一种用于高陡边坡生态修复的地下智能化滴灌系统及控制方法与流程

本发明涉及边坡生态修复及节水灌溉领域，具体为一种用于高陡边坡生态修复的地下智能化滴灌系统及控制方法。

背景技术：

针对高陡边坡的生态修复，当前多在坡体表面喷射生态护坡基材来营造适宜的植被生境。为加强生态护坡基材在坡体上的稳定性，一般需在生态护坡基材内距原坡面5-6cm处布设加筋层，该加筋层由平行于坡面的加筋网和垂直于坡面的锚固构件构成。

高陡边坡水平投影面积小，坡体承接及截留的自然降雨量非常有限，在对其进行生态修复的过程中，当前多采用地上自动喷灌或人力手工浇灌的方式补充坡体土壤水分，以满足植物的生长需要。地上自动喷灌存在两大弊端：其一，陡坡蓄积地表径流能力差，在重力作用下，所喷洒的绝大部分水来不及被坡体土壤吸收，便直接沿坡表面汇流至坡脚，造成水资源的极大浪费；其二，边坡大多凹凸不平，地上自动喷灌系统无法全面覆盖整个坡面，会遗留众多死角，位于这些部位的植物将受到严重的干旱胁迫，从而导致局部斑秃与边坡生态修复效果的不统一。人力手工浇灌虽可根据需要对坡体土壤随时足量补水，但其劳动量大、安全系数低，且在坡高面陡的立地条件下，操作极不便捷，亦会遗留部分死角。

技术实现要素：

针对背景技术中的不足，本发明提出了一种用于高陡边坡生态修复的地下智能化滴灌系统及控制方法，可使整个坡体生态护坡基材中的含水率均匀的维持在一个合理的区间，以满足植物生长需要。

为了解决上述技术问题，本发明提出以下技术方案：一种用于高陡边坡生态修复的地下智能化滴灌系统，它包括输水系统、监测系统和处理系统；

所述输水系统包括支管、主管和毛细管网，所述主管外接水源，沿坡面横向布设；所述支管沿坡面纵向布设，并和主管交叉相连通；所述支管和主管交叉布置将边坡划分为多个片区，每个片区为一个输水单元；所述每个输水单元内都铺设有毛细管网，所述毛细管网与支管相连通，所述毛细管网和支管的连通处设置有电磁阀，所述电磁阀控制管路的连通和关闭，所述毛细管网上设置有多个出水圆孔；所述支管、主管和毛细管网都通过锚固构件固定在距离坡面的5-6cm处，并覆盖整个坡体表面。

所述监测系统包括土壤湿度传感器，所述土壤湿度传感器实时监测、采集土壤湿度信息，并转化为电信号传入到处理系统，所述处理系统的信号输出端与电磁阀相连。

所述处理系统能够接受监测系统所传输的电信号，并将电信号处理之后反馈到监测系统的电磁阀控制其开启和关闭。

所述主管采用柔性塑料制作而成，主管横截面为圆环状，内径3-4cm，壁厚3-5mm，最大拉伸力不小于20kn/m，沿坡面横向布设，纵向间距5-10m，为整个输水系统提供充足的水分和水压。

所述支管采用柔性塑料制作而成，支管横截面为圆环状，内径2-3cm，壁厚3-5mm，最大拉伸力不小于20kn/m，沿坡面纵向布设，横向间距2-2.5m。

所述毛细管网单丝的横截面为圆环状，内径2-3mm，壁厚1-2mm，毛细管网单眼网孔为等边多边形，内切圆直径5-7.5cm，最大拉伸力不小于6.0kn/m。

所述出水圆孔的孔径0.5-0.7mm，孔距0.5-0.8m。

采用任意一项智能化滴灌系统控制方法，它包括以下步骤：

第一步，通过监测系统将土壤湿度转换成电信号，并传递给处理系统；

第二步，将单个输水单元上所有传感器的湿度信息汇总，将x-y坐标设为传感器的位置点，z坐标设为土壤湿度，用最小二乘法对该输水单元内所有的点进行拟合，构建出此时该输水单元的位置-湿度三维曲面；当位置-湿度曲面上存在多于1/20的点低于设定的最低湿度阈值时，认为需要进行滴灌，处理系统输出信号，支管与毛细管网接通，水流输向毛细管网，并通过出水圆孔渗入土壤，滴灌开始；滴灌持续进行，传感器不断传输所在点的湿度，当位置-湿度曲面上少于1/20的点低于设定的最低湿度阈值时，认为可以停止滴灌，处理系统输出信号，支管与毛细管网之间的水路自动断开，滴灌停止。

本发明的有益效果为：

1.本发明所提出的输水系统除了可对坡体土壤自动供水外，还替代了原有加筋层，集输水与加固生态护坡基材双重功效于一体，有效的节省了自然资源。

2.输水系统由柔性材料制成，依据边坡形态全面覆盖于整个坡体，摒弃了边坡表面凹凸不平的影响，从而促使滴灌部位不留死角，有利于植物生长与生态修复效果的统一化。

3.根据坡体土壤湿度情况实施壤中自动滴灌，勿需人力投入，滴灌的水无浪费，智能化与水源利用程度极高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1为本发明的平面布置图。

图2为本发明的平面放大图。

图3为本发明的剖面图。

图4为本发明的剖面放大图。

图中：1-支管、2-主管、3-毛细管网、4-电磁阀、5-土壤湿度传感器、6-出水圆孔、7-坡面、8-锚固构件、9-生态护坡基材、10-剖面放大标记。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。

实施例1：

一种用于高陡边坡生态修复的地下智能化滴灌系统，它包括输水系统、监测系统和处理系统。所述输水系统包括支管1、主管2和毛细管网3，所述主管2外接水源，沿坡面7横向布设；所述支管1沿坡面7纵向布设，并和主管2交叉相连通；所述支管1和主管2交叉布置将边坡划分为多个片区，每个片区为一个输水单元；所述每个输水单元内都铺设有毛细管网3，所述毛细管网3与支管1相连通，所述毛细管网3和支管1的连通处设置有电磁阀4，所述电磁阀4控制管路的连通和关闭，所述毛细管网3上设置有多个出水圆孔6；所述支管1、主管2和毛细管网3都通过锚固构件8固定在距坡面7的5-6cm处，并覆盖整个坡体表面。整个坡体全面覆盖，兼作加筋层，具备输水与加固生态护坡基材的两重功能。

进一步的，所述监测系统包括土壤湿度传感器5，所述土壤湿度传感器5实时监测、采集土壤湿度信息，并转化为电信号传入到处理系统，所述处理系统的信号输出端与电磁阀4相连。

优选的，所述土壤湿度传感器5选用yl-69型传感器，固定在毛细管网3上相邻两出水圆孔6的正中间，形成与出水圆孔6纵横交错的正方形；金属缆线固定在毛细管网3上，用于传递各土壤湿度传感器5的信号；土壤湿度传感器5将土壤湿度转换成前端模拟电压接入模拟输出口，并利用a/d转换芯片进行数字化处理，处理结果汇入处理系统；整个传感系统除土壤湿度传感器5的探头外，其余部分均外包绝缘层。

进一步的，所述处理系统能够接受监测系统所传输的电信号，并将电信号处理之后反馈到监测系统的电磁阀4控制其开启和关闭。

优选的，所述的处理系统包括单片机、集成电路、电池、继电器、电磁阀构件；单片机使用at89s52型号，其联合集成电路用于写入程序，并控制滴灌系统；电池为整个系统提供电力；继电器用以控制电磁阀4启闭；电磁阀4设置于输水系统支管1与毛细管网3的连接处；除电磁阀4外，处理系统的其他构件均放置于绝缘防水的盒子中，且埋设于地下，其顶部覆盖土层厚度为5cm，一个处理系统控制一个输水单元。

进一步的，所述主管2采用柔性塑料制作而成，主管2横截面为圆环状，内径3-4cm，壁厚3-5mm，最大拉伸力不小于20kn/m，沿坡面横向布设，纵向间距5-10m，为整个输水系统提供充足的水分和水压。

进一步的，所述支管1采用柔性塑料制作而成，支管1横截面为圆环状，内径2-3cm，壁厚3-5mm，最大拉伸力不小于20kn/m，沿坡面纵向布设，横向间距2-2.5m。

进一步的，所述毛细管网3单丝的横截面为圆环状，内径2-3mm，壁厚1-2mm，毛细管网3单眼网孔为等边多边形，内切圆直径5-7.5cm，最大拉伸力不小于6.0kn/m。

进一步的，所述出水圆孔6的孔径0.5-0.7mm，孔距0.5-0.8m。

实施例2：

采用智能化滴灌系统控制方法，它包括以下步骤：

处理系统装上电池，打开开关，监测系统与处理系统通电，yl-69传感器5将土壤湿度转换成电信号，并通过金属缆线传递给单片机；将单个输水单元上所有传感器5的湿度信息汇总，x-y坐标为传感器5的位置点，z坐标为土壤湿度，用最小二乘法对该输水单元内所有的点进行拟合，构建出此时该输水单元的位置-湿度三维曲面；

此时位置-湿度曲面上存在多于1/20的点低于设定的最低湿度阈值，认为需要进行滴灌，单片机输出信号，继电器闭合，电磁阀4打开，支管1与毛细管网3接通，水流输向毛细管网3，并通过出水圆孔6渗入土壤，滴灌开始；滴灌持续进行，传感器5不断传输所在点的湿度，两分钟以后位置-湿度曲面上少于1/20的点低于设定的最低湿度阈值时，认为可以停止滴灌，单片机输出信号，继电器断开，电磁阀4闭合，支管1与毛细管网3之间的水路自动断开，滴灌停止。

通过上述的说明内容，本领域技术人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改都在本发明的保护范围之内。本发明的未尽事宜，属于本领域技术人员的公知常识。