玩水车:探索低成本的抽水灌溉方法

[编者按:Raintree基金会是泰国北部的一个小型基层组织，致力于帮助贫困儿童和社区。除了托管儿童之家、寄养项目和几家小型社会企业外，“Raintree”还需为如何获得清洁水等基本需求寻求适当的解决方案。]

初次尝试

当我们寻找可持续和替代性的抽水解决方案时，我们的团队开始有“玩”水车的想法，从而为低海拔农田提供灌溉用水。我们最初开始研究和测试一种名为吊带泵（Sling Pump）的泵，但在测试了几个原型后放弃了。困难主要包括DIY组装麻烦、成本、专业部件以及最终的效率。

因为了解到每种泵都有它适合的位置和应用，我们决定尝试另一条路，开始研究水轮泵。基于许多设计方法，我们一致认为一个合适的设计应该具有经济实惠、易于组装、低维护和快速安装的特点，这是我们的目标，以便人们能够获得流动的水。我们最总体的目标是帮助靠近河流或小溪的农民在不需要电动或汽油动力泵，以及减少体力劳动的情况下，灌溉他们的作物。

为了避免从头开始，我们去了当地的五金店，以大约2400泰铢(75美元)的价格从货架上买一个1英寸的小柱塞泵，以及一套备用密封件、履带和活塞，价格为260泰铢(8美元)。

下一步是设计一个仅靠小水流就能驱动活塞泵的轮子。我们的第一个原型是一个旧的自行车车轮，我们把它周围固定了14个用过的输送桶(图1)。出口处连接着一个花园软管，而入口则直接进入河流。这种设置会使空气进入泵，所以我们使用了一个过滤器和一个带孔的桶来提供稳定的水位(图1)。在这种情况下，水流的流速大约为0.6至0.8米/秒，所以不太慢也不太快。从水泵到储水箱上坡路的高程增益约为6米，距离约为50米。我们计算了大约每分钟3升的流量，考虑到这个泵每天运行24小时(每天约4500升)，这已经足够了。在成本方面，这当然取决于材料的可用性，但我们计算我们的设置为4000泰铢(125美元)。

设计的改进

虽然我们最初的设计总体上运行良好，但我们觉得可以改进驱动车轮的桶。我们决定使用一个简单的软管卷轴（¼英寸化学管道）改进车轮。卷轴本身花了500泰铢(15美元)，卷轴上已经有一个轴承，一个基本的框架和一个旋转手柄。为了让车轮通过水流旋转，我们在软管的位置焊接了钢板(大约2毫米厚)(图4)

我们在水泵上加了一根1 / 2英寸的PE(聚乙烯)管，开始给距离水源100米远的腰果树浇水。高度与第一个站点相似(高程增益约6 m)，河流的流速也相似，但我们很快发现，所需的距离对泵来说太长了，柱塞泵压力太大，有时会导致它完全停止工作。当把管道抬高到更高海拔时，也会发生同样的情况。由于无法控制水流流速，我们提高工作效率的能力有限，但我们已经成功地每天为我们的树木提供了足够的灌溉用水。总的来说，这种模式更便宜，而且它更大的表面积让更长的管道将水抽到更高的高度。

更多观察

应该指出的是，水轮和水泵在水中的位置是一个必须克服的重大挑战。这是一项挑战，因为泵本身的设计不能完全淹没，但桨需要足够深的水才能保持有效转动。在尝试了一段时间后，我们找到了一个恰当的平衡。

此外，这里的溪流流得不是特别快，我们不得不开辟一条小运河来引导水流。运河有助于创造一个规律的流量和一个安全的地方来运转泵(图3)。最后，我们发现在这些需要灌溉的地区，这种泵一个人就可以很容易地放置到溪流中，使用非常方便。

另一个方法

因为我们已经购买了一个活塞泵，我们想试试即插即用系统。这一次我们探索了使用浮筏系统的可能性(图5)。由于我们使用的筏子在当地没有，所以我们这个方法的成本要高得多。因为在这个地区并没有普遍养虾，所以木筏必须从该国的南部地区运来。筏子、框架、轮子和轴承的成本约为12,000泰铢(375美元)。

为了适应该系统，我们在桨轴上增加了一个链轮，并将其与一个更大的链轮连接到带轴上。我们有一个直径50mm的链轮在泵轴和一个直径150mm的链轮在筏轴上。

雨季期间该系统在另一条溪流中进行了测试。我们估计这个地点的水流至少为1.2-1.5米/秒。我们遇到的主要问题是如何固定浮筏，使其停留在溪流中间。不幸的是，沿着河岸固定的钢索仍然会让木筏从一边移动到另一边，并使其到了溪流之外。最初的养虾场充气桨的另一个缺点是，虽然它们有更好的曝气孔，但在试图利用流动水的全部力量时没有帮上忙。最后，我们很难把木筏固定在适当的位置，更强的水流使木筏的前面俯冲向下。

结论

尽管我们的尝试很普通，但我相信我们可以找到很合适的方案，以满足农民在流动水源附近的灌溉需求。