸發(fā)導(dǎo)流板套裝于防蒸發(fā)反向漏斗出口的外側(cè)，并且防蒸發(fā)導(dǎo)流板的周邊與冷凝水收集箱內(nèi)壁連接，在防蒸發(fā)導(dǎo)流板的最低面設(shè)置有回水口。

在所述冷凝水收集箱一側(cè)安裝有電解池，冷凝水收集箱與電解池連通，在電解池內(nèi)安裝有正負(fù)電極，該正負(fù)電極分別與電源的正負(fù)輸出端連接；電解池設(shè)置有用于滲灌的多空排管。

本發(fā)明具有如下有益效果：本系統(tǒng)主要分為兩大模塊。一是水的收集，二是水的利用。收集階段：無(wú)風(fēng)時(shí)可由太陽(yáng)能發(fā)電板收集的電能驅(qū)動(dòng)扇葉，利用風(fēng)力將含有水汽的空氣吹入集水冷凝管中，使水汽冷凝下流入集水冷凝管下端的冷凝水收集箱中。本裝置主要在夜間集水，白天也可進(jìn)行集水工作。利用階段：冷凝水收集箱下端開孔接各個(gè)電解裝置，電解裝置后接導(dǎo)流管，通過(guò)導(dǎo)流管將電解液導(dǎo)到植物根部。每個(gè)分支的電解裝置由不可降解且具有硬塑性的材料制成。電解裝置內(nèi)置由植物所需的微量元素單質(zhì)制成的材料棒（如：鐵、鋅等），電源置于地表。植物需肥時(shí)，也可配置一定濃度的營(yíng)養(yǎng)液加入本裝置中直接給液送營(yíng)養(yǎng)。利用太陽(yáng)能為驅(qū)動(dòng)裝置、電解裝置提供能量。

本發(fā)明利用溫差和滲灌原理使收集空氣中的水能夠輸送到植物根部。利用電解原理得到所需微量元素離子，通過(guò)收集的灌溉水運(yùn)輸微量元素離子使植物定向增質(zhì)。

本發(fā)明集水增質(zhì)灌溉系統(tǒng)集中滲灌和水肥一體化雙重優(yōu)勢(shì)，外加在干旱地區(qū)水汽的收集和定向增質(zhì)實(shí)現(xiàn)了本系統(tǒng)功能最大化。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是圖1中進(jìn)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是圖1中冷卻系統(tǒng)的局部結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是圖3中a-a剖面結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是增質(zhì)灌溉裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)號(hào)：1為電機(jī)，2為防塵罩，3為反向風(fēng)扇，4為漏斗狀匯流體，5為可斷開接口，6為控制閥門，7為太陽(yáng)能電板，8為導(dǎo)線，9為冷凝器，91為排氣通道，92為水氣通道，10為防蒸發(fā)反向漏斗，11為冷凝水收集箱，12為冷凝水，13為電解池，14為導(dǎo)流管，15為風(fēng)力傳動(dòng)裝置，16為電極，17為可控閥門，18為電解液，19為多孔排管，20為風(fēng)力轉(zhuǎn)軸，21為單向聯(lián)軸器，22為電機(jī)轉(zhuǎn)軸，23為進(jìn)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的支架，24為輔助支架，25為連桿，26為防蒸發(fā)導(dǎo)流板,27為排氣口，28為輔助制冷系統(tǒng)的制冷區(qū)，29為地層，30為隔熱夾層。

具體實(shí)施方式：

參見圖1所述的集水增質(zhì)灌溉系統(tǒng)包括潮濕空氣吸收、冷凝和電解養(yǎng)分輸送三大部分。系統(tǒng)自上而下依次包括風(fēng)力傳動(dòng)裝置、電機(jī)1、反向風(fēng)扇3、冷凝器9、冷凝水收集箱11和輔助冷卻系統(tǒng)，還設(shè)置有太陽(yáng)能供電系統(tǒng)和蓄電裝置作為電源，該電源為所述電機(jī)1和輔助冷卻系統(tǒng)供電。

為了達(dá)到利用風(fēng)能驅(qū)動(dòng)引風(fēng)的同時(shí)再配合電機(jī)1驅(qū)動(dòng)引風(fēng)的目的，將電機(jī)1豎向安裝于漏斗狀匯流體4的中部，電機(jī)1的轉(zhuǎn)軸兩端同時(shí)伸出機(jī)殼外。參見圖2，反向風(fēng)扇3安裝于電機(jī)1的下端轉(zhuǎn)軸上，電機(jī)1的上端轉(zhuǎn)軸通過(guò)單向聯(lián)軸器安裝有風(fēng)力傳動(dòng)裝置。進(jìn)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的支架固定在漏斗狀匯流體4的上端，設(shè)置有軸承座并安裝有軸承，風(fēng)力傳動(dòng)裝置的轉(zhuǎn)軸套裝于軸承內(nèi)。進(jìn)風(fēng)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的支架表面設(shè)置有防塵罩2。

漏斗狀匯流體4的下方依次設(shè)置有冷凝器9和冷凝水收集箱11，并通過(guò)可斷接口連接，以及設(shè)置有控制閥門。為了提高整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，可以在其一側(cè)設(shè)置輔助支架，通過(guò)連桿將輔助之間與系統(tǒng)中的支架固定連接在一起。

參見圖3和圖4，冷凝器9埋于地下與底層進(jìn)行冷熱交換，該冷凝器9包括位于軸向的排氣通道和位于周邊的多根水氣通道，多根水氣通道與來(lái)自漏斗狀匯流體4的空氣連通，多根水氣通道匯流于冷凝水收集箱11，從冷凝水收集箱11排除的干冷空氣從所述排氣通道排除。輔助冷卻系統(tǒng)的制冷區(qū)28位于多根水氣通道和冷凝水收集箱的連接區(qū)域。在所述多根水氣通道和排氣通道通過(guò)之間設(shè)置有隔熱夾層30。該系統(tǒng)首先通過(guò)底層進(jìn)行冷熱交換，初步冷熱交換的較冷空氣又被輔助冷卻系統(tǒng)制冷，從而使含有水汽的溫?zé)峥諝庾優(yōu)楦衫淇諝馀懦粝吕淠?。通過(guò)底層進(jìn)行初步熱交換后，氣流溫度已經(jīng)較低，能夠極大程度上降低輔助制冷系統(tǒng)的能耗。

從圖3中可見，在冷凝器9的多根水氣通道底部設(shè)置有防蒸發(fā)反向漏斗，并在冷凝水收集箱11內(nèi)設(shè)置有防蒸發(fā)導(dǎo)流板，該防蒸發(fā)導(dǎo)流板套裝于防蒸發(fā)反向漏斗出口的外側(cè)，并且防蒸發(fā)導(dǎo)流板的周邊與冷凝水收集箱11內(nèi)壁連接，在防蒸發(fā)導(dǎo)流板的最低面設(shè)置有回水口。

參見圖5，在所述冷凝水收集箱11一側(cè)安裝有電解池13，冷凝水收集箱11與電解池13連通，在電解池13內(nèi)安裝有正負(fù)電極，該正負(fù)電極分別與電源的正負(fù)輸出端連接；電解池13設(shè)置有用于滲灌的多空排管。

對(duì)于潮濕空氣吸收裝置，考慮到干燥地區(qū)空氣中水分相對(duì)較少特意增大了空氣入口面積并增設(shè)反向風(fēng)扇3引流，風(fēng)扇由太陽(yáng)能板提供電能或風(fēng)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化全天候工作，頂部風(fēng)力傳動(dòng)裝置15起到輔助作用帶動(dòng)反向風(fēng)扇工作，頂部增設(shè)防塵罩2減少和過(guò)濾顆粒物防止堵塞，漏斗狀設(shè)計(jì)增強(qiáng)了匯流效果，收集裝置下端設(shè)計(jì)可斷開接口5和控制閥門6，方便檢修和外加營(yíng)養(yǎng)液。對(duì)于冷凝器9，考慮到儀器相對(duì)較小、埋深較淺，特采用多根集結(jié)一起的有效冷凝管合并而成的冷凝器9，增加所吸收空氣的有效冷凝面，大大提高了冷凝效果和水分收集效率，有針對(duì)性的解決了埋深淺、冷凝面積小的問(wèn)題。冷凝管采用金屬輕薄材質(zhì)制作以增強(qiáng)冷凝效果。電解養(yǎng)分輸送裝置由冷凝水收集箱11、電解池13、導(dǎo)流管14和基于滲灌原理的相應(yīng)裝置組成，其中冷凝水收集箱采用反扣漏斗狀設(shè)計(jì)以減少水分蒸發(fā)，基于電解原理通過(guò)對(duì)電極的電解作用達(dá)到增加灌溉水中植物所需微量元素的量實(shí)現(xiàn)水肥一體化，必要時(shí)可人為添加營(yíng)養(yǎng)液，電解池采用易拆卸設(shè)計(jì)置于冷凝水收集箱外側(cè)，便于維護(hù)和修理。導(dǎo)流管采用地下滲灌技術(shù)原理，有效的提高水分輸送和利用，可實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離的引流作用。在導(dǎo)流管靠近植物根系的部分采用多孔導(dǎo)流管19，多孔導(dǎo)流管內(nèi)外附壓雙層紗布，過(guò)水不過(guò)沙，來(lái)防止根系入侵和負(fù)壓吸泥。

如圖2所示，頂部收集裝置大體呈漏斗狀，含有水分的空氣經(jīng)由風(fēng)力傳動(dòng)裝置15及反向風(fēng)扇3的吸力作用經(jīng)過(guò)防塵罩2進(jìn)入裝置內(nèi)部，寬大的收集面保證了收集效率，風(fēng)扇的吸力作用提高了收集效率，防塵罩的使用減少了異物的進(jìn)入防止堵塞管道。

如圖3所示，頂部反向風(fēng)扇所吸收的含有水分的空氣進(jìn)入冷凝器，在冷凝器的冷凝作用下水分由氣態(tài)轉(zhuǎn)換為液態(tài)達(dá)到水分的收集目的。液體進(jìn)入冷凝水收集盒11后經(jīng)匯流作用匯聚，防蒸發(fā)反向漏斗設(shè)計(jì)10有效的減少了水分的蒸發(fā)損失。