一种新型塑料构件及其田间灌溉与排水一体化塑料渠道的制作方法

本发明涉及农田水利灌溉与排水工程技术领域，尤其涉及一种新型塑料构件及其田间灌溉与排水一体化塑料渠道。

背景技术

传统的农业灌溉与排水设施一般是灌溉与排水分离的结构，排水沟一般采用梯形土质沟道、砌石矩形沟道等；灌溉渠道一般有矩形预制混凝土渠道、梯形现浇混凝土渠道、梯形预制混凝土渠道、矩形现浇混凝土渠道。

田间排水沟道占地面积大，极大的浪费耕地，同时排水流速小导致排水效率不高。灌溉渠道防渗是提高灌溉水利用系数直接最有效的措施，传统的现浇混凝土防渗渠道特点是施工质量好，防渗效果较好，但施工复杂，非常受气候条件限制，成本大且施工进度无法掌控；传统的预制渠道，在运输、安装、使用过程中由于施工工艺及其他外力因素影响，易出现破损、渗漏等问题。

如《一种灌溉与排水一体化渠道》(申请号201721147744.1)中所述渠道是由混凝土浇筑而成，排水盲沟由碎石层和粗砂填层组成。与传统的渠道一样主要材料为混凝土、碎石与粗砂，施工过程中易受外力因素影响，工期难以把握。如《一种灌溉与排水一体化渠道》(申请号201721001951.6)中灌溉水渠和排水水渠均由砂浆整平层、防水粘接层、混凝土浇筑层和碎石层组成，所述透水板为混凝土预制板；与传统的渠道一样主要材料为混凝土与碎石，施工工艺较传统的渠道更复杂、施工难度更大，且施工过程中易受外力因素影响，工期难以把握；同时透水板为混凝土预制板，普遍接缝多，施工质量难以保证，渠道整体性差，原材料不可回收。本发明采用塑料材质，安装简易，受外力因素小，施工工期短，且使用寿命一般在50年及以上，原材料可进行回收，保护生态环境。

如《一种u型防腐塑料渠道构件及其构成的渠道》(申请号201520068195.3)虽然是塑料渠道，但与传统的渠道一样功能单一，若输水灌溉就不能同时具有排水泄洪功能，若排水泄洪就不能同时具有输水灌溉功能。本发明采用灌溉与排水结合的一体式塑料渠道代替传统的灌溉渠道及排水沟道，同时具有灌溉功能与排水功能。

如《一种u型防腐塑料渠道构件及其构成的渠道》(申请号201520068195.3)所述工作过程：矩形防腐塑料渠道构件依次连接而成，其中相邻的两个构件通过连接件6连接，在连接件6的内侧壁上和渠壁1的外侧壁上涂上防水胶后用螺丝将连接件6与渠壁1拧紧，依次连接构成塑料渠道，该塑料渠道嵌入农田土壤即可用于农田灌溉或排水。但单个构件长度1～2m，需要先将构件依次连接成塑料渠道后，再将上述塑料渠道嵌入农田，这将会使塑料渠道的连接段过多，施工不便并造成渠壁与农田沟渠土壤契合度较差，在应用中仍存在较大缺陷。本发明一种新型塑料构件及其田间灌溉与排水一体化塑料渠道的工作过程：将首段塑料渠道嵌入已平整好的农田沟渠，相邻的下一段塑料渠道的首端连接槽、凹翼缘搭接于上一段塑料渠道的末端连接槽、凸翼缘并用螺栓拧紧，使施工灵活快捷，操作性强。

本发明将灌溉渠道与排水沟道一体化，大大减少了排水沟道占用耕地、提高了灌溉水利用系数；本发明结构简单，运输便捷，通过连接装置组合，简化了施工程序，极大提高了施工效率；增设盖板可防止灌溉水蒸发并可覆土种植，符合生态农业要求。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有排水沟道占用耕地问题及传统防渗渠道的不足，提供一种新型塑料构件及其田间灌溉与排水一体化塑料渠道，本发明大大减少了排水沟道占用耕地、提高了灌溉水利用系数；本发明结构简单，运输便捷，通过连接装置组合，简化了施工程序，极大提高了施工效率；增设盖板可防止灌溉水蒸发并可覆土种植，符合生态农业要求。

为实现上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的：一种节地高效生态的新型塑料构件，所述的塑料构件包括渠壁、连接槽、凸翼缘、凹翼缘、竖肋、横肋、灌溉放水口、放水塞、沟壁、排水汇入孔、过滤器、底座、盖板；其特征在于：所述渠壁分为内渠壁、外渠壁与渠翼，内渠壁为灌溉水流通道，外渠壁、渠翼与农田沟渠紧密贴合；连接槽分为首端连接槽与末端连接槽，首端连接槽位于塑料构件首端，末端连接槽位于塑料构件末端；首端连接槽中间位置设置8个下螺孔和6个上螺孔，首端连接槽与渠翼连接处设置凹翼缘，末端连接槽中间位置设置8个上螺孔和6个下螺孔，末端连接槽与渠翼连接处设置凸翼缘；所述塑料渠道的断面上部呈u形、矩形或梯形，断面下部呈圆形，渠壁底部外渠壁与沟壁外沟壁一体贴合；排水汇入孔与沟壁外沟壁一体相连；过滤器设置于排水汇入孔首部；

所述首端连接槽与渠壁衔接处的外渠壁设置竖肋；末端连接槽外渠壁边缘设置竖肋；渠壁两侧外渠壁上均设置横肋，沟壁底部外沟壁设置底座；其中竖肋与横肋、底座垂直交叉连接构成塑料构件的加固结构，竖肋用于防止所述塑料构件水平方向位移，横肋用于防止所述塑料构件垂直方向不均匀沉降，底座位于外沟壁底部，对称分布，可平衡并稳定塑料构件；

渠壁两侧设置灌溉放水口，灌溉放水口与放水塞通过止水橡胶圈密封并相连；

所述盖板材质为塑料，由盖板脚及盖板腔体组成，在塑料构件的两渠翼正中间位置均设置盖板脚槽，四个盖板脚嵌扣在所述塑料构件盖板脚槽内；盖板腔体内可覆土并种植草皮。

进一步的，所述灌溉放水口为圆形，在渠壁两侧，田间需灌溉用水时则打开放水塞；灌溉放水口半径r’在0.02～0.2m范围内，单侧灌溉放水口间距20～200m，灌溉放水口高度位于h/3～2h/3的位置；放水口与田面之间的放水通道可采用塑料管道、水泥预制管道、石砌管道或其他生态连接通道。

进一步的，所述塑料构件断面上部渠壁为u形、矩形或梯形；所述上部渠壁为u形，上部为直线段、下部为圆弧段，圆弧段半径在0.1～0.5m范围内，深h在0.2～1.0m范围内，直线段斜率为1：m，边坡系数m为0.25；所述上部渠壁为矩形，顶宽b在0.1～1m范围内，深h在0.1～1.0m范围内；所述上部渠壁为梯形，顶宽b1在0.1～1m范围内，底宽b2在0.1～0.6m范围内，深h在0.1～0.8m范围内，斜率为1：m，边坡系数m为0.5～2.0；所述塑料构件断面下部沟壁为圆形，圆内空半径r在0.1～0.5m；排水汇入孔两侧同时开孔，单孔半径0.05～0.1m，长0.2～20m，单侧孔距0.5～10m；塑料渠道每段长0.5～2m；

所述的塑料渠道主要为田间灌溉与排水渠道，灌溉设计流量按轮灌方式进行计算，排水设计流量根据排水面积、产汇流条件，排涝模数及对地下水位的控制要求等计算确定。所述的塑料构件断面上部渠壁的u形、矩形或梯形断面的顶宽和水深等参数的选取均按照计算出的水力最优断面及渠道的安全超高来进行确定；所述塑料构件断面下部沟壁的圆形断面的参数根据两块田同时排水的设计流量来进行确定；所述塑料构件的其他参数以塑料构件的稳定性为原则来确定。

进一步的，所述上一段塑料渠道末端连接槽的螺孔、凸翼缘与相邻的下一段塑料渠道的首端连接槽的螺孔、凹翼缘通过螺栓固定，共同组成塑料渠道的连接装置。

进一步的，可制作本塑料渠道的主要材料品种有：pe、pp、pvc、eea、eva、ps、hips、abs、aas、acs、mbs、as、bs、pmma、pa、pom、noryl、pc、pet、pbt、ppo、pps、psf、pc-abs、pc-pbt、pc-pmma、tpr、tpu、tpe等。

一种利用塑料构件构成的田间灌溉与排水一体化塑料渠道，其特征在于：塑料渠道由塑料构件依次连接而成，通过塑料构件首端连接槽、凸翼缘与相邻塑料构件末端连接槽、凹翼缘连接，采用螺栓拧紧；并于塑料构件渠翼上增设盖板覆土种植，渠壁与沟壁是由塑料与紫外线吸收剂及抗氧化剂一起而制而成，结构符合稳定。

一种利用塑料构件构成的田间灌溉与排水一体化塑料渠道，其特征在于：塑料渠道制备过程：由塑料渠道依次连接而成，主要包括如下步骤：

(1)田间沟渠按塑料渠道的标准断面平整好基面，定好沟渠线中心桩，测量好高程，沿沟渠口尺寸，洒好两侧开挖灰线。土方采用人工开挖，人工挑运、胶轮车运输，在开挖土方较集中的地段，土方沿沟渠两侧堆放；利用开挖后形成的平台布设交通运输道路及堆存塑料构件；在开挖好的沟道基槽上，人工夯实素土和铺设碎石垫层；

(2)将首个塑料构件嵌入已平整好的农田沟渠槽中，相邻塑料构件首端连接槽、凹翼缘搭接于上一段塑料渠道末端连接槽、凸翼缘，用螺栓将螺拧紧；

(3)将所述盖板的四个盖板脚嵌扣在盖板脚槽内；

(4)塑料渠道土方填筑用土石方尽量利用各工程项目开挖料，填筑采用人工或胶轮车进料，人工铺料分层夯实，人工回填夯实层厚为20～30cm，夯实土方干容重需大于1.65；

(5)对所述盖板腔体进行覆土并种植草皮等植物；

(6)重复步骤(2)—(5)，直至塑料渠道铺筑完成。

本发明提出的一种新型塑料构件及其田间灌溉与排水一体化塑料渠道，由于其是由塑料渠道按照一定顺序连接而成，改变了传统防渗渠道的施工方法，产生如下有益效果：

1、本发明渠壁与沟壁是由塑料与紫外线吸收剂及抗氧化剂一起而制而成，结构符合稳定要求，不易产生变形；抗老化塑料使得塑料渠道质量较轻、耐用且抗腐蚀；渠壁与沟壁壁内光滑、糙率小，可较大程度提高过水能力，增大排水流速，灌溉水利用系数很高，水量损失小，节约水资源。

2、渠翼增加盖板，盖板腔体覆土深度在0.05～0.1m，减小水分蒸发，进一步提高灌溉水利用系数，覆土种植符合生态农业的理念与要求。

3、每个塑料渠道具有连接装置和加固结构，有效的保障塑料渠道不易漏水和变形，且能够快速且简便地安装，容易拆卸、便于维护。

4、本发明结构简单，施工及养护方便，塑料渠道及盖板可回收再利用，生态环保，安全性能好，适用范围广。

目前尚未在农田水利灌溉与排水工程技术领域应用。本发明采用灌溉与排水结合的一体式塑料渠道代替传统的灌溉渠道及排水沟道，从而达到节约耕地、提高灌溉水利用系数，降低施工难度，加快施工进度，实现生态要求。

与《一种u型防腐塑料渠道构件及其构成的渠道》(申请号201520068195.3)相比，本发明塑料渠道具有全面的功能性、更好的水流条件及结构稳定性，并且不需要单独设置连接件，各塑料渠道相互独立，通过塑料渠道首端连接槽、凹翼缘与相邻塑料渠道末端连接槽、凸翼缘连接，将农田沟渠铺筑过程变得非常简单便捷，大大提高了施工效率，具有更广阔的应用前景。同时在渠翼上增设盖板并覆土种植，不仅进一步提高了灌溉水利用系数，而且符合生态理念与要求，适用于生态农业灌溉与排水工程。

附图说明

图1：本发明的u形塑料构件首端视图；

图2：本发明的u形塑料构件末端视图；

图3：本发明的u形塑料构件横断面图；

图4：本发明的u形塑料构件平面图；

图5：本发明的矩形塑料构件首端视图；

图6：本发明的矩形塑料构件末端视图；

图7：本发明的矩形塑料构件横断面图；

图8：本发明的矩形塑料构件平面图；

图9：本发明的梯形塑料构件首端视图；

图10：本发明的梯形塑料构件末端视图；

图11：本发明的梯形塑料构件横断面图；

图12：本发明的梯形塑料构件平面图；

图13：本发明的塑料构件盖板细部图；

图14：本发明的u形田间灌溉与排水一体化塑料渠道的示意图；

图15：本发明的矩形田间灌溉与排水一体化塑料渠道的示意图；

图16：本发明的梯形田间灌溉与排水一体化塑料渠道的示意图。

图中：1-渠壁、2-首端连接槽、3-末端连接槽、4-凸翼缘、5-凹翼缘、6-竖肋、7-横肋、8-灌溉放水口、9-放水塞、10-沟壁、11-排水汇入孔、12-过滤器、13-底座、14-盖板、15-盖板脚槽、16-盖板脚和17-盖板腔体。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和有益效果更加清楚，下面将结合附图，对本发明的优选实施例进行详细的说明，以方便技术人员理解。

如图1-16所示，本发明公开了一种新型塑料构件，其技术方案为：所述的塑料构件包括渠壁1、首端连接槽2、末端连接槽3、凸翼缘4、凹翼缘5、竖肋6、横肋7、灌溉放水口8、放水塞9、沟壁10、排水汇入孔11、过滤器12、底座13、盖板14、盖板脚槽15、盖板脚16和盖板腔体17；其特征在于：渠壁1分为内渠壁、外渠壁与渠翼，内渠壁为灌溉水流通道，外渠壁、渠翼与农田沟渠紧密贴合；首端连接槽2位于塑料渠道首端，末端连接槽3位于塑料渠道末端；首端连接槽2中间位置设置多个螺孔，首端连接槽2与渠翼连接处设置凹翼缘5，首端连接槽2与渠壁1衔接处的外渠壁设置竖肋6；末端连接槽3中间位置设置多个下螺孔，末端连接槽3与渠翼连接处设置凸翼缘4，末端连接槽3外渠壁边缘设置竖肋6；渠壁1两侧外渠壁上均设置横肋7，渠壁两侧设置灌溉放水口8，与放水塞9通过止水橡胶圈密封并相连；所述塑料渠道的断面下部呈圆形，渠壁1底部外渠壁与沟壁10外沟壁一体贴合；排水汇入孔11与沟壁10外沟壁一体相连；过滤器12设置于排水汇入孔11首部；沟壁10底部外沟壁设置底座13，两渠翼正中间位置均设置盖板脚槽15；盖板脚16嵌扣在渠翼上的盖板脚槽15内。

所述塑料构件断面上部渠壁为u形、矩形或梯形；所述上部渠壁为u形，上部为直线段、下部为圆弧段，圆弧段半径在0.1～0.5m范围内，深h在0.2～1.0m范围内，直线段斜率为1：m，边坡系数m为0.25；所述上部渠壁为矩形，顶宽b在0.1～1m范围内，深h在0.1～1.0m范围内；所述上部渠壁为梯形，顶宽b1在0.1～1m范围内，底宽b2在0.1～0.6m范围内，深h在0.1～0.8m范围内，斜率为1：m，边坡系数m为0.5～2.0；所述塑料构件断面下部沟壁为圆形，圆内空半径r在0.1～0.5m；排水汇入孔两侧同时开孔，单孔半径0.05～0.1m，长0.2～20m，单侧孔距0.5～10m；塑料渠道每段长0.5～2m。

所述塑料构件长度l在0.5～2.0m范围内，渠壁厚度a在0.003～0.03m范围内，首端连接槽与末端连接槽壁厚a/2，渠翼宽度b在0.05～0.15m范围内，厚度为a；所述渠壁1两翼正中间位置预留盖板脚槽15，盖板脚槽长l2＝l/10，宽b1＝b/3。

所述的塑料构件的断面下部呈圆形，圆内空半径r在0.1～0.5m，排水汇入孔两侧同时开孔，单孔半径0.05～0.1m，长0.2～20m，单侧孔距0.5～10m。

所述的塑料渠道主要为田间灌溉与排水渠道，灌溉设计流量按轮灌方式进行计算，排水设计流量根据排水面积、产汇流条件，排涝模数及对地下水位的控制要求等计算确定。所述的塑料构件断面上部渠壁的u形、矩形或梯形断面的顶宽和水深等参数的选取均按照计算出的水力最优断面及渠道的安全超高来进行确定；所述塑料构件断面下部沟壁的圆形断面的参数根据两块田同时排水的设计流量来进行确定；所述塑料构件的其他参数以塑料构件的稳定性为原则来确定。

所述的塑料构件渠壁1的两外侧壁上均设置有竖肋6和横肋7，竖肋6和横肋7、底座13垂直交叉连接构成塑料构件的加固结构，竖肋、横肋和底座厚度为a，末端连接槽处的竖肋6位于边缘，首端连接槽处的竖肋6位于l1位置处，l1在0.03～0.05m范围内，横肋位于塑料构件竖向h/3的位置。底座13平行设置在沟壁10外侧的底部对称分布，距塑料构件圆弧底r/2及r，加固结构可用于防止所述塑料构件垂直方向不均匀沉降及水平方向位移，可平衡并稳定所述塑料构件，使得塑料构件在运行时更加可靠、稳固。

所述灌溉放水口8为圆形，在渠壁两侧，由灌溉放水口及放水塞9组成，通过止水橡胶圈密封并相连，田间需灌溉用水时则打开放水塞9。放水口半径r，在0.02～0.2m范围内，单侧灌溉放水口间距20～200m，放水口高度位于h/3～2h/3的位置；放水口与田面之间的放水通道可采用塑料管道、水泥预制管道、石砌管道或其他生态连接通道。

所述的塑料构件由塑料与紫外线吸收剂及抗氧化剂一起压制而成，可防止塑料构件因暴露在空气或浸泡在水中老化而致使其不能正常工作，渠翼、加固结构及底座可保护塑料渠道不受外力的破坏，从而延长了塑料渠道的使用寿命，节约成本。

所述盖板14材质为塑料，四个盖板脚14嵌扣在所述塑料构件盖板脚槽15内；盖板腔体17内可覆土并种植草皮等植物，盖板脚16长l2/2，宽b1，盖板14外尺寸为长l-l1、宽b+b+b1；盖板腔体15尺寸为长l-l1-2b1、宽b+b-b1，厚度为a，高h4在0.05～0.1m范围内。

本发明的塑料渠道制备过程：由塑料渠道依次连接而成，主要包括如下步骤：

(1)田间沟渠按塑料渠道的标准断面平整好基面，定好沟渠线中心桩，测量好高程，沿沟渠口尺寸，洒好两侧开挖灰线。土方采用人工开挖，人工挑运、胶轮车运输，在开挖土方较集中的地段，土方沿沟渠两侧堆放；利用开挖后形成的平台布设交通运输道路及堆存塑料构件；在开挖好的沟道基槽上，人工夯实素土和铺设碎石垫层；

(2)将首个塑料构件嵌入已平整好的农田沟渠槽中，相邻塑料构件首端连接槽、凹翼缘搭接于上一段塑料渠道末端连接槽、凸翼缘，用螺栓将螺拧紧；

(3)将所述盖板的四个盖板脚嵌扣在盖板脚槽内；

(4)塑料渠道土方填筑用土石方尽量利用各工程项目开挖料，填筑采用人工或胶轮车进料，人工铺料分层夯实，人工回填夯实层厚为20～30cm，夯实土方干容重需大于1.65；

(5)对所述盖板腔体进行覆土并种植草皮等植物；

(6)重复步骤(2)—(5)，直至塑料渠道铺筑完成。

本发明采用灌溉与排水结合的一体式塑料渠道代替传统的灌溉渠道及排水沟道，从而达到减少田间排水沟道的耕地占用面积的目的；材料是由塑料与紫外线吸收剂及抗氧化剂一起而制而成，断面上部为外扩矩形结构，断面下部为圆形结构，符合结构稳定要求，可以减少塑料渠道侧壁压力，不易产生变形；抗老化塑料使得塑料渠道质量较轻、耐用且抗腐蚀；渠壁与沟壁光滑、糙率小，可较大程度提高过水能力；渠翼增加盖板，减小水分蒸发，可进一步提高灌溉水利用系数，水量损失小，节约水资源，覆土种植符合生态农业的理念与要求；每个塑料渠道具有连接装置和加固结构，有效的保障渠道不易漏水和变形，且能够快速且简便地安装，容易拆卸、便于维护；本发明结构简单，施工及养护方便，塑料渠道及盖板可回收再利用，生态环保，安全性能好，适用范围广。

最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。