[发明专利]一种适用于人工再植被边坡的渗灌方法及系统

权利要求书

1.一种确定适用于人工再植被边坡的渗灌系统中的渗灌管埋深比的方法，其特征在于，所述适用于人工再植被边坡的渗灌系统包括高位储水池(1)，泵水装置(3)，输水管道，渗灌管(5)和人工再植被边坡；高位储水池(1)设置于边坡的上部，泵水装置(3)的出口端通过水源传递管路连接高位储水池(1)，输水管道和渗灌管(5)埋入人工再植被边坡的边坡土壤层中，输水管道包括主供水管道(4.1)、主回水管道(4.2)和分水管道(4.3)；主供水管道(4.1)设置在边坡的上部，并且连接高位储水池(1)的出口端，主回水管道(4.2)设置在边坡的下部，主回水管道(4.2)直接连接泵水装置(3)的入口端，分水管道(4.3)的上、下端分别连接主供水管道(4.1)和主回水管道(4.2)，主供水管道(4.1)沿着边坡的上部横向延伸，分水管道(4.3)从边坡的上部向下部延伸，与主供水管道(4.1)的延伸方向垂直；主回水管道(4.2)沿着边坡的下部横向延伸，分水管道(4.3)具有上部入水口、下部回水口和中间出水口；中间出水口设置在上部入水口和下部回水口之间的管道段上；主供水管道(4.1)的出水口连接分水管道(4.3)的上部入水口，分水管道(4.3)的每个中间出水口通过接头(12)左右各连接一段渗灌管(5)，用于将水输送到渗灌管(5)，以为边坡供水；每段渗灌管(5)的延伸方向与垂直于分水管道(4.3)延伸的水平线之间具有一夹角，所述夹角为3°-10°；渗灌管内表面粗糙摩擦所产生的沿程损失与重力作用即可大约抵消；所述渗灌管(5)直接由硬质多孔塑料管构成，该塑料管的材质为发泡聚氨酯塑料；所述渗灌系统还包括控制系统和湿度计(7)，湿度计(7)分布在边坡土壤层中，并且电连接控制系统，用于实时监测边坡土壤层内的含水饱和度，并反馈到控制系统，控制系统电连接泵水装置(3)，用于根据所述含水饱和度，实时调整泵水装置的流量；高位储水池(1)中设置有浮力阀门(2)，控制系统电连接浮力阀门(2)，用于根据所述含水饱和度，实时调节浮力阀门的开度，从而控制整个渗灌系统内的渗灌水强度；所述渗灌系统还包括压力计(6)， 压力计(6)设置在输水管道上，并且电连接控制系统，用于实时监测输水压力，并反馈到控制系统，控制系统电连接浮力阀门(2)，用于根据实时监测的输水压力，实时调节浮力阀门的开度，从而控制整个渗灌系统内的渗灌水强度；分水管道(4.3)的下部回水口连接主回水管道(4.2)；所述分水管道(4.3)设置有多列，沿着边坡纵向排列，每列分输水管路(3.3)的中间出水口设置有多个；每列分水管道(4.3)左右两边连接的多段渗灌管(5)沿着边坡方向从上到下设置有多排，相邻列分水管道(4.3)之间的渗灌管(5)横向是不连续的，即是断开的，边坡与水平面之间的夹角为10-70度；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：首先，根据湿度计(7)测量得到土壤的自然饱和度θ_e，然后通过下式确定边坡土壤的基质吸力S_m，单位为厘米：

其中θ_e为土壤自然饱和度，单位无量纲；α和n都是拟合系数，单位无量纲，通过边坡使用土壤类型对应的土水实验经验参数确定，α＝0.0011～0.05、n＝1.5～5；

步骤二：确定每根渗灌管外表面土壤中供水水头H，单位厘米；确定边坡土壤层(9)的平均厚度h，单位为厘米；然后通过下式得到渗灌水湿润锋垂直坡面向上运移距离z_u，单位为厘米：

其中A为边坡平均坡度角，单位度；

步骤三：确定渗灌管埋深比，即渗灌管最佳埋深比例I，通过下式得到渗灌管最佳埋深比例I：

2.一种确定适用于人工再植被边坡的渗灌系统中的相邻渗灌管最佳间距的方法，所述适用于人工再植被边坡的渗灌系统包括高位储水池(1)，泵水装置(3)，输水管道，渗灌管(5)和人工再植被边坡；高位储水池(1)设置于边坡的上部，泵水装置(3)的出口端通过水源传递管路连接高位储水池(1)，输水管道和渗灌管(5)埋入人工再植被边坡的边坡土壤层中，输水管道包括主供水管道(4.1)、主回水管道(4.2)和分水管道(4.3)；主供水管道(4.1)设置在边坡的上部，并且连接高位储水池(1)的出口端，主回水管道(4.2)设置在边坡的下部，主回水管道(4.2)直接连接泵水装置(3)的入口端，分水管道(4.3)的上、下端分别连接主供水管道(4.1)和主回水管道(4.2)，主供水管道(4.1)沿着边坡的上部横向延伸，分水管道(4.3)从边坡的上部向下部延伸，与主供水管道(4.1)的延伸方向垂直；主回水管道(4.2)沿着边坡的下部横向延伸，分水管道(4.3)具有上部入水口、下部回水口和中间出水口；中间出水口设置在上部入水口和下部回水口之间的管道段上；主供水管道(4.1)的出水口连接分水管道(4.3)的上部入水口，分水管道(4.3)的每个中间出水口通过接头(12)左右各连接一段渗灌管(5)，用于将水输送到渗灌管(5)，以为边坡供水；每段渗灌管(5)的延伸方向与垂直于分水管道(4.3)延伸的水平线之间具有一夹角，所述夹角为3°-10°；渗灌管内表面粗糙摩擦所产生的沿程损失与重力作用即可大约抵消；所述渗灌管(5)直接由硬质多孔塑料管构成，该塑料管的材质为发泡聚氨酯塑料，所述渗灌系统还包括控制系统和湿度计(7)，湿度计(7)分布在边坡土壤层中，并且电连接控制系统，用于实时监测边坡土壤层内的含水饱和度，并反馈到控制系统，控制系统电连接泵水装置(3)，用于根据所述含水饱和度，实时调整泵水装置的流量；高位储水池(1)中设置有浮力阀门(2)，控制系统电连接浮力阀门(2)，用于根据所述含水饱和度，实时调节浮力阀门的开度，从而控制整个渗灌系统内的渗灌水强度；所述渗灌系统还包括压力计(6)，压力计(6)设置在输水管道上，并且电连接控制系统，用于实时监测输水压力，并反馈到控制系统，控制系统电连接浮力阀门(2)，用于根据实时监测的输水压力，实时调节浮力阀门的开度，从而控制整个渗灌系统内的渗灌水强度；分水管道(4.3)的下部回水口连接主回水管道(4.2)；所述分水管道(4.3)设置有多列，沿着边坡纵向排列，每列分输水管路(3.3)的中间出水口设置有多个；每列分水管道(4.3)左右两边连接的多段渗灌管(5)沿着边坡方向从上到下设置有多排，相邻列分水管道(4.3)之间的渗灌管(5)横向是不连续的，边坡与水平面之间的夹角为10-70度；

所述方法包括如下步骤：

步骤一：首先，根据湿度计测量得到土壤的自然饱和度θ_e，然后通过下式确定边坡土壤的基质吸力S_m，单位为厘米：

其中θ_e为土壤自然饱和度，单位无量纲；α和n都是拟合系数，单位无量纲，通过边坡使用土壤类型对应的土水实验经验参数确定，α＝0.0011～0.05、n＝1.5～5；

步骤二：确定每根渗灌管外表面土壤中供水水头H，单位厘米；确定边坡土壤层(9)的平均厚度h，单位为厘米；然后通过下式得到渗灌水湿润锋垂直坡面向上运移距离z_u，单位为厘米：

其中A为边坡平均坡度角，单位度；

步骤三：确定出中间函数B，单位无量纲，中间函数B表达如下：

确定相邻两个渗灌管外侧渗水湿润锋沿边坡平行方向向下运移距离z_a，单位厘米：

确定相邻两个渗灌管外侧渗水湿润锋沿边坡平行方向向上的运移距离z_b，单位厘米：

其中LambertW为朗伯W函数的解集中使z_a、z_b为最小正实数的唯一解；

最后确定相邻两根渗灌管最佳间距z_w，单位厘米：