干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统

1.本实用新型涉及一种灌溉系统，更具体的说，尤其涉及一种干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统。


背景技术：

2.根据我国水资源综合规划显示，我国水资源分布不均，多年平均缺水量达到536亿m3，其中农业缺水约300亿m3。到2030年左右，我国人口将达到16亿高峰，届时为满足人口粮食需求，农业用水量压力将更为重大。同时旱区水资源开发利用存在水资源稀少、供需时空分布不均匀、水资源利用效率低下、节水意识弱及地下水超采等问题，这些问题使得恶化脆弱的生态环境进一步恶化。因此，水资源可持续利用已成为干旱地区人类生存、社会发展和生态环境协调发展的关键问题。
3.我国西北干旱区约占全国面积的27.3% ,北方农业的可持续发展受干旱的影响较大，高效利用降雨资源能解决或缓解干旱。20世纪80年代至今，发达国家的雨水利用逐步成熟，如地表回灌系统、屋顶蓄水系统、雨水截污、屋面雨水集蓄系统与渗透系统和生态小区雨水利用系统等。我国雨水利用历史悠久,但雨水集流系统在我国发展仍较缓慢。雨水是重要的水资源，尤其对于干旱地区、生活水平相对落后的农村地区，依靠降水资源补充农业灌溉，是一种重要的水资源利用方式。目前雨水蓄积利用主要在我国中西部地区探索较多，利用雨水蓄积的降水资源补充农业灌溉非常必要，将有限的水资源有效储备，以备关键时刻所用，可以将抗旱工作由被动接受变为主动应对，大大提升水资源利用率。
4.近年来，物联网、云计算等现代信息技术在农业生产、节水灌溉方面的应用，推动了农业节水灌溉改造升级，提高了灌溉技术装备和信息化水平，农业灌溉用水的智能化发展大大提高了农业灌溉用水的利用效率，减少了农业用水的资源浪费，对应对水资源紧缺问题具有重大意义。将物联网与农业相结合符合农业未来发展趋势。


技术实现要素：

5.本实用新型为了克服上述技术问题的缺点，提供了一种干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统。
6.本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统，包括雨水收集存储器、节水灌溉系统、监测及控制系统和太阳能供电系统，雨水收集存储器由集水池及与其相通的集水沟构成，太阳能供电系统由光伏太阳能板和蓄电池构成；其特征在于：所述监测及控制系统由微控制器及与其相连接的人机交互界面、多个土壤湿度传感器、4g通信模块和继电器模块，多个土壤湿度传感器设置于农田的不同区域内，微控制器经土壤湿度传感器检测农田的土壤含水率，经4g通信模块与远端的云服务器相通信，以实现监测数据的上传以及接收云服务器发送的控制指令；所述节水灌溉系统由水泵和农田灌溉管路构成，水泵将集水池中的雨水抽至农田灌溉管路中，农田灌溉管路上设置有对其通断状态进行控制的电磁阀，微控制器经继电器模块对电磁阀的通断状态进行控制。
7.本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统，所述集水池设置于地面之下，集水沟对周围降水进行收集，集水沟中沿水流方向依次设置有对雨水进行过滤的过滤网和砾石层。
8.本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统，所述农田灌溉管路由供水主管、供水支管和供水毛管组成，供水主管与水泵的出水口相连接，水泵的进水口经抽水管与集水池相连通，供水主管上连通有多个供水支管，每个供水支管与供水主管连接的部位上均设置有电磁阀，每个供水支管上连通有多个供水毛管，供水毛管上间隔设置有灌水器。
9.本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统，所示太阳能供电系统中的蓄电池经电源模块对微控制器、人机交互界面、土壤湿度传感器和继电器模块进行供电，蓄电池经逆变器对水泵进行供电。
10.本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统，所述集水池的底部设置有用于暂存污泥的沉淀池。
11.本实用新型的有益效果是：本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统，设置有雨水收集存储器、节水灌溉系统、监测及控制系统和太阳能供电系统，雨水收集存储器将降雨收集起来，监测及控制系统通过土壤湿度传感器对农田土壤的含水率进行检测，当土壤含水率达到灌溉要求时，则经电磁阀将相应的灌溉管路打开，对农田的相应地块进行灌溉作业；通过利用太阳能供电系统对整个系统进行供电，不仅解决了电能，而且还解决了偏远农田不易获得市电而无法实现灌溉的问题；同时，监测及控制系统还可将检测的土壤含水率经4g网络上传至远端的云服务器，同时还可接收云服务器的控制指令，实现远程控制下的农田灌溉作业。
附图说明
12.图1为本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统的设计原理图；
13.图2为本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统的控制原理图；
14.图3为本实用新型中雨水收集存储器的结构图；
15.图4为本实用新型中农田灌溉管路的结构图。
16.图中：1雨水收集存储器，2节水灌溉系统，3监测及控制系统，4太阳能供电系统，5农田，6微控制器，7人机交互界面，8土壤湿度传感器，9继电器模块，10电磁阀，11农田灌溉管路，12 4g通信模块，13云服务器，14集水池，15水泵，16集水沟，17过滤网，18砾石层，19土壤，20抽水管，21供水主管，22清污口，23供水支管，24供水毛管，25灌水器，26沉淀池。
具体实施方式
17.下面结合附图与实施例对本实用新型作进一步说明。
18.如图1所示，给出了本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统的设计原理图，其由雨水收集存储器1、节水灌溉系统2、监测及控制系统3和太阳能供电系统4构成，对于处于偏远地区的农田，可能不易获取市电，故采用太阳能供电系统，不仅可节约能源的消耗，还解决了不易获取市电农田区域的供电问题。雨水收集存储器1主要是将雨水通过储水容器收集起来，为灌溉提供水源；太阳能供电系统4由光伏太阳能板与蓄电池构成为整个装置提供能量；节水灌溉系统2主要由农田灌溉管路及水泵构成，监测及控制系统3可以根
据探头所检测的土壤湿度来控制灌溉过程是否进行，也可在云服务器13端来控制灌溉过程。
19.如图2所示，给出了本实用新型的干旱地区降雨蓄水抗旱节水灌溉系统的控制原理图，监测及控制系统3由微控制器6及与其相连接的人机交互界面7、多个土壤湿度传感器8、继电器模块9和4g通信模块12构成，微控制器6具有信号采集、数据运算和控制输出的作用，经人机交互界面7可进行参数设置以及控制操作。多个土壤湿度传感器8设置在农田的不同区域，微控制器6经土壤湿度传感器8对相应区域的土壤含水量进行检测，微控制器6经继电器模块9对电磁阀10的通断状态进行控制，通过打开相应的电磁阀10可对农田的相对应地块进行灌溉。微控制器6经4g通信模块12与云服务器13相通信，以便将检测的土壤含水量以及农田灌溉信息上传至远端的云服务器13，同时还可接收云服务器13发送的控制指令，进行农田灌溉作业。
20.太阳能供电系统4由光伏太阳能板和蓄电池构成，光伏太阳能板将太阳能转化为电能存储在蓄电池中，蓄电池经电源模块对微控制器6、人机交互界面7、土壤湿度传感器8、继电器模块9供电，为其提供所需的稳定直流电。蓄电池经逆变器对水泵15进行供电，蓄电池存储的置电流经逆变器转化为交流电，以供水泵15进行抽水作业。
21.如图3所示，给出了本实用新型中雨水收集存储器的结构图，所示的雨水收集存储器1由集水池14和集水沟16构成，集水池14位于地面之下，以便降雨在自身重力作用下流入集水池14。集水沟16用于对周围的降水进行收集，集水沟16与集水池14相连通，以便将集水沟16中的降水流入到集水池14中。由于流入到集水沟16中的雨水会携带杂草等杂物，故在沿水流方向在集水沟16中设置有过滤网17和砾石层18，过滤网17可对杂草等较大的杂物进行过滤，砾石层18可将砂石、泥土进行截留，以最大限度地降低流入至集水池14中雨水中杂物含量。集水池14的底部设置有用于暂存污泥的沉淀池26，用于存储降水中沉淀下来的污泥。
22.所示集水池14上设置有清污口22，当集水池14底部污泥淤积到一定高度后，经清污口22进入集水池14，对污泥进行清理。所示水泵15的进水口上连接有抽水管20，抽水管20的进水口伸入到集水池14中，水泵15的出水口上连接有供水主管21，这样，开启水泵15，即可将进水池14中的雨水抽至供水主管21中。
23.如图4所示，给出了本实用新型中农田灌溉管路的结构图，所示农田灌溉管路11由供水主管21、供水支管23和供水毛管24构成，供水主管21上连通有多个供水支管23，每个供水支管23可对一个地块进行灌溉作业。每个供水支管23与供水主管21的连接处设置有电磁阀10，通过控制电磁阀10可对相应供水支管23的通断状态进行控制，以实现相应地块的灌溉作业。每个供水支管23上连接有多个供水毛管24，供水毛管24均匀分布于农田地块中，每个供水毛管24上均匀设置有多个灌水器25，以实现均匀灌溉。
24.每个供水支管23对应的农田地块中均埋设有土壤湿度传感器8，譬如，当通过土壤湿度传感器8检测到农田地块2中的土壤含水量达到灌溉要求时，则开启水泵15，并将地块2中供水支管23上的电磁阀10打开，即可对地块2进行灌溉作业。