水位管理箱和农田灌溉排水系统的制作方法

[0001]
本实用新型属于农业技术领域，具体地，涉及一种水位管理箱及农田灌溉排水系统。


背景技术：

[0002]
农田水层管理是保证水田的农作物稳产、丰产的关键。现实作业中，主要是通过在稻田与水渠之间的灌水口或排水口设置田间控水闸阀来实现农田用水的灌溉或排出。
[0003]
在实现田间控水闸阀功能时，一种方式是较为原始地直接掘开田埂泥土进行灌溉水的灌排，完成后再用泥土或袋装泥土堵住掘口。但直接掘开田埂进行灌排水，不利于控制灌排水量，且在水流冲击下容易造成田埂上的泥土流失，不利于水土保持，灌排水结束后直接用泥土封闭效果不佳，容易水土流失。另一种方式是设计专用的隔板式闸阀，但隔板式闸阀限制较多，在泥土田埂上不适用，比较适合在水泥田埂上使用，主要在研究单位或示范基地运用较多，并未普及化很广。


技术实现要素：

[0004]
针对现有技术的上述不足，本实用新型公开了一种水位管理箱和农田灌溉排水系统，该水位管理箱结构合理、工作稳定可靠、可有效提高农田灌排水的作业效率。
[0005]
为实现上述目的，本实用新型提供了一种水位管理箱，所述水位管理箱包括：
[0006]
外防护箱，包括中空的箱体腔；和
[0007]
引流管，设置在所述箱体腔中并包括用于固定安装的固定管端和能够升降移动的自由管端，所述固定管端从所述外防护箱的箱体侧壁伸出。
[0008]
在一些实施例中，所述外防护箱的箱体侧壁可设有用于使箱体外部与所述箱体腔水位平衡的过水孔。
[0009]
在一些实施例中，所述外防护箱的横截面可呈矩形并包括第一长边侧围板、第二长边侧围板、第一短边侧围板和第二短边侧围板，所述第一长边侧围板、第二长边侧围板和所述第一短边侧围板均为平板状的挡泥板，所述固定管端从所述第一短边侧围板的下部伸出，所述第二短边侧围板上设有所述过水孔。
[0010]
在一些实施例中，所述第二短边侧围板可为满布网孔的网孔板。
[0011]
在一些实施例中，所述外防护箱还可包括底部围板，所述底部围板设有过水孔。
[0012]
在一些实施例中，所述水位管理箱还可包括位于所述箱体腔中的支撑架组件，所述外防护箱的箱体顶壁呈开口状，所述支撑架组件包括：
[0013]
底部插接桩脚，从箱体底部向下伸出；和
[0014]
功能模块安装部，从箱体顶壁开口向上伸出。
[0015]
在一些实施例中，所述水位管理箱还可包括：
[0016]
灌排控制装置，用于控制所述自由管端相对于所述固定管端的升降移动。在一些实施例中，所述水位管理箱还可包括：
[0017]
水位检测模块，用于实时检测水位；
[0018]
控制器模块，配置为根据所述水位检测模块的水位检测信号控制所述灌排控制装置；
[0019]
其中，所述灌排控制装置、所述水位检测模块和所述控制器模块均安装在所述功能模块安装部上。
[0020]
在一些实施例中，所述支撑架组件的底端可从所述外防护箱的箱体侧壁伸出，所述支撑架组件的伸出端呈环箍状围绕所述固定管端设置并设有相互间隔开的第一管夹和第二管夹，所述第一管夹和第二管夹均卡合固定于所述引流管的外管壁上。
[0021]
相应地，本实用新型还提供了一种农田灌溉排水系统，所述农田灌溉排水系统包括：
[0022]
农田，包括进水侧田埂和排水侧田埂；以及
[0023]
设置在所述进水侧田埂一侧的灌水水位管理箱和/或设置在所述排水侧田埂一侧的排水水位管理箱；
[0024]
其中，所述灌水水位管理箱和/或所述排水水位管理箱均为上述的水位管理箱，所述引流管的固定管端贯穿埋置于相应的所述进水侧田埂和/或排水侧田埂中。
[0025]
本实用新型的水位管理箱包括引流管和外防护箱，引流管的自由管端能够相对于固定管端的升降移动来实现灌水或排水的截流或通流操作，进而对水位进行管理，结构简单、易于操作、通用性和实用性好、省时省力，可有效提高农田灌排水的作业效率。此外，本实用新型的引流管设置在外防护箱的箱体腔中，固定管端从外防护箱的箱体侧壁伸出进行灌排水，自由管端位于外防护箱中，可避免箱体外部的杂物或泥土进入箱体内部而影响引流管的正常工作，保证水位管理箱的运作稳定可靠。
[0026]
有关本实用新型的其他优点以及优选实施方式的技术效果，将在下文的具体实施方式中进一步说明。
附图说明
[0027]
构成本实用新型的一部分的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，本实用新型的示意性实施方式及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：
[0028]
图1为根据本实用新型的一种具体实施例的水位管理箱中的引流管的立体图；
[0029]
图2、图3分别为根据本实用新型的一种具体实施例的水位管理箱位于不同视角的立体图；
[0030]
图4为图3的局部放大示意图；
[0031]
图5、图6分别为根据本实用新型的一种具体实施例的水位管理箱中的灌排控制装置和支撑架组件的立体图。
[0032]
附图标记说明
[0033]1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
引流管
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11
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固定管端
[0034]
12
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自由管端
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灌排控制装置
[0035]
21
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绕线轮
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211
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绕线
[0036]
22
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驱动电机
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支撑架组件
[0037]
61
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伸出端
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611
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第一管夹
[0038]
612
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第二管夹
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62
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功能模块安装部
[0039]
63
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底部插接桩脚
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外防护箱
[0040]
71
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箱体腔
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72
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第一长边侧围板
[0041]
73
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第二长边侧围板
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74
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第一短边侧围板
[0042]
75
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第二短边侧围板
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76
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底部围板
[0043]
77
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过水孔
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10
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通讯模块
[0044]3ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
水位检测模块
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ4ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
控制器模块
[0045]5ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
太阳能模块
具体实施方式
[0046]
以下结合附图对本实用新型的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本实用新型，并不用于限制本实用新型。需要说明的是，在不冲突的情况下，本实用新型中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。
[0047]
下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本实用新型。
[0048]
为适应不同类型的农田，有利于低成本地大规模推广应用和实现智能化农业，本实用新型针对性地提供了一种水位管理箱及农田灌溉排水系统。参见图1至图6的具体实施方式，该水位管理箱及农田灌溉排水系统包括：
[0049]
外防护箱7，包括中空的箱体腔71；和
[0050]
引流管1，设置在箱体腔71中并包括用于固定安装的固定管端11和能够升降移动的自由管端12，固定管端11从外防护箱7的箱体侧壁伸出。
[0051]
现有的农田灌水和排水方式一般由两种，人工直接掘开田埂泥土进行灌溉水的灌排方式费时费力且不利于水土保持，而隔板式闸阀的应用要求限制较多，主要应用在水泥田埂上而不适用于泥土田埂。为此，为了能有效提高农田灌排水的作业效率，发明人进行了不断思考和创新并设计出本实用新型的水位管理箱，该水位管理箱包括引流管1，引流管1的固定管端11可固定安装在田埂中，引流管1的自由管端12能够相对于固定管端11的升降移动来改变水位差，进而实现灌水或排水的截流或通流操作，对水位进行管理。该水位管理箱结构简单、通用性和实用性好，既能应用在灌水作业也能应用在排水作业；并且易于操作、更加省时省力，可有效提高农田灌排水的作业效率。
[0052]
此外，基于本实用新型的水位管理箱的使用场景是在农田等室外环境中，自然的户外环境总不可避免地会有树枝、杂草和落叶等杂物掉落水中。而本实用新型的水位管理箱设于农田中进行排水或灌水工作，此时这些杂物以及农田中的泥土容易在排水或灌水过程中进入引流管1的自由管端12中，导致引流管1的堵塞引流管，从而使得水位管理箱不能正常的排水或灌水。故需要人工对水位管理箱的周边环境进行清理。并且，由于本实用新型的水位管理箱的工作原理为通过引流管1的自由管端12相对于固定管端11的升降移动来改变水位差，进而实现灌水或排水，若农田中的杂物或泥土移动至引自由管端12的上部则容易导致自由管端12不能升至预设高度或重量超重而增大设备的负载甚至失效；若农田中的杂物或泥土移动至引自由管端12的下部，则容易导致自由管端12不能降低至预设高度，大大影响水位管理箱的灌水和排水效果，甚至损害到农产品的产量。
[0053]
基于这个痛点，本实用新型的水位管理箱还还设有外防护箱7，引流管1的固定管端11从外防护箱7的箱体侧壁伸出进行灌排水，引流管1的自由管端12位于外防护箱7中，可避免箱体外部的杂物或泥土进入箱体内部而影响引流管7的正常工作，即便无人进行看管清理，也能保证水位管理箱能长期正常运作，稳定可靠，从而可进一步提高农事作业的效率和保证农产品的产量。其中，外防护箱7和引流管1优选为防锈金属，也可以是耐腐蚀的塑料等。
[0054]
为了防止过多的农田泥土或细小杂物在灌水或排水过程中涌入箱体腔71，保证阻挡效果，外防护箱7的箱体侧壁应尽可能设置较小的孔隙，但为了使得引流管1的自由管端12能通畅地进行灌水或排水，箱体腔71需与箱体外部的水位平衡，为此，本实用新型的外防护箱7的箱体侧壁局部位置可设有用于使与箱体腔71水位平衡的过水孔77。由此可兼顾阻挡效果和水位的平衡问题。可选地，为了保证阻挡效果，过水孔77的尺寸不宜过大或过小，经过发明人的试验测试，过水孔77的尺寸可设置为不大于10mm，优选为不大于5mm。
[0055]
在一些实施例中，如图2和图3所示，外防护箱7的横截面可呈矩形并包括第一长边侧围板72、第二长边侧围板73、第一短边侧围板74和第二短边侧围板75，第一长边侧围板72、第二长边侧围板73和第一短边侧围板74均为平板状的挡泥板，固定管端11从第一短边侧围板74的下部伸出，第二短边侧围板75上设有过水孔77。如此，仅留置设有过水孔77的第二短边侧围板75进行过水，其余三面均为挡泥板，可以较好地对泥土进行阻挡，既避免过多的泥土进入箱体腔71中影响水位管理箱的正常运作，也避免长期的泥土流失。其中，外防护箱7的横截面除了为矩形外，还例如可为梯形、多边形和不规则形状等，外防护箱7的结构形状可多种多样，本实用新型不限于此。
[0056]
此外，可通过过水孔77位于水位以下的孔面积之和与外防护箱7的箱体侧壁位于水位以下的外侧壁面积之和的比值来兼顾阻挡效果和水位的平衡问题。比值越大，过水效率越高，但相反地，会不利于提升阻挡效果。可选地，过水孔77的位于水位以下的孔面积之和与外防护箱7的箱体侧壁位于水位以下的外侧壁面积之和的比值可为不大于85％且不小于5％，优选不大于60％且不小于10％。并且，为了提高对泥土的阻挡效果，过水孔77设置的最低高度可至少高于农田土壤顶面10mm。
[0057]
在一些实施例中，第二短边侧围板75可为满布网孔的网孔板，网孔作为过水孔77，则网孔板的网孔孔径可不大于10mm。由于自由管端12的管口正向第二短边侧围板75，过水孔77设于第二短边侧围板75上，水从过水孔77进入箱体腔71后可直接涌向自由管端12的管口进行排出，有利于提高灌水或排水的效率。此外，第二短边侧围板75满布网孔，用户也可便捷地通过网孔的孔隙观察箱体腔71中的自由管端12的工况。当然，过水孔77除了设置在第二短边侧围板75外，也可设置在其他的侧围板上，本使用新型不限于此。
[0058]
在一些实施例中，为了进一步阻挡杂物、大块的泥土或水中生物进入箱体腔71，外防护箱7还可包括底部围板76。可选地，底部围板76也可设有用于使箱体外部与箱体腔71水位平衡的过水孔77。其中，过水孔77的形状可多种多样，分布形式也可多种多样，本实用新型不限于此。
[0059]
可选地，水位管理箱还可包括位于箱体腔71中的支撑架组件6。外防护箱7的箱体顶壁呈开口状，支撑架组件6可包括从箱体底部向下伸出的底部插接桩脚63和从箱体顶壁开口向上伸出的功能模块安装部62。如图2、图3和图5所示，底部插接桩脚63可包括对称设
置的多根，多根底部插接桩脚63插装在泥土中以将水位管理箱稳固可靠地安装在农田中。功能模块安装部62伸出箱体腔71，远离液面，可尽量避免功能模块的电子元器件等因水汽侵入而失效。其中，支撑架组件6的形状可多样，如图2、图3和图5所示，支撑架组件6可为l形框架并包括横向边框部和竖向边框部，横向边框部和竖向边框部由多根相互连接的横向边杆和竖向边杆围箍而成，多根横向边杆和多根竖向边杆沿框架边线分布。当然，本实用新型不限于此，支撑架组件6还可例如为梯形柱体框架或不规则框架等。
[0060]
在一些实施例中，水位管理箱还包括灌排控制装置2，灌排控制装置2用于控制自由管端12相对于固定管端11的升降移动，从而可实现对农田的灌水、停止灌水、排水或停止排水操作，而且由于控制逻辑、结构方式和控制参数简单，有利于实现简单、低成本的自动化控制、智能化控制等。当然，引流管1的自由管端12除了通过灌排控制装置2驱动，引流管1的自由管端12还可以通过手动操作进行升降移动，本实用新型不限于此。
[0061]
在一些实施例中，水位管理箱还可包括水位检测模块3和控制器模块4，灌排控制装置2、水位检测模块3和控制器模块4均安装在功能模块安装部62上。如此，不仅使得水位检测模块3和控制器模块4远离液面，还可便于水位检测模块3和控制器模块4的接线以及使得水位管理箱的整体结构更加合理紧凑。其中，水位检测模块3用于实时检测水位，控制器模块4可配置为根据水位检测模块3的水位检测信号控制灌排控制装置2，由此可实现对农田水位的实时控制管理。如图2和图3所示，水位检测模块3伸出于外防护箱7的箱体外侧，水位检测模块3可例如为超声波水位检测装置，水位检测模块3正对下方的农田，通过发出和接收超声波信号来实时计算农田液位的高度。通过结合水位检测模块3和控制器模块4，本实用新型的水位管理箱能自动感知农田水位高度并进行实时、自动、智能的水位管理，既省时省力，又可进一步提高农事作业的效率和农产品的产量。
[0062]
此外，为了能充分利用充足太阳光资源，实现长期的稳定能源保障和达到良好的经济效益，水位管理箱还可包括为设备供电的太阳能模块5。太阳能模块5安装在功能模块安装部62上，如此，可避免太阳能模块5受到遮挡以能更充分地接收阳光。
[0063]
在一些实施例中，支撑架组件6的底端从外防护箱7的箱体侧壁伸出，支撑架组件6的伸出端61呈环箍状围绕固定管端11设置并设有相互间隔开的第一管夹611和第二管夹612，第一管夹611和第二管夹612均卡合固定于引流管1的外管壁上。如图2所示，支撑架组件6的伸出端61为由多根相互连接的横向边杆和竖向边杆围箍而成方框体，第一管夹611和第二管夹612分别设置在方框体相对的两个面中，第一管夹611和第二管夹612为固定在方框体上的管夹片，每个管夹片均包括由两个设有半圆缺口的管夹半片匹配拼接而成，引流管1的外管壁卡接在管夹半片的半圆缺口中。其中，第一管夹611和第二管夹612除了用于将引流管1的固定管端11固定在支撑架组件6外，还用于贴合安装在田埂的侧壁面上以在田埂上定位安装引流管1的固定管端11。其中，第一管夹611和第二管夹612之间的间距而可根据不同的田埂宽度进行设计。此外，位于内侧的第二管夹612可对箱体腔71进行封闭，以进一步提高外防护箱7的阻挡效果，避免杂物进入箱体腔71。
[0064]
需要说明的是，本实用新型的灌排控制装置2的结构形式可多种多样，如图2、和图5所示，灌排控制装置2可安装在竖向边框部的顶端并包括绕线轮21和驱动电机22，驱动电机22驱动绕线轮21旋转并通过绕线轮21上的绕线211牵引自由管端12升降移动。具体地，如图1、图2、图3和图4所示，绕线轮21上的绕线211与引流管1的自由管端12连接，驱动电机22
驱动绕线轮21旋转，如此，绕线轮21通过正转和反转来调节绕线211向下伸出的长度以牵引引流管1的自由管端12进行升降移动。
[0065]
具体地，水位管理箱为灌水水位管理箱时，如果农田的水位高度低于用户设定的数值，则自动启动水位管理箱进行灌溉，此时可启动水位管理箱的驱动电机22来驱动绕线轮21旋转以将引流管1的自由管端12降低，水从高液位的灌水渠处流入引流管1，再流入农田内。当引流管1的自由管端12到达设定的最低位置后，停止驱动电机22。若灌溉后的农田水位到达用户设定的数值时，启动水位管理箱的驱动电机驱动绕线轮21反方向旋转以将引流管1的自由管端12升高，至少升高至高于灌水渠的液位，由此进行截流，让水不再流动。当引流管1的自由管端12到达设定的最高位置后，停止驱动电机22。而当水位管理箱为排水水位管理箱时，如果农田的水位高于用户设定的数值，则自动启动水位管理箱进行排水，此时可启动水位管理箱的驱动电机22来驱动绕线轮21旋转以将引流管1的自由管端12降低，水从农田流入引流管1，再流到低水位的排水渠中。当引流管1的自由管端12到达设定的最低位置后，停止驱动电机22。当排水后的农田水位到达用户设定的数值时，启动水位管理箱的驱动电机驱动绕线轮21反方向旋转以将引流管1的自由管端12升高，至少升高至高于农田的液位，由此进行截流，让水不再流动。当引流管1的自由管端12到达设定的最高位置后，停止驱动电机22。
[0066]
可选地，引流管1的固定管端11可通过埋管方式进行安装，适于安装在泥土田埂中，也适于预埋在水泥田埂中。当该水位管理箱作为灌水水位管理箱时，引流管1的自由管端12可设于灌溉渠或农田中；当该水位管理箱作为排水水位管理箱时，引流管1的自由管端12可设于排水渠或农田中。引流管1可由多管段固定连接而成，也可有多管段可拆卸连接而成，使用者可简单地通过操纵引流管1的自由管端12以实现通流或截流控制。灌排控制装置2可实现对农田的灌水、停止灌水、排水或停止排水操作，既省时省力，又能提高农事作业的效率和农产品的产量。此外，水位管理箱的结构和控制方式简单，有利于实现简单、低成本的自动化控制和智能化控制。
[0067]
进一步地，水位管理箱还可设有人机交互界面和通讯模块10，用户可通过人机交互界面设定农田水位高度，水位检测模块3被唤醒并监测当前农田的水位高度，控制器模块4根据水位检测模块3的水位检测信号控制灌排控制装置以进行灌溉或排水。根据水位管理箱在农田的设置位置的不同，水位管理箱可为灌水水位管理箱或排水水位管理箱。当水位管理箱设置在进水侧田埂一侧时，水位管理箱为灌水水位管理箱；当水位管理箱设置在排水侧田埂一侧时，水位管理箱为排水水位管理箱。
[0068]
其中，定义自由管端12的端面位置为自由管端12的端面中心的高度位置。当固定管端11安装于灌水口时，应保证固定管端11位于灌溉渠的水面以下；当固定管端11安装于排水口时，应保证固定管端11位于农田的液面水位以下，保证水能正常排出。当水位管理设备用于灌水时，在灌水的通流位置，自由管端12的端面位置不高于灌水渠的液面；且在灌水的截流位置，自由管端12的端面位置高于灌水渠的液面。当水位管理设备用于排水时，在排水的通流位置，自由管端12的端面位置不高于农田的液面，且在排水的截流位置，自由管端12的端面位置高于农田的液面。自由管端12的管端的形状不限，例如可为规则圆形、方形或不规则锯齿形状等，关于在灌水或排水的截流位置下，自由管端12的端面位置高于灌水渠的液面或自由管端12的端面位置高于农田的液面，可理解为，在灌水或排水的截流位置下，
自由管端12的管端最低点高于灌水渠的液面或农田的液面；而关于在灌水或排水的通流状态下，自由管端12的端面位置不高于灌水渠的液面或自由管端12的端面位置不高于农田的液面，可理解为，在灌水或排水的通流状态下，自由管端12的管端最低点低于灌水渠的液面或农田的液面。
[0069]
以上公开了一种结构简单、成本低且便于控制的水位管理箱，这种水位管理箱可大规模推广应用在常规简易化的农田水力系统中。为此，本实用新型提供了一种农田灌溉排水系统。该农田灌溉排水系统包括：
[0070]
农田，包括进水侧田埂和排水侧田埂；以及
[0071]
设置在进水侧田埂一侧的灌水水位管理箱和/或设置在排水侧田埂一侧的排水水位管理箱；
[0072]
其中，灌水水位管理箱和/或排水水位管理箱均为上述的水位管理箱，水位管理箱的通用性好，引流管1的固定管端11贯穿埋置于相应的进水侧田埂和/或排水侧田埂中。
[0073]
本领域技术人员能够理解的是，本发明的农田灌溉排水系统可以仅包括灌水水位管理设备或排水水位管理设备，或者，本发明的农田灌溉排水系统还可以同时包括灌水水位管理设备和排水水位管理设备。并且，当农田灌溉排水系统仅包括灌水水位管理设备或排水水位管理设备时，灌水水位管理设备或排水水位管理设备为上述的水位管理设备；当农田灌溉排水系统同时包括灌水水位管理设备和排水水位管理设备时，灌水水位管理设备和排水水位管理设备中的一者或两者为上述的水位管理设备。
[0074]
以上仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等改动均应包含在本实用新型的保护范围之内。
[0075]
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合，为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。
[0076]
此外，本实用新型的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本实用新型的思想，其同样应当视为本实用新型所公开的内容。