收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法及系统与流程

本发明涉及植被恢复的生态修复领域，特别涉及适用于干旱地区的收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法及系统。

背景技术：

我国北方及西部地区生态环境较为脆弱，一旦破坏大量土地裸露并随之荒漠化，并影响连带周边土地。因此带来了一系列环境问题，如土地荒漠化沙化严重、局部气候变化、沙尘暴日益增多等。因此，采取工程措施进行人工绿化恢复植被和生态功能，尤为重要。

目前干旱沙化土地中种树方法多种多样，使用较多的是在沙化干旱土地中种植耐旱树木和不计成本的传统浇水种树方法，介于植物成活的主要因素是水，以上传统方法在解决水的问题上，花费人力、物力成本大，而且成活率不高，要想实现干旱地区大面积绿化，显得尤为困难。近几年，一些新的研究发明在改变对干旱沙化植物传统补充水分的方式有了较大的突破。研究发现在干早或半干早沙区，凝结水是一种重要的降水形式，在影响荒漠早生植物生长、弥补蒸发蒸腾造成的土壤水分损耗、维系生物结皮生存等方面具有重要意义。

目前一些研究从凝结水方面寻找补给干旱区植物所需水分的方法，如专利cn201220638642.0涉及一种干旱荒漠区植物水分利用装置，该装置充分利用土壤凝结水容易发生的范围，利用冠层结构对凝结水形成的影响，利用较密尼龙筛网制造凝结面，促进了不同范围内吸湿水，大气水汽凝结水和土壤水汽凝结水的形成，用于一年生植物种子的萌发，以提高其成活率，从而达到充分利用干早区水资源，避免水分资源无效耗散的目的。但是该项专利在结构设计方面未能考虑对雨水和雪融水等自然水资源加以收集及利用，其次由于干旱沙漠地区风沙较大，上述专利结构设计不利于在风沙较大时候长期稳定存在。此外还有专利号为cn201420119740.2公开的一种便携式沙地凝结水收集测量装置，其包括半球型凝结水采集罩、连接管、环形凝结水汇聚槽和至少一个凝结水导出管，能够及时有效地完成凝结水收集和测量的工作量，但该装置仅适于沙地凝结水收集测量，却不能将所收集的凝结水用于干旱区植物水分的供给。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决上述技术问题，提供一种收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法，通过该方法，可以将凝结水和雨水收集利用，并将积水、防风、防晒、保温四大功能集于一体，可以达到全方位护苗和给苗木持续供应水的目的；此外，本发明还提供用于上述方法的系统。

为实现本发明的目的，本发明提供的收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法包括：

在植被外设置用于将植被根部罩住的便于引导液体流动方向的集水蓬；

在集水蓬的内部设置用于收集集水蓬内部水蒸气冷凝后形成的凝结水的内集水槽；

在集水蓬的外部设置用于收集集水蓬外部的雨水或凝结水的外集水槽；

将内集水槽和外集水槽收集的水分别引流至植被根部，以便利用收集到的雨水和凝结水对植被供水。

其中，在植被外设置用于将植被根部罩住的集水蓬包括：

在所述植被外围设置环绕植被根部的多根支撑杆；

在支撑杆顶端设置环形的顶盖，以便将多根支撑杆固定连接在一起形成支撑架；

在支撑架外罩设用于防止土地所蒸发的水蒸气外流且引导液体流动方向的保护罩；

其中，所述顶盖上设有用于供所述植被上部伸出的开口。

进一步的，在植被外设置用于将植被根部罩住的集水蓬还包括：

在所述支撑架内部设置一层或多层与所述多根支撑杆分别连接的环形圈，以便所述集水蓬内部围成上窄、下宽的锥台形空间。

其中，在集水蓬的内部设置用于收集集水蓬内部水蒸气冷凝后形成的凝结水的内集水槽是通过将环形的内集水槽卡接在所述多根支撑杆上、并使内集水槽的外缘紧抵在所述保护罩内壁的方法。

其中，在集水蓬的外部设置用于收集集水蓬外部的雨水或凝结水的外集水槽是通过将环形的外集水槽由上至下顺着所述保护罩下放并卡在所述保护罩外的方法。

其中，将内集水槽和外集水槽收集的水分别引流至植被根部包括：

在内集水槽上开设内出水口，并在内出水口与植被根部之间设置用于将内集水槽收集的凝结水引流至植被根部的内引水管；

在外集水槽上开设外出水口，并在外出水口与植被根部之间设置用于将外集水槽收集的雨水或凝结水引流至植被根部的外引水管。

进一步的，将内集水槽和外集水槽收集的水分别引流至植被根部还包括：

在所述内集水槽、外集水槽与所述植被根部之间设置蓄水器；

将所述内集水槽、外集水槽和蓄水器分别相连通，以便利用蓄水器储存所述内集水槽收集的凝结水和所述外集水槽收集的雨水和凝结水；

将所述蓄水器内的储存的水引流至所述植被根部。

优选的，在所述外集水槽的出水口和所述内集水槽的出水口处分别安置用于滤沙的过滤网。

进一步的，还包括：

在所述集水蓬外侧安置用于收集外部雨水或雪水或凝结水的地面集水装置；

连接地面集水装置和所述蓄水器，以便收集的外部水经由所述蓄水器供给植被。

更进一步的，还包括：

在所述地面集水装置与所述蓄水器之间设置泥土沉淀器，用于沉淀所述地面集水装置收集的水中的泥沙。

此外，本发明还提供一种用于如上所述方法的收集自然凝结水和雨水对植被供水的系统，其包括：设置在植被外的用于将植被根部罩住以便于引导液体流动方向的集水蓬；设置在集水蓬内部的用于收集集水蓬内部水蒸气冷凝后形成的凝结水的内集水槽；设置在集水蓬外部的用于收集集水蓬外部的雨水或凝结水的外集水槽；其中，所述内集水槽和所述外集水槽收集的水分别被引流至植被根部，以便利用收集到的雨水和凝结水对植被供水。

与现有技术相比，本发明的收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法及系统具有如下有益效果：

1)本发明的方法及系统，采用集水蓬能够根据自然凝结水的物理现象，将干旱及荒漠区宝贵的自然水资源搜集起来加以充分利用，是集水蓬最显著的特点，其次该集水蓬用三根硬质塑料并以120°三角稳定结构进行搭蓬，并使用无滴膜进行覆盖，形成将积水、防风、防晒、保温四大功能集于一体的护苗蓬。

2)本发明的方法及系统中，集水篷不仅能有效完成干旱区的凝结水搜集，还能通过内、外集水槽将部分天降雨水和水蒸气冷凝后的水收集到入埋在地下的蓄水器当中，并将其将其存储在苗木根部，以增加干旱区苗木的成活率，同时既节省了绿化工程建设的用水量以及相应人力、物力的成本，达到节约水资源目的，又使植树造林效率大大提高，扩大了可绿化面积,因此，本发明对林业发展和生态环境修复如荒漠化治理有重要的实际意义。

3)本发明的方法及系统中，将集水蓬在土地上部分收集的水储存到埋入到地下的蓄水器中，而蓄水器又通过毛细管与植物根系相连，进而将蓄水器当中储存的水供给植物使用，达到给苗木持续供应水的效果。

4)本发明的方法及系统中，采用的集水蓬等装置设计简单、材料易得，成本低，有效期长，后期管理费用低，充分体现了可持续调节水分的生态系统发展的要求，且利于干旱区收集存储利用自然水资源及植被的恢复。

附图说明

图1为用于本发明方法的收集自然凝结水和雨水的装置的第一种结构示意图；

图2为图1所示装置中集水蓬的主视图；

图3为图1所示装置的俯视图；

图4为本发明方法中利用内、外集水槽收集的水给苗木根系供水的示意图；

图5为用于本发明方法的收集自然凝结水和雨水的装置的第二种结构示意图；

图6为本发明收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法的流程图。

具体实施方式

如图6所示，为本发明提供的收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法的流程图，由图可知，本发明的方法包括：

在植被外设置用于将植被根部罩住的便于引导液体流动方向的集水蓬；

在集水蓬的内部设置用于收集集水蓬内部水蒸气冷凝后形成的凝结水的内集水槽；

在集水蓬的外部设置用于收集集水蓬外部的雨水或凝结水的外集水槽；

将内集水槽和外集水槽收集的水分别引流至植被根部，以便利用收集到的雨水和凝结水对植被供水。

下面，具体描述本发明收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法，其可以包括如下步骤：

s01、在植被外设置用于将植被根部罩住的集水蓬

在植被外设置用于将植被根部罩住的集水蓬可以采用如下方法，包括：

在植被外围设置环绕植被根部的多根支撑杆；

在支撑杆顶端设置环形的顶盖，以便将多根支撑杆固定连接在一起形成支撑架；

在支撑架外罩设用于防止土地所蒸发的水蒸气外流且引导液体流动方向的保护罩；

其中，在顶盖上设有开口，用于供植被上部向上伸出，以利于植被生长。

或者，本发明在植被外设置用于将植被根部罩住的集水蓬还可以采用如下方法，包括：

在植被外围设置环绕植被根部的多根支撑杆；

在支撑杆顶端设置环形的顶盖，以便将多根支撑杆固定连接在一起形成支撑架；

在支撑架内部设置一层或多层与多根支撑杆分别连接的环形圈；

在支撑架外罩设用于防止土地所蒸发的水蒸气外流且引导液体流动方向的保护罩；

其中，在顶盖上设有开口，用于供植被上部向上伸出，以利于植被生长；

其中，保护罩内部围成上窄、下宽的锥台形空间。

其中，在制作时，顶盖的开口外缘与顶盖外缘之间应留有约5厘米的宽边，且保护罩应与顶盖粘合在一起，以便保护罩不会从顶盖及支撑杆上脱离。

s02、在集水蓬的内部设置用于收集集水蓬内部水蒸气冷凝后形成的凝结水的内集水槽

设置内集水槽时，是将呈环形的内集水槽卡接在多根支撑杆上、并使内集水槽的外缘紧抵在保护罩内壁。

s03、在集水蓬的外部设置用于收集集水蓬外部的雨水或凝结水的外集水槽

设置外集水槽时，是通过将环形的外集水槽由上至下顺着保护罩下放并卡在保护罩外的方法。

s04、将内集水槽和外集水槽收集的水分别引流至植被根部

将内集水槽和外集水槽收集的水分别引流至植被根部，可以采用如下方法：

在内集水槽上开设内出水口，并在内出水口与植被根部之间设置用于将内集水槽收集的凝结水引流至植被根部的内引水管；

在外集水槽上开设外出水口，并在外出水口与植被根部之间设置用于将外集水槽收集的雨水或凝结水引流至植被根部的外引水管。

或者，将内集水槽和外集水槽收集的水分别引流至植被根部还可以采用如下方法：

在内集水槽、外集水槽与植被根部之间设置蓄水器；

在内集水槽上开设内出水口，并在内出水口与蓄水器之间设置用于将内集水槽收集的凝结水引流至蓄水器的内引水管；

在外集水槽上开设外出水口，并在外出水口与蓄水器之间设置用于将外集水槽收集的雨水或凝结水引流至蓄水器的外引水管；

在蓄水器下部设置与植被根部接触的导流管，用于将蓄水器内储存的水引流至植被根部。

优选的，本发明在外集水槽的出水口和内集水槽的出水口处分别安置用于滤沙的过滤网，以防止收集的水中所带的泥沙进入蓄水器，不利于水的流动。

本发明收集自然凝结水和雨水对植被供水除了可以采用上述步骤所述的方法外，还可以在集水蓬外侧安置用于收集外部雨水或雪水或凝结水的一个或多个地面集水装置，并将地面集水装置和蓄水器的入水口相连通，以便将收集的外部雨水或雪水或凝结水运送至蓄水器，再通过蓄水器引流至植被根部。而更进一步的，还可以在地面集水装置与蓄水器之间设置泥土沉淀器，用于沉淀地面集水装置收集的水中的泥沙，防止水中泥沙进入到蓄水器。

本发明除了提供上述的收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法之外，还提供一种用于上述方法的系统，其包括：设置在植被外的用于将植被根部罩住以便于引导液体流动方向的集水蓬；设置在集水蓬内部的用于收集集水蓬内部水蒸气冷凝后形成的凝结水的内集水槽；设置在集水蓬外部的用于收集集水蓬外部的雨水或凝结水的外集水槽；其中，内集水槽和外集水槽收集的水分别被引流至植被根部，以便利用收集到的雨水和凝结水对植被供水。

具体的，如图1所示，本发明的系统中，集水蓬可以采用如下结构，包括：设置在植被外围的环绕植被根部的多根支撑杆2；设置在支撑杆2顶端的环形的顶盖1，用于将多根支撑杆2固定连接在一起形成支撑架；罩设在支撑架外的用于引导液体流动方向的保护罩3，且保护罩3可用于防止支撑架罩设的土地所蒸发的水蒸气流动至外部空气中而散发；其中，顶盖1上设有用于供植被(如树苗)上部伸出的开口(即，顶盖1中心设置贯穿厚度的通孔)。

其中，本发明可以采用三根或三根以上的支撑杆2，优选的，本发明采用三根支撑杆2，即，第一支撑杆2a、第二支撑杆2b、第三支撑杆2c，下面，仅以三根支撑杆2为例，对本发明的集水蓬的具体结构进行描述。

本发明的三根支撑杆2可用木棍或硬质工程塑料等材料制成，三根支撑杆的长度相同，环绕树苗根部、且下端插入到土壤中，插置支撑杆2时，如图1-图3所示，第一支撑杆2a、第二支撑杆2b、第三支撑杆2c均匀插置在以树苗为圆心、任一支撑杆所处位置为半径的圆的周围，且相邻支撑杆与树苗之间的圆心角均为120°。三根支撑杆2可以把树苗整体围起来，也可以把树苗的树冠部分露在外边，每根支撑杆的下端加工成尖型，以易于将支撑杆插入地下固定。本发明采用三根支撑杆2围成一个圆，不但节省材料，还十分稳固。

三根支撑杆2的顶端分别与顶盖1连接，以便通过顶盖1将三根支撑杆2连接在一起，且顶盖1与三根支撑杆2共同形成一个稳固的支撑架。其中，如图1-图3所示，本发明的顶盖1为圆环形盖子或下端开口的圆筒，顶盖1中心设置通孔，用于供树苗上部(如树冠部分)伸出，在制作时，应根据树苗生长情况对通孔的尺寸进行合理设计，以便不妨碍树苗的生长。顶盖1的外径小于三根支撑杆2所围成的圆的半径，即，顶盖1与三根支撑杆2围成呈锥台型的上窄、下宽的空间，以便在支撑架外罩设保护罩时，保护罩可以呈由上至下向外倾斜的锥台形，利于保护罩上凝结的液滴可以顺着保护罩向下滑落，此外，也顺应树苗的形状以利于树苗生长。

其中，若顶盖1采用圆筒，则顶盖是一个顶端宽度大于3cm、侧边高度约2cm的圆筒，可由工程塑料制成，也可以由其它材料如金属材料制成。

本发明在由顶盖1和支撑杆2构成的支撑架外罩设保护罩3，且保护罩3与顶盖1的侧边粘合在一起，通过保护罩3防止保护罩3内罩设的土地上所蒸发的水蒸气向保护罩3外流动、引起水分流失，并且可以通过保护罩3引导液体(如凝结水)的流动方向，此外，保护罩3还起到防风、防晒、保温等功能。

本发明的保护罩3可由透明或半透明的塑料膜制成，优选的，本发明的保护罩3由无滴膜制成，以便凝结在保护罩3上的水滴不直接从保护罩3上滴下来，而是形成流滴，沿保护罩3向下滑落，以便附着在保护罩3内、外的凝结水可以分别流到设置在保护罩3内、外的内集水槽和外集水槽内。

进一步的，本发明的集水蓬除了上述的顶盖1、支撑杆2和保护罩3之外，还可以在支撑架内部设置一层或多层与多根支撑杆2分别连接的环形圈(图中未示出)，设置多层环形圈时，环形圈的直径由上至下逐渐增大，通过环形圈进一步撑起集水蓬的保护罩，使集水蓬内部可以围成上窄、下宽的锥台形空间，以便更加利于后续内、外集水槽的安装。

其中，本发明在集水蓬内部设置的内集水槽4为直径约30cm左右的呈圆环形的水槽(水槽外边缘处的直径与内集水槽4的安装位置有关，即，与内集水槽4安装在三根支撑杆上的位置有关，且与所在位置处由三根支撑杆围成的圆的直径相当)，水槽为半圆形槽，且半圆形槽的管径为2cm以上。制作时，内集水槽4可由硬质工程塑料制成，也可以由其它材料如铁或橡胶制成。在将内集水槽4组装在集水蓬内部时，可在内集水槽4的与三根支撑杆2对应的位置处设置卡接口，以便内集水槽4安装在三根支撑杆2围成的空间内时，内集水槽4通过卡接口可以卡装在支撑杆2上，且使得内集水槽4的外边缘紧紧抵在保护罩3的内壁上。

优选的，为防止内集水槽4与支撑杆2的卡接处结合不严、不便于对集水蓬内部水蒸气冷凝后形成的凝结水进行收集，可在卡接处设置密封胶，或填加密封圈等，从而防止内集水槽收集到的凝结水不会再顺着保护罩3向下流动。

为了便于将集水蓬外部的雨水、雪融水、凝结水等顺着集水蓬外壁向下流动的水收集起来，本发明还在集水蓬的外部设置外集水槽5，如图所示，外集水槽为直径大于30cm的呈圆环形的水槽(水槽外边缘处的直径与外集水槽5的安装位置有关，即，与外集水槽5安装在三根支撑杆上的位置有关，且与所在位置处由三根支撑杆围成的圆的直径相当)，水槽为半圆形槽，且半圆形槽的管径为2cm以上。制作时，外集水槽5可由硬质工程塑料制成，也可以由其它材料如铁或橡胶制成。在将外集水槽5组装在集水蓬外部时，可直接将圆环形的外集水槽5套置在保护罩3的外部，且通过位于保护罩3内部的三根支撑杆支撑。

其中，组装内集水槽4和外集水槽5时，应使内、外集水槽的开口朝上，且开口的内侧边缘分别紧紧抵在保护罩3的内表面与外表面，以便将顺着保护罩3流动的水完全收集。另外，在集水蓬内外安置内、外集水槽时，应使内集水槽相对地面的高度高于外集水槽相对地面的高度，且外集水槽安装在三根支撑杆上的位置应高于地面15-20cm，即，三根支撑杆的长度应超过外集水槽所在位置高度15-20cm，以便于将支撑杆插入地下、固定集水蓬。

其中，为有效利用内集水槽4和外集水槽5收集的凝结水等液体，本发明可以采用如图5所示结构将内集水槽4、外集水槽5与树苗根部连通：在内集水槽4的底部设置一个或一个以上的内出水口4a(如图3所示，图3中仅示出一个内出水口)，且在内出水口4a与树苗根部之间设置用于将内集水槽4收集的凝结水引流至树苗根部的内引水管6；同样，本发明在外集水槽5的底部开设一个或一个以上的外出水口5a(如图3所示，图3中仅示出一个外出水口)，且在外出水口5a与树苗根部之间设置用于将外集水槽5收集的雨水或凝结水引流至树苗根部的外引水管7。优选的，内、外引水管均可以采用管径为1.6cm以上的水管。

本发明通过上述的内、外引水管，可以分别将内、外集水槽收集的凝结水直接引流至树苗根部，从而为树苗提供宝贵的水源，利于树苗生长。

而为减少为树苗浇水时水的流失，本发明还可以采用如图1-图4所示结构将内集水槽4、外集水槽5与树苗根部连通(如图1-图4所示)：在内集水槽4、外集水槽5与树苗根部之间设置一个蓄水器8，在内集水槽4的底部设置一个或一个以上的内出水口4a，在外集水槽5的底部开设一个或一个以上的外出水口5a，内集水槽4的内出水口4a和蓄水器8之间通过内引水管6相连通，外集水槽5的外出水口5a和蓄水器8之间通过外引水管7相连通，从而可将内、外集水槽收集的水被引流至蓄水器8储存起来，减少对树苗浇水时水的流失。而蓄水器8底部开设有放水口，放水口处连接一根导管9，导管9的另一端伸至树苗的根系10处，以便蓄水器8内储存的水可直接对树苗供水。优选的，导管9采用毛细管，水的流淌速度减小，以便可以实现利用蓄水器8储存的水对树苗进行持续供水和节约用水的目的。

优选的，本发明在外集水槽5的外出水口和内集水槽4的内出水口处分别安置用于滤沙的过滤网(图中未示出)，以防止沙土进入到蓄水器8内、堵塞蓄水器8的放水口。过滤网可以采用可拆卸的方式安置在内、外出水口处，也可以采用不可拆卸的方式安置在内、外出水口处。

其中，本发明采用的蓄水器8为容量大于5升的容器，使用时，蓄水器8埋在地下，因此，可以采用塑料制成的塑料桶或塑料瓶，也可以采用其它具有防腐作用的材料制成。蓄水器8的顶部设置与内、外引水管相连通的进水口，下部设置与导管9相连通的放水口。设计时，放水口应位于蓄水器8侧壁的一定高度处，且埋置蓄水器8时，蓄水器8应位于内、外集水槽的下方。

此外，本发明的系统还可以包括一个地面集水装置(图中未示出)，安置在集水蓬外侧，用于收集外部雨水或雪水或凝结水并与蓄水器相连通，以便将收集到的外部雨水或雪水或凝结水引流至蓄水器内储存。优选的，由于地面集水装置收集的雨水或雪水或凝结水中会存在泥沙，为防止泥沙进入蓄水器，本发明在地面集水装置与蓄水器之间设置有用于沉淀泥沙的泥土沉淀器。

其中，本发明的地面集水装置可以采用锥形集水装置，包括如下结构：呈圆环形的上骨架和呈圆环形的下骨架；与上骨架和下骨架分别连接的三根或三根以上的支撑杆，上、下骨架和支撑杆形成上宽、下窄的锥台形的支撑架；包覆在支撑架内或外的薄膜，以便利用支撑架围成一个锥形的上部开口、下部封闭的集水容器。为便于对集水容器内收集的水中的泥沙进行沉淀，在集水容器的底部开设出水口，且出水口与泥土沉淀器相连通，而泥土沉淀器的出水口通过进水导管与蓄水器的进水口相连通。或者，也可以采用呈锥形的容器代替上述集水容器。当采用地面集水装置时，蓄水器应埋置在锥形的集水容器出水口的下部，以利于集水容器内的水顺利流入蓄水器内。

综上所述，与现有技术相比，本发明的收集自然凝结水和雨水对植被供水的方法及系统具有如下有益效果：

5)本发明的方法及系统，采用集水蓬能够根据自然凝结水的物理现象，将干旱及荒漠区宝贵的自然水资源搜集起来加以充分利用，是集水蓬最显著的特点，其次该集水蓬用三根硬质塑料并以120°三角稳定结构进行搭蓬，并使用无滴膜进行覆盖，形成将积水、防风、防晒、保温四大功能集于一体的护苗蓬。

6)本发明的方法及系统中，集水篷不仅能有效完成干旱区的凝结水搜集，还能通过内、外集水槽将部分天降雨水和水蒸气冷凝后的水收集到入埋在地下的蓄水器当中，并将其将其存储在苗木根部，以增加干旱区苗木的成活率，同时既节省了绿化工程建设的用水量以及相应人力、物力的成本，达到节约水资源目的，又使植树造林效率大大提高，扩大了可绿化面积,因此，本发明对林业发展和生态环境修复如荒漠化治理有重要的实际意义。

7)本发明的方法及系统中，将集水蓬在土地上部分收集的水储存到埋入到地下的蓄水器中，而蓄水器又通过毛细管与植物根系相连，进而将蓄水器当中储存的水供给植物使用，达到给苗木持续供应水的效果。

8)本发明的方法及系统中，采用的集水蓬等装置设计简单、材料易得，成本低，有效期长，后期管理费用低，充分体现了可持续调节水分的生态系统发展的要求，且利于干旱区收集存储利用自然水资源及植被的恢复。

尽管上面对本发明的内容作了具体描述，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。