一种用砾石和草调理黏质土的方法与流程

本发明涉及土质调理技术领域，特别涉及一种用砾石和草调理黏质土的方法。

背景技术：

目前土壤污染治理(如盐碱污染)作为农田土壤修复的重点，优良的土壤调理剂不仅可显著降低土壤污染，并可保证食品安全。而通过土壤调理剂调理黏质土成本较高，施工较为繁琐，且无法实现对土壤水过滤排放。

技术实现要素：

本发明提供一种用砾石和草调理黏质土的方法，用以解决上述技术问题。

一种用砾石和草调理黏质土的方法，括以下步骤：

步骤1：在地表下方挖若干暗沟；

步骤2：沿排水方向在暗沟末端设置与其垂直的排水明沟；

步骤3：在暗沟内埋设回填层，所述回填层包括：从下到上依次设置的滤层和隔离层；

所述滤层包括：砾石；

所述隔离层包括：滤网、稻草或秸秆；

步骤4：在隔离层上覆盖土壤耕作层。

优选的，所述排水明沟竖直位置低于暗沟，所述暗沟底面由远及近朝排水明沟倾斜。

优选的，所述暗沟深度为900～1200mm。

优选的，所述步骤1根据预先设计的暗沟间距、宽度和深度挖暗沟；

所述隔离层上覆盖土壤耕作层与地表齐平。

优选的，所述暗沟通过暗沟建造装置设置，所述暗沟建造装置包括：

底座，所述底座下端设置若干行走轮；

推手，设置在所述底座后侧；

两个第一竖直固定支架，前后间隔设置在底座上端；

第一水平安装板，固定在两个第一竖直固定支架之间；

第二竖直固定支架，固定连接在第一水平安装板下端，且靠近前侧的第一竖直固定支架；

两个滑槽，分别设置在前侧的第一竖直固定支架和第二竖直固定支架相互靠近的一侧；

框架，设置在前侧的第一竖直固定支架和第二竖直固定支架之间；

竖直齿条，设置在框架内侧；

若干滑块，对称设置在框架设置齿条的前后两外侧，所述滑块滑动连接在对应的滑槽内；

第一连接块，固定连接在第一水平安装板下端，设置在前侧的第一竖直固定支架和第二竖直固定支架之间；

第一电机，固定连接在第一连接块下部前侧，所述第一电机的输出轴沿左右方向设置；

齿轮，固定连接在第一电机的输出轴上，所述齿轮与所述齿条啮合传动；

开沟工具，固定连接在框架下端，所述底座设有供所述开沟工具通过的通孔；

控制器，与电源、所述第一电机电连接。

优选的，所述暗沟建造装置还包括：回填装置，所述回填装置包括：

第二水平连接块，固定连接在第二竖直固定支架下部后侧；

第二水平安装板，设置在第二水平连接块上方；

若干弹簧，设置在第二水平连接块和第二水平安装板之间，所述弹簧上端与第二水平安装板下端固定连接，所述弹簧下端与第二水平连接块上端固定连接；

导向杆，固定连接在第二水平安装板下端，所述第二水平连接块设有供所述导向杆通过的竖直导向孔；

竖直连接杆，固定连接在所述导向杆下端；

压板，固定连接在所述竖直连接杆下端；

第三连接块，固定连接在第一水平安装板下端，且位于第二水平安装板上方；

第二电机，固定连接在第三连接块下部前侧，所述第二电机的输出轴沿左右方向设置；

凸轮，固定连接在第二电机的输出轴，所述凸轮用于驱动所述压板上下移动；

导向料斗，固定连接在底座上，且位于压板正下方；

箱体，用于储存填料，固定连接在底座上端、且位于导向料斗一侧；

所述箱体靠近导向料斗的一侧设置倾斜出料管道，所述倾斜出料管道伸至导向料斗上方，所述箱体底端从远离导向料斗方向到靠近导向料斗方向高度逐渐降低；

所述倾斜出料管道靠近箱体处上端设置竖直开口，所述竖直开口内设有挡板；

第四连接块固定连接在箱体靠近导向料斗的一侧；

电动伸缩杆，竖直固定连接在第四连接块下方，所述电动伸缩杆的伸缩端与所述挡板上端固定连接；

所述第二电机、电动伸缩杆分别与控制器电连接。

优选的，所述方法还包括：污水处理步骤；

所述排水明沟中还连接有排水管，所述排水管用于将其内水输送至污水处理装置；

电磁阀，设置在排水管靠近污水处理装置的一端；

第一水质检测装置，设置在所述排水管靠近污水处理装置的一端；

控制器，设置在污水处理装置上；

第二水质检测装置，设置在水质处理装置出水口；

所述控制器与电源、报警器、所述电磁阀、第一水质检测装置、第二水质检测装置水质处理装置电连接；

所述控制器与监控终端无线连接。

优选的，所述控制器还通过检测电路检测污水处理装置的工作状态，所述控制器还通过保护电路与污水处理装置连接，所述保护电路包括：

第一电阻，第一端连接控制器输出端；

第二电阻，一端连接第一电阻第二端，另一端接地；

第四三极管，基极连接第一电阻第二端，发射极接地；

第三电阻，一端连接电源，另一端连接第四三极管集电极；

场效应晶体管，栅极连接第四三极管集电极，源极连接电源，漏极连接污水处理装置；

第二电容，一端连接场效应晶体管漏极，另一端接地；

第一电容，一端连接场效应晶体管漏极，另一端接地；

所述第一水质检测装置通过信号处理电路与控制器连接，所述信号处理电路包括：

第四电阻，第一端连接第一水质检测装置输出端；

第五电阻，一端连接第一水质检测装置输出端；

第六电阻，一端连接第一水质检测装置输出端；

第一三极管，发射极连接第六电阻另一端，基极连接控制器；

第二三极管，发射极连接第五电阻另一端，基极连接控制器，所述第二三极管集电极连接第一三极管集电极以及连接第四电阻第二端；

第三电容，一端连接第二三极管集电极，另一端接地；

第三三极管，发射极接地，基极连接控制器；

第四电容，一端连接第二三极管集电极，另一端连接第四电阻第二端；

第五三极管，基极连接控制器，发射极接地；

第五电容，一端连接第五三极管集电极，另一端连接第四电阻第二端；

运算放大器，正输入端连接第四电阻第二端，输出端连接控制器；

第八电阻，一端连接运算放大器负输入端，另一端连接运算放大器输出端；

第七电阻，一端连接运算放大器负输入端，另一端接地。

优选的，所述暗沟通过暗沟建造装置设置，所述暗沟建造装置包括：

开沟工具，所述开沟工具连接有驱动装置；

土壤硬度检测装置，用于检测土壤硬度；

湿度传感器，用于检测土壤湿度；

控制器，与电源、所述驱动装置、土壤硬度检测装置、湿度传感器电连接；

所述控制器根据土壤硬度检测装置检测的土壤硬度和湿度传感器检测的土壤湿度智能控制所述驱动装置工作，包括以下步骤：

步骤1：根据公式(1)确定速度调节因子；

其中，h为速度调节因子，a为开沟工具硬度，b为土壤硬度值，e为常数，e＝2.71828，d为土壤湿度值,m为开沟工具质量，h为预设暗沟深度；

步骤2：根据公式(2)确定目标开沟速度；

其中，v为目标开沟速度，b0为预设土壤硬度基准值，v0为预设开沟速度基准值，sin()为正弦函数，cot()为余切三角函数。

步骤3：控制器控制所述驱动装置工作，使得开沟速度为所述目标开沟速度。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明流程图。

图2为本发明暗沟建造装置的一种实施例的主视图。

图3为图2中开沟工具的一种实施例的结构示意图。

图4为本发明信号处理电路和保护电路的电路图。

图中：1、暗沟建造装置；11、底座；12、行走轮；13、推手；14、第一竖直固定支架；15、第一水平安装板；16、第二竖直固定支架；161、滑槽；17、框架；171、滑块；172、齿条；18、第一连接块；19、回填装置；191、第二水平连接块；192、第二水平安装板；193、弹簧；194、导向杆；195、竖直连接杆；196、压板；197、第三连接块；198、第二电机的输出轴；199、凸轮；1910、导向料斗；1911、箱体；1912、倾斜出料管道；1913、第四连接块；1914、电动伸缩杆；1915、挡板；110、齿轮；111、开沟工具；1111、变速箱；1112、开沟螺旋绞笼；1113、罩体；1114、竖向出泥口；112、第一电机的输出轴；r1、第一电阻；r2、第二电阻；r3、第三电阻；r4、第四电阻；r5、第五电阻；r6、第六电阻；r7、第七电阻；r8、第八电阻；c1、第一电容；c2、第二电容；c3、第三电容；c4、第四电容；c5、第五电容；u1、运算放大器；u2、场效应晶体管；q1、第一三极管；q2、第二三极管；q3、第三三极管；q4、第四三极管；q5、第五三极管。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

另外，在本发明中如涉及“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本发明，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的组件或操作而已，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案以及技术特征可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明实施例提供了一种用砾石和草调理黏质土的方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：在地表下方挖若干暗沟；本发明暗沟可通过现有开沟机挖沟。

步骤2：沿排水方向在暗沟末端设置与其垂直的排水明沟；

步骤3：在暗沟内埋设回填层，所述回填层包括：从下到上依次设置的滤层和隔离层；

所述滤层包括：砾石；

所述隔离层包括：滤网、稻草或秸秆；

优选的，具体回填层从下到上依次为：砾石、滤网、稻草或秸秆；或者砾石、稻草或秸秆、滤网；

步骤4：在隔离层上覆盖土壤耕作层。

优选的，所述步骤1根据预先设计的暗沟间距、宽度和深度挖暗沟；

所述隔离层上覆盖土壤耕作层与地表齐平。

优选的，所述暗沟深度为900～1200mm；在农田中埋设900～1200mm的暗沟，能打破600～700mm处黏土层。

上述技术方案的工作原理为：

暗沟底层埋设稻草或秸秆、砾石能显著改善土壤渗透性。稻草或秸秆、砾石与土壤孔隙的不同，会使得土壤与稻草或秸秆、稻草或秸秆与砾石交界处形成“孔隙差异界面”，界面势差大会加速土壤水向深层运动。另一方面，暗沟回填稻草或秸秆、砾石会破坏原有土壤毛细管的连续性，抑制土壤深层水对上层土壤的补给。

上述技术方案的有益效果为：1、隔离层设置滤网，对潜层土壤滞水有效过滤排放，以及在滤网下方设置滤层对盐碱田进行深层脱盐脱碱；2、滤网、滤层、铺垫层的设置，有效降低地下水位，防止土壤返盐；3、实用耐用，成本较低，无污染；4、不占耕地，施工简便，易操作管理。

在一个实施例中，所述排水明沟竖直位置低于暗沟，所述暗沟底面由远及近朝排水明沟倾斜。设计暗沟远离主排水渠一端的埋设深度为1.0m，按照1/1000-1/1500坡降设计靠近主排水渠一端的暗沟埋深。

上述技术方案的有益效果为：排水明沟竖直位置低于暗沟，所述暗沟底面由远及近朝排水明沟倾斜具有便于排水的优点。

在一个实施例中，所述暗沟通过暗沟建造装置1设置，所述暗沟建造装置1包括：

底座11，所述底座11下端设置若干行走轮12；

推手13，设置在所述底座11后侧；

两个第一竖直固定支架14，前后间隔设置在底座11上端；

第一水平安装板15，固定在两个第一竖直固定支架14之间；

第二竖直固定支架16，固定连接在第一水平安装板15下端，且靠近前侧的第一竖直固定支架14；

两个滑槽161，分别设置在前侧的第一竖直固定支架14和第二竖直固定支架16相互靠近的一侧；

框架17，设置在前侧的第一竖直固定支架14和第二竖直固定支架16之间；

竖直齿条172，设置在框架内侧；优选的，所述竖直齿条可设置在框架一侧，或者如图2所示，设置在框架两内侧；

若干滑块171，对称设置在框架17设置齿条172的前后两外侧，所述滑块171滑动连接在对应的滑槽161内；

第一连接块18，固定连接在第一水平安装板15下端，且设置在前侧的第一竖直固定支架14和第二竖直固定支架16之间；优选的，第一连接块可位于框架后侧，或者内侧同时框架上端设置供连接块穿过的通孔；

第一电机，固定连接在第一连接块18下部前侧，所述第一电机的输出轴112沿左右方向设置；

齿轮110，固定连接在第一电机的输出轴上，所述齿轮110与所述齿条172啮合传动；

开沟工具111，固定连接在框架17下端，所述底座11设有供所述开沟工具111通过的通孔。

优选的，在一种实施方式中，开沟工具上下移动仅仅是为了调整开沟工具的高度以适应不同挖掘深度，使用现有开沟犁作为开沟工具，并使用牵引车牵引。

或者所述开沟工具可采用现有药材挖掘机的开沟部分，如209002348u；

或者，在一种实施方式中，如图3所示，所示开沟工具111包括：变速箱111，所述变速箱1111下端连接有开沟螺旋绞笼1112，所述开沟螺旋绞笼1112通过变速箱1111驱动旋转，所述变速箱1111下端位于开沟螺旋绞笼1112外侧还设有罩体1113，所述罩体113一侧设有竖向出泥口1114，实现上下移动以及变速箱驱动开沟螺旋绞笼1112旋转进行上下开沟，并将泥土从所述竖向出泥口1114排出。

控制器，与电源、所述第一电机电连接；优选的，在所述底座上设置电源箱，电源箱里设置蓄电池；可在所述控制器设置控制面板，在控制面板上操作来控制控制器工作。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：设置行走轮便于移动暗沟建造装置1；开沟时，首先通过控制器控制第一电机转动，第一电机转动带动齿轮转动，齿轮驱动齿条上下移动带动开沟工具上下移动以适应不同的开沟深度，通过开沟工具开沟；上述框架、滑块、滑槽的设置用于对所述齿条的上下运动导向，便于可靠运动。

在一个实施例中，如图2所示，所述暗沟建造装置1还包括：回填装置19，所述回填装置19包括：

第二水平连接块191，固定连接在第二竖直固定支架16下部后侧；

第二水平安装板192，设置在第二水平连接块191上方；

若干弹簧193，设置在第二水平连接块191和第二水平安装板192之间，所述弹簧193上端与第二水平安装板192下端固定连接，所述弹簧193下端与第二水平连接块191上端固定连接；

导向杆194，固定连接在第二水平安装板192下端，所述第二水平连接块191设有供所述导向杆通过的竖直导向孔；

竖直连接杆195，固定连接在所述导向杆194下端；优选的，上述竖直连接杆可为电动伸缩杆，当暗沟深度较深便于使用。

压板196，固定连接在所述竖直连接杆195下端；

第三连接块197，固定连接在第一水平安装板15下端，且位于第二水平安装板192上方；

第二电机，固定连接在第三连接块197下部前侧，所述第二电机的输出轴198沿左右方向设置；

凸轮199，固定连接在第二电机的输出轴，所述凸轮199用于驱动所述压板196上下移动；

导向料斗1910，固定连接在底座11上，且位于压板196正下方；

箱体1911，用于储存填料，固定连接在底座11上端、且位于导向料斗1910一侧；

所述箱体1911靠近导向料斗1910的一侧设置倾斜出料管道1912，所述倾斜出料管道1912伸至导向料斗1910上方，所述箱体1911底端从远离导向料斗1910方向到靠近导向料斗1910方向高度逐渐降低；

所述倾斜出料管道1912靠近箱体1911处上端设置竖直开口，所述竖直开口内设有挡板1915；

第四连接块1913，固定连接在箱体1911靠近导向料斗1910的一侧；

电动伸缩杆1914，竖直固定连接在第四连接块1913下方，所述电动伸缩杆1914的伸缩端与所述挡板1915上端固定连接；优选的，本发明可单独设置回填作用(即不设置上述开沟工具、左侧的第一竖直固定支架、滑槽、框架、滑块、齿条、第一连接块、齿轮、第一电机)，而通过现有开沟工具开沟；也可将回填与开沟结合。

所述第二电机和电动伸缩杆分别与所述控制器电连接。

优选的，也可在箱体内设置电动伸缩杆和推板的结合，用于加快推动出料。

优选的，上述箱体可仅仅用于储存用于回填的所述砾石；

也可根据需要存储尺寸较小的所述稻草或秸秆。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：上述技术方案将开沟和回填功能集成在一个装置中(可同时进行，或者依次进行开沟和回填)，均由控制器控制工作，避免人工开沟及回填，且在一个装置中能够依次实现开沟及回填，提高工作效率，且避免设置两个装置节省成本。

回填时，首先，通过控制器控制电动伸杆收缩，带动挡板向上提起，打开所述倾斜出料管道进行出料，回填料依次倾斜出料管道进入导向料斗、进入暗沟，然后控制器第二电机转动，第二电机带动凸轮转动，凸轮驱动第二水平安装板上下运动，带动竖直连接杆上的压板上下运动，将回填料压至暗沟底层，且便于按压均匀，回填方便，且回填效果较好；上述倾斜出料管道和导向料斗用于导料，上述导向杆的对压板运动导向，便于可靠回填。

在一个实施例中，所述方法还包括：污水处理步骤；

所述排水明沟中还连接有排水管，所述排水管用于将其内水输送至污水处理装置；

电磁阀，设置在排水管靠近污水处理装置的一端；

第一水质检测装置，设置在所述排水管靠近污水处理装置的一端；

控制器，设置在污水处理装置上；

第二水质检测装置，设置在水质处理装置出水口；

所述控制器与电源、报警器、所述电磁阀、第一水质检测装置、第二水质检测装置水质处理装置电连接；

所述控制器与监控终端无线连接。

上述技术方案的工作原理和有益效果为:通过排水管将污水排至水质处理装置处理后再进行排放，避免直接排放污染环境；

优选的，所述排水管出水口通过三通连接管连接两个水管，一个水管用于连接污水处理装置，另一个水管用于直接排出，当所述第一水质检测装置检测污水中有害物含量高时，通过污水处理装置处理后再排出，否则直接排出。

上述第一水质检测装置用于检测排水管中排出的污水水质(有害物含量)信息并将其传输给控制器，控制器根据其控制水质处理装置工作的参数；上述第二水质检测装置用于检测水质处理装置出水口的水质(有害物含量)信息并将其传输给控制器，控制器预设有有害物对应标准值，当所述第二水质检测装置检测的有害物含量小于有害物对应标准值时，控制器控制电磁阀工作排放水，当所述第二水质检测装置检测的有害物含量大于有害物对应标准值时，控制器通过报警器报警；控制器与监控终端连接可将第一水质检测装置、第二水质检测装置检测的信息以及控制器的控制参数信息传输给监控终端显示以及所述报警信息通过监控终端显示，便于远程监控。

在一个实施例中，所述控制器还通过检测电路检测污水处理装置的工作状态，所述控制器还通过保护电路与污水处理装置连接，所述保护电路包括：

第一电阻r1，第一端连接控制器输出端；

第二电阻r2，一端连接第一电阻r1第二端，另一端接地；

第四三极管q4，基极连接第一电阻r1第二端，发射极接地；

第三电阻r3，一端连接电源，另一端连接第四三极管q4集电极；

场效应晶体管u2，栅极连接第四三极管q4集电极，源极连接电源，漏极连接污水处理装置；

第二电容c2，一端连接场效应晶体管u2漏极，另一端接地；

第一电容c1，一端连接场效应晶体管u2漏极，另一端接地；

所述第一水质检测装置通过信号处理电路与控制器连接，所述信号处理电路包括：

第四电阻r4，第一端连接第一水质检测装置输出端；

第五电阻r5，一端连接第一水质检测装置输出端；

第六电阻r6，一端连接第一水质检测装置输出端；

第一三极管q1，发射极连接第六电阻r6另一端，基极连接控制器；

第二三极管q2，发射极连接第五电阻r5另一端，基极连接控制器，所述第二三极管q2集电极连接第一三极管q1集电极以及连接第四电阻r4第二端；

第三电容c3，一端连接第二三极管q2集电极，另一端接地；

第三三极管q3，发射极接地，基极连接控制器；

第四电容c4，一端连接第二三极管q2集电极，另一端连接第四电阻r4第二端；

第五三极管q5，基极连接控制器，发射极接地；

第五电容c5，一端连接第五三极管q5集电极，另一端连接第四电阻r4第二端；

运算放大器u1，正输入端连接第四电阻r4第二端，输出端连接控制器；

第八电阻r8，一端连接运算放大器u1负输入端，另一端连接运算放大器u1输出端；

第七电阻r7，一端连接运算放大器u1负输入端，另一端接地。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：所述控制器还通过检测电路检测污水处理装置的工作状态，所述控制器根据检测结果通过保护电路保护污水处理装置。当控制器检测到水质处理装置工作异常后，发送控制信号至保护电路，上述保护电路中，控制器发送低电平信号时，q4截止，u2不通，实现断电，上述电路能够快速响应，来达到保护水质处理装置的作用。上述信号处理电路中，u1用于放大信号，q1-q3、q5、c3-c5用于滤波，q1-q3、q5基极与控制器输出端连接，可通过控制器输出控制信号，实现不同三极管组合来滤波，实现通过不同参数滤波，以适应不同的使用环境需求，提高滤波效果；上述技术方案的设置便于可靠处理信号，便于信号准确传输，从而便于准确控制。

在一个实施例中，所述暗沟通过暗沟建造装置设置，所述暗沟建造装置包括：

开沟工具，所述开沟工具连接有驱动装置；

土壤硬度检测装置，用于检测土壤硬度；

湿度传感器，用于检测土壤湿度；

控制器，与电源、所述驱动装置、土壤硬度检测装置、湿度传感器电连接；

所述控制器根据土壤硬度检测装置检测的土壤硬度和湿度传感器检测的土壤湿度采用预设算法智能控制所述驱动装置工作，包括以下步骤：

步骤1：根据公式(1)确定速度调节因子；

其中，h为速度调节因子，a为开沟工具硬度，b为土壤硬度值，e为常数，e＝2.71828，d为土壤湿度值,m为开沟工具质量，h为预设暗沟深度；

步骤2：根据公式(2)确定目标开沟速度；

其中，v为目标开沟速度，b0为预设土壤硬度基准值，v0为预设开沟速度基准值，sin()为正弦函数，cot()为余切三角函数。

步骤3：控制器控制所述驱动装置工作，使得开沟速度为所述目标开沟速度。具体的可为上下运动开沟速度。

上述技术方案的工作原理和有益效果为：土壤硬度检测装置，用于检测土壤硬度值信息并将其传输给控制器；湿度传感器，用于检测土壤湿度值信息并将其传输给控制器，所述控制器根据土壤硬度检测装置检测的土壤硬度和湿度传感器检测的土壤湿度采用预设算法智能控制所述驱动装置工作；上述技术方案不需要每次人为输入控制，通过算法自动控制驱动装置工作便于精确、可靠控制，且控制驱动装置工作时，综合考虑土壤参数信息(温度、湿度)，开沟深度、以及开沟工具的参数信息，便于可靠挖沟，同时设置合适的开沟速度，保证开沟质量的同时，便于延长开沟工具的使用寿命。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。