干旱山区田间集雨器设计申报书(尹圆圆)

1、 陕西科技大学第八届“挑战杯”大学生课外学术科技作品竞赛作品申报书 作品名称：干旱山区田间集雨器设计 院（系）全称：设计与艺术学院 申报者姓名、班级 ：尹圆圆 艺工121 （集体名称）：尹圆圆；杨宁；徐之殿奎；樊亚瑄；史伊忞；成珊珊；胡国明 类别：自然科学类学术论文 哲学社会科学类社会调查报告和论文þ科技发明制作A类 科技发明制作B类组别:þ本专科生组 硕/博研究生组 A2申报者情况（集体项目）说明：1必须由申报者本人按要求填写；2申报者代表必须是作者中学历最高者，其余作者按学历高低排列；3本表中资格认定的签章视为申报者情况的确认。申报者代表情况姓名尹圆圆性别男出生年月19

2、92.5.30学校全称陕西科技大学院系专业工业设计（艺术类）学历本科年级大三学制 4 年入学时间2012年作品名称 干旱山区田间集雨器开发设计通讯地址陕西省西安市未央区陕西科技大学邮政编码710021办公电话常住地通讯地址陕西省西安市未央区陕西科技大学邮政编码710021住宅电话其他作者情 况姓 名性别年龄学历所在单位徐之殿奎男20本科陕西科技大学设计与艺术学院樊亚瑄女21本科陕西科技大学设计与艺术学院史伊忞女20本科 陕西科技大学管理学院成珊珊女21本科陕西科技大学设计与艺术学院胡国明男21本科 陕西科技大学机电工程学院资格认定院系负责人或导师意见本作品是否为课外学术科技或社会实践活动成果&

3、#254;是 否负责人签名：年 月 日B3申报作品情况（科技发明制作）说明：1必须由申报者本人填写；2本部分中的科研管理部门签章视为对申报者所填内容的确认；3本表必须附有研究报告，并提供图表、曲线、试验数据、原理结构图、外观图（照片）,也可附鉴定证书和应用证书；4作品分类请按照作品发明点或创新点所在类别填报。作品全称干旱山区田间集雨器开发设计作品分类（ A ）A机械与控制（包括机械、仪器仪表、自动化控 制、工程、交通、建筑等） B信息技术（包括计算机、电信、通讯、电子等） C数理（包括数学、物理、地球与空间科学等） D生命科学（包括生物、农学、药学、医学、健 康、卫生、食品等） E能源化工（包

4、括能源、材料、石油、化学、化 工、生态、环保等）作品设计、发明的目的和基本思路，创新点，技术关键和主要技术指标作品设计、发明的目的和基本思路： 目前国内没有针对偏远山区田间集雨的装置，尤其是在我国西北黄土高原；华北干旱缺水山丘区；西南旱山区等地区，受地形，交通，等各方面因素的影响，无法在田间建立水窖等储水系统，农业生产收到了严重的制约。像喷叶面肥；合理使用农药；幼苗栽培等各项农业活动，对水的要求更是绕不过去的问题，农民只能从山沟里通过人力将水搬运到山顶。这不但延误了及时施肥，合理的用药的时间，而且搬水上山更是苦不堪言。当下干旱山区农民急需一款能在山区田间及时收集降雨的简易装置，解决干旱山区小量

5、农业用水困难的问题。创新点: 我们设计的集雨器装置遵循常规原理，由集雨布和自带式存水槽构成。能够根据不同的地形地势进行调节，最大程度的积雨。为农业生产集存丰富的农业用水，解决农业生产中“不可抗拒农业用水”的困难。以满足农业生产中小量用水的需求。增加农业生产产量，提高农业生产效率。技术关键和主要技术指标： 一种干旱山区田间集雨器，包括带倾斜角的集雨布，集雨布斜面底部一侧设有取水口；取水口下方为取水槽；取水槽的顶部设有导流口；取水槽与集雨布下方的储水槽相连通；集雨布四周设有支撑布；支撑布外侧设有固定布。取水槽外侧设有单向进水防蒸发的盖子；取水槽底部为球状凹槽；相邻的两块支撑布撑起时，相邻边构成A字

6、形垒土支撑区；有倾斜角的集雨布后端和两边高，取水口低；集雨布采用耐磨塑料布。另一种方式是：提供一种便于携带的旋转式田间集雨器，将降雨通过集雨布收集并储存在储水槽或水窖内，主支撑杆位于延伸杆下方，通过卡扣的结构相连接，可以滑动，竖向支柱套在主支撑杆外端下方，可以抽出旋转90°后竖向垂直地面；主圆形折叠式集雨布固定在主支撑杆下面，延伸性圆形折叠式集雨布固定在延伸杆上面，每个主支撑杆内端设有可活动的圆环，由可拆卸的固定圆环将所有的主支撑杆套在一起。使用时配合储水槽或水窖等像打开折扇一样，打开本装置，并将两个竖向支柱固定在一起，便能收集到雨水，同时分别向外拉伸延伸杆可以增大集雨面积。作品的科

7、学性先进性（必须说明与现有技术相比、该作品是否具有突出的实质性技术特点和显著进步。请提供技术性分析说明和参考文献资料） 目前市场还没有此类旱地集水装置，通过网络收集干旱地区农业用水资料并做实地问卷调查，分析各干旱地区和非干旱缺水区对“不可抗拒小量农业用水”的需求。研究各干旱山区和非干旱缺水区农业生产对田间集水装置的需求，了解他们对于集雨器的内在需求很大。该旱地集雨装置采用了可移动的集水装置，可有效解决干旱山区田间集雨的问题，可以防止蒸发，根据用水需求随意安置，不长期占用土地资源，可持续储存降雨，方便收纳携带；可置于野外田间集雨，减少存水的蒸发，可以在用水前安置在田间，用完后收纳移往他出，不会长

8、期占用土地资源，实现雨水的持续收集和储存，减少蒸发，提高雨水的收集效率；质量轻，方便收纳携带，适应于降雨量丰富，但缺乏储水设备的干旱山区使用。具有成本低、结构简单、易实现的特点。作品在何时、何地、何种机构举行的评审、鉴定、评比、展示等活动中获奖及鉴定结果 2014年陕西省创新创业项目立项 已授权国家实用新型专利1项已申请国家发明专利2项作品所处阶 段（A ）A实验室阶段 B中试阶段 C生产阶段D（自填）技术转让方式作品可展示的形 式 þ实物、产品 þ模型 þ图纸 磁盘 现场演示 þ图片 录像 þ样品使用说明及该作品的技术特点和优势，提供该作品的

9、适应范围及推广前景的技术性说明、市场分析和经济效益预测技术特点和优势: 本产品的目的在于提供一种干旱山区田间集雨器，将降雨通过集雨布收集并储存在储水槽内，防止蒸发，持续收集降雨，具有成本低、结构简单、易实现的特点。 该旱地集雨器可有效解决干旱山区田间集雨的问题，可以防止蒸发，根据用水需求随意安置，不长期占用土地资源，可持续储存降雨，方便收纳携带；可置于野外田间集雨，减少存水的蒸发，可以在用水前安置在田间，用完后收纳移往他出，不会长期占用土地资源，也可以配合水窖使用，为水窖增加储水量，实现雨水的持续收集和储存，减少蒸发，提高雨水的收集效率；质量轻，方便收纳携带等优势。适用范围： 我国西北黄土高原

10、；华北干旱缺水山丘区；西南旱山区等地区由于近几年干旱灾害频繁，而我们的产品功能性强，可以有效的解决干旱山区（和非干旱山区田间缺水区）小量农业用水困难的问题，为田间缺水区的农民解决因交通落后只能人力搬运农业用水的困难，提供足够的小量农业用水。由于在我国这一概念还没有得到实现，但是农民迫切需要此类产品，预计我们的产品市场空间会非常广大。专利申报情况þ提出专利申报 申报号 201420650694.9 申报日期 2014 年 6 月 5日þ已获专利权批准 批准号2014112801032180 批准日期 2014 年 12 月 4日 未提出专利申请科研管理部门签章（部门签章） 年

11、 月 日C.当前国内外同类课题研究水平概述说明：1.申报者可根据作品类别和情况填写；2.填写此栏有助于评审。干旱山区田间集雨器设计国内外研究现状【摘要】 国际上公认干旱对经济和社会造成的损失相当于其他自然逆境造成损失的总和。干旱问题是一个世界性难题， 世界上干旱与半干旱地区面积约占世界陆地面积的25% 和30%, 而这一地区雨养农业面积却占世界耕地面积的1/ 3 以上, 且在湿润地区也常伴有季节性的或难以预测的干旱, 从而对世界农业生产构成巨大威胁。国内外在针对干旱自然然灾害这一重点课题的过程中积累了大量的经验和方法，取得了

12、巨大的进步，有了许多系统的，解决农业用水困难的技术和设备、项目工程，但由于偏远山区受地形，交通，资金和投资回报率低的影响。至今还没有一项能为其解决田间农业用水困难的项目或一件产品。我们团队立足于国内外对干旱地区农业生产技术的研究，欲开发出一款适合在干旱山区田间使用的集雨器。为山区田间缺水的农民解决因交通落后只能人力搬运农业用水的困难，提供足够的小量农业用水。ABSTRACT Abstract internationally recognized drought on economic and social losses caused by natural adversities equival

13、ent to the sum of the losses of the other. Drought is a worldwide problem, the world's arid and semi-arid regions area accounts for about 25% and 30% of the world's land area, and the region accounts for rainfed agriculture area of arable land in the world 1/3 or more, and in the wet area is

14、 also often accompanied by seasonal or unpredictable droughts, and thus pose a huge threat to the world's agricultural production. At home and abroad for the key topics in the course of natural disasters natural drought has accumulated a wealth of experience and methods, has made tremendous prog

15、ress, with many systems to solve difficult technical and agricultural water equipment, project engineering, but because of the remote terrain, traffic, finance and low return on investment by mountains. So far no one able to solve their problems in the field of agricultural water project or a produc

16、t. Our team is based on researches on agricultural production techniques in arid regions, want to develop a suitable rainwater harvesting in arid mountainous field use. Field for mountain farmers to solve water shortage due to traffic behind only human lugging water in agriculture, provide sufficien

17、t small amount of agricultural water. 关键词：干旱山区;田间集雨器;农业用水一、国外在解决山区农业生产中的用水困难的措施 修建水库，调节径流，以洪补充枯。最早为了满足日益增长的工农业用水要求，各国主要靠修建水库，调节径流，以洪补枯，充分的利用地面水。国外水库建设发展较快，1960年前修建100米以上的高坝113座，到1975年已建成和施工的共达371座。其中，最高的土石坝高达325米(苏联)。 合理开发利用地下水， 发展井灌。印度每年提取617亿立米地下水用于井灌，占地面、地下总引水量的25;井灌面积占总灌溉面积的3600。美国1975年引用地下水950亿

18、立米，占总引水量的19%，井灌面租占总灌溉面积的37 % 日本1975年的引水量为1,179亿立米，其中引用地下水218记立米，占18.5%0为防止地下水外流，日本等国近期提出修建地下坝拦截，以形成地下水库。日本拟修建地下坝四处，可蓄水约3亿立米，现正在东京地区搞试点。 采用新防渗材料，减少水的渗漏损失。目前，美国、苏联、法国、意大利、阿尔及利亚等国，都是以这种方法为主。塑料薄膜防渗，一般减少渗漏量90%。使用寿命10-20年。目前，不少国家不仅用于灌溉渠道，而且在工业上也广泛采用。最多用于废水处理，防止污水渗漏，以保护河流和地下水。美国在一座面积为10 00。平方米，库容为18900立米的小

19、型水库上，用丁基橡胶薄膜衬砌，薄膜厚1.5毫米，宽1,8米。在工厂中预先粘接成面积为1,150平方米的大张，运到现场再按水库面积粘成整张。这种衬砌法不透水、柔软，可御老化、风化和化学侵蚀，予计寿命可达50年。苏联在“饥饿草原”用聚氯乙烯薄膜铺衬渠道40公里，经过6年运用，几乎完全不漏水。 推广喷灌和试用滴灌喷灌是近代一种新的灌水技术，它具有显著的省水、增产等特点。从长远的发展趋向来看，有些国家喷灌有可能逐步成为一种主要的灌水方法。美国计划到1980年，将地面灌溉的面积压缩到20，使喷灌面积增到80%法国从1955年开始，无论是新建灌区或改建旧灌区，、都已按喷灌设计施工。目前，喷灌占总灌概面积8

20、0%以上的国家有英、法、瑞典、丹麦和奥地利等。朝鲜的喷灌面积发展也很快，全国喷灌面积已达450万亩。他们采用的喷灌系统主要有移动式、半固定式和固定式三种。计划今后要把半固定式逐步改为固定式，并朝着自动化和遥控方向发展。滴灌首先见于英国，主要用子温室施肥灌水，传到以色列后发展成为果园、大田的灌水系统。现在美国、日本、意大利、澳大利亚、新西兰、突尼斯、墨西哥等国都已采用。灌比喷灌省水50%，增产20-50%，有的增产1倍。19l5年全世界的滴灌面积为164万亩，预计到1980年将增至520万亩。 利用咸水灌概。当前，世界上许多国家和地区，因淡水水源不足，正试验研究利用咸水进行灌溉。突尼斯在其南部撒

21、哈拉沙漠地区，在有排水和灌水技术措施条件下，引用矿化度1,2-6.2克/升的地下咸水灌溉玉米、小麦、棉花等作物，效果良好。印度利用咸水灌溉小麦、黍子、烟草、油料和豆类等作物，已进行了多年研究，发现作物生长的前期用淡水灌溉，后期用咸水灌溉可以得到较好的效果。海水灌溉，许多国家正在研究。印度、西班牙、西德、瑞典的一些海水灌溉试验站，已引用矿化度6 -33克/升的海水灌溉小麦、玉米、蔬菜、烟草等作物。兴建跨流域的调水工程。由于天然径流在地区上分布不均，从丰水地区向干早地区搞跨流域调水工程，也是解决水源的重要途径。目前，引水量最大的是巴基斯坦从印度河向东调水，年引水量148亿立米，.输水道长6邸公里，

22、为自流式、流量614秒立米。美国制定的“加里福尼亚中央河谷大型引水灌溉工程计划”，预计到2000年完成，现正在分期建设中。整个工程的目的，是将加里福尼亚州北部较丰富的水量引向中央河谷，供灌溉、发电和城市用水。每年可输水49.3亿万立米，灌溉土地约1000万亩。苏联新建的大型灌溉引水工程卡拉库姆渠道，从阿姆河引水，穿过卡拉库姆沙漠，渠长1500公里，已修建800公里，灌溉土地600万亩。下一期工程完成后，灌溉面积将增至1500万亩，并使450公里渠道通航。二、国内解决山区农业用水困难的技术方案我国干旱半干旱地区面积约占全国土地面积的32.5%，由此形成的土地荒漠化而使我国成为世界上荒漠化危害严重

23、的国家之一。而干旱瘩薄山地是干旱影响最为严重的地区。以甘肃省为例，现有干旱瘩薄山地而积67万公顷，约占山地面积的12.9%，这些地区植被稀少、土壤瘩薄、水土流失严重、无灌溉条件，降水量稀少，林木成活和正常生长受到严重的制约。因此，干旱己成为影响瘩薄山地造林成活的主要因素，由此形成的水土流失、环境恶化成为山地生态建设和经济可持续发展的主要障碍，严重制约着区域经济的可持续发展和农民的脱贫致富。由于山地的复杂性，干旱半山区引水灌溉几乎是不可能的，天然降水便成为当地农业生产用水的唯一来源。我国水资源的时间分布很不均匀，受季风气候的影响，降水主要发生在夏季。大部分地区每年汛期连续4个月的降水，不但容易形

24、成春旱夏涝，而且水资源中大约有2/3的是洪水径流量，以无效水的形式损失，不仅造成了大量的水土流失，而且对作物的生长发育没有产生任何积极作用，也降低了水分利用效率。因此，通过拦截雨水为造林服务，是在目前水资源医乏条件下实现荒山绿化的有效途径。人们对集雨设施农业灌溉研究很多，比如通过集雨沟、塑料薄膜、覆膜压草等方式可有效集雨，收集的雨水可用于生活用水、大棚温室、城市绿化、甚至用于发电等。这些发明为雨水的有效利用提供了有效的方法，但是这些雨水收集方式有的需要特殊设备设施，成本较高，有的雨水收集量较少，有的使用不方便，并不适宜直接在干旱山区中应用。  我国目前雨水收集的主要模式为集雨节灌工程

25、和沟垄微型集雨技术。 一.121雨水集留工程：1995年甘肃省中东部地区遭受60年一遇的大旱，造成了农业大面积减产或绝收，许多地方的群众和牲畜的饮水也发生严重困难。在此情况下，甘肃省委、省政府做出了在全省于旱半干旱地区实施"121雨水集流工程”的战略决策，即每产建立100m2左右的屋顶和庭院集流面，打两眼水窖，发展灌溉一处庭院经济。理论上集雨形式要由单一的集流场、水窖向路面、场院、坡地、沟岔、山头等多种形式的综合集流延伸；效益从单纯解决人畜饮水向发展庭院经济，大田补灌等方面延伸。但因为投资回报低，所以在田间无法大规模实施此项工程。 此工程现在存在的问题：国家资金投入不足，农民承受能力

26、低，负担过重；集雨节灌工程系统性差，缺乏科学规划与设计；集流场形式单一，不能满足生产要求。 二.微型集雨工程技术集流工程。集流工程由集流场和截流沟埂组成。解决生活用水的集流场、一般选用房顶、场院，避开粪坑、垃圾场等污染源;用于农田灌溉的集流场根据因地制宜，方便集水、引水、蓄水、用水的原则，选择高于灌溉地块的自然坡面、路面、田面等。在集流场的下游及两侧修建截流沟埂，以达到收集降雨的目的。 基于前期对甘肃干旱山区田间农业缺水现状的调查和国内外此类课题的研究，我们团队现在提出了两种产品设计方案。一产品概念：将自然降雨通过集雨布收集并储存在储水槽内或水窖内；持续收集降雨，减少蒸发，能为山区田间农民提供

27、一种便携式，经济，易操作的降雨收集装置，解决干旱山区部分农业用水困难的问题。二产品结构和原理： 图1降雨收集原理图 我们团队所设计的干旱山区集雨器目的在于提供一种干旱山区田间集雨器，将 降雨通过集雨布收集并储存在储水槽内或集水窖内，防止蒸发，持续收集降雨，可以更具不同的地形快速安装和调节，具有成本低、结构简单、易实现的特点。现有两有两类产品，并且专利申报中。 一类是：一类是槽型无骨架式集雨器干旱山区田间集雨器 （如图1） 图2 效果图 特点：整体由软质耐磨塑料布制成，集雨面和储水槽一体化，折叠后如一本书大小。便于携带，安置，价格低廉，可以持续集雨。使用完毕后，还可以重新折叠收纳，移往他出再次使用。 另一类是：旋转式田间集雨器。如（图3） 图3降雨收集原理图 特点：本产品