新型温室大棚

赵海琦

温室大棚是设施农业的主要形式，要保证它的种植产量和质量，水源保障至关重要。但我国大部分地区水资源缺乏，降雨季节分布不均，旱涝交替，如何有效利用宝贵的雨水资源、提高温室大棚的综合效益越来越受到重视。

受新疆坎儿井自流灌溉的启发，结合渗灌技术，我设计了一种温室大棚集雨自动渗灌系统。

一、背景介绍

温室大棚应用范围十分广泛，对提高人们的生活水平、增加农民收入具有十分重要的意义。在广大农村地区，温室的灌溉大多使用地下水或河水，实行漫灌或喷灌，也有一些采用滴灌，但水资源利用效率都不高。

此外，对于一些化肥和农药，如果采用漫灌方式，植物根系不能有效吸收，浪费养分的同时还会污染水资源和土壤。而城市的屋顶的温室大棚大多使用自来水浇灌，成本高，效益低。

渗灌是一种低能耗灌溉技术，在不到1m的压力水头甚至无压状态下，就可以进行灌溉。渗灌与地下滴灌非常相似，将管状灌水器埋在植物根部附近的土壤中，当管内充满水时，水通过管壁内的微孔渗出管外，传输到植物根部。

与地表漫灌相比，渗灌可减少地表蒸发和深层渗漏，大大提高水资源的利用率。

我国是一个农业大国，农业灌溉用水占全国总用水量的60%以上，农业灌溉每年缺水约三百亿平方米。雨水是一种宝贵的水资源，但我国大部分地区降雨量分布不均衡，雨季雨水过多，旱季雨水过少。

以成都市为例，年降雨量为759mm至1155mm。雨水最多的月份出现在8月，月降雨量为199mm至258mm，最少的出现在1月，月降雨量为4.3mm至19mm，年内分布极不均匀。

本文提出的温室大棚集雨自动渗灌系统就是利用温室大棚的自身特点，将雨水收集储存后再分配，并结合渗灌技术实现雨水资源的最大化利用。

二、基本原理

利用温室大棚外顶面良好的不透水性和倾斜坡度蓄积雨水，实现雨贮旱供，并配套大棚内部的渗灌管网，利用重力作用，在不使用电力的情况下，建设自流灌溉系统，提高雨水资源的利用率。

三、结构组成

温室大棚集雨自动渗灌系统由集雨子系统、储水子系统和自动渗灌子系统组成。

1.集雨子系统

集雨子系统由集雨面、挡雨板和集雨面入水口组成。温室大棚一般采用透光不透水的材料做顶棚，形成一个弧形坡面。下雨时，雨水顺着坡面流到地面，渗入土壤中或随地面排水沟流走。

集雨子系统将温室大棚顶面作为集雨面，在顶棚外表面选择合适的位置，使用粘黏等方法固定弧形挡雨板，挡雨板高为3cm至5cm，在弧形最低处开一个圆孔作为集雨面入水口。下雨时，挡雨板拦截从大棚弧面滑落的雨水，使其汇集到集雨面入水口，最后进入大棚内顶部的储水管中。

集雨面入水口的口径大小按降雨量的大小设计，在入口处安置过滤网。挡雨板在集雨面入水口处形成一个外翻弧口，当降雨量较大，雨水不能及时通过入水口进入储水管时，多余的雨水便由弧口流到下一个集雨面。集雨面的设置根据年降雨量的情况和储水管的容积考虑，可设置一级或多级。详见图1和图2。

2.储水子系统

储水子系统由固定在温室大棚内部棚顶的储水管和棚外地面蓄水池两部分组成（详见图3、图4和图5）。棚顶储水管储存由温室大棚集雨面汇集的雨水，当温室大棚长度确定后，储水管的长度就限定了，其容积由其口径决定，口径越大，储藏的雨水就越多。因此，储水管的口径选择需考虑大棚结构受力和内部空间因素。

成都的6月至8月为多雨季节，大棚内植物不需要太多灌溉用雨水，当储水管内的雨水灌满时又恰逢降雨，怎么办？

可考虑两种解决方案，一是在大棚棚顶增加集雨面，每个集雨面在棚内设有一个储水管，增加总的储水管容积。二是在大棚外部最后一级集雨面的下方地面建造一个蓄水池（内置一个小水泵），储存储水管容量之外的雨水。

当雨量较大，各储水管都已储满雨水时，多余的雨水就会汇集到蓄水池。在降雨少的季节，当储水管中的雨水用完后，可用水泵将蓄水池中的雨水（或其他来水）抽送到储水管中进行渗溉。

3.渗灌子系统

一般的渗灌系统需人工制造水位差或利用自来水的水压，都要耗费一定的能量。本文提出的自流渗灌子系统则利用储水管在大棚内顶部相对于大棚内植物形成的水位差，当把渗水管的开关打开后，储水管中的雨水通过渗水管流到植物根部的土壤中，利于植物充分吸收。详见图6。

四、创新点

1.利用温室大棚自身的高度，使用内部棚顶设置储水管的方法，形成储水管内水位与大棚内植物的高度差，实现自流渗灌。

2.温室大棚外顶面多级集雨技术和地面蓄水池结合应用，可最大限度地利用雨水资源。

3.本系统不仅有效利用了雨水资源，还能在使用融水性肥料和药物时，将其直接溶解在蓄水池里，搅拌充分后，利用水泵抽送至储水管中并自动渗灌到植物根部，利于植物充分吸收。

五、效益分析

1.充分利用雨水资源，以丰补歉，节省费用。在成都地区，如果一个温室大棚棚顶面积为500m2，在降雨多的年份，一年可收集约500t雨水，采用渗灌技术，其效用相当于漫灌方式1500t水的效用，经济效益可观。

2.利用大棚自身高度自流渗灌，为作物生长提供优良的环境，有效提高作物产量和土地利用率。

3.降低温室大棚种植用水对外界的依赖程度，可利用雨水的时空再分布解决部分灌溉用水问题，为水源缺乏地建设温室大棚提供可行性方案，扩大了温室大棚选址的适宜范围。