稻田自動(dòng)化智能灌溉系統(tǒng)及其灌溉方法

稻田自動(dòng)化智能灌溉系統(tǒng)及其灌溉方法摘要：稻田自動(dòng)化智能灌溉系統(tǒng)：包括提水泵站、農(nóng)渠、農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制裝置和稻田土壤水分監(jiān)控裝置；稻田土壤水分控制器可根據(jù)液位計(jì)的輸出信號(hào)控制提水泵啟閉控制器動(dòng)作，由提水泵給農(nóng)渠供水，農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制裝置根據(jù)農(nóng)田水位將農(nóng)渠內(nèi)灌溉水自動(dòng)灌入農(nóng)田或切斷灌水。優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維護(hù)方便。解決了水稻淺濕灌溉種植新技術(shù)難以推廣的問題，對(duì)我國(guó)現(xiàn)階段農(nóng)田水利精確灌溉、節(jié)水增效有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。關(guān)鍵詞：稻田自動(dòng)化智能灌溉系統(tǒng)；灌溉方法一、 背景技術(shù)水稻是我國(guó)主要的糧食作物，傳統(tǒng)的淹水栽培種植模式不僅耗水量大，水資源浪費(fèi)嚴(yán)重，水分利用率低,而且容易引起環(huán)境面源污染。隨著我國(guó)人口增長(zhǎng)和經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，缺水已成為我國(guó)面臨的最嚴(yán)重的戰(zhàn)略問題之一，嚴(yán)重制約了農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果表明，水稻具有一定的水旱兩棲性,有很大的節(jié)水潛力。目前在實(shí)現(xiàn)大面積稻田自動(dòng)化智能灌溉時(shí)，雖然可借鑒一些集監(jiān)視測(cè)量、控制、保護(hù)、管理于一體的計(jì)算機(jī)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，但主要存在以下兩個(gè)方面的難點(diǎn)：：第一、推廣水稻節(jié)水灌溉技術(shù)時(shí)，其灌水下限是以根層土壤水分為控制灌溉指標(biāo)的，因而，及時(shí)、準(zhǔn)確地獲取稻田土壤水分，就成為提高推廣水稻節(jié)水灌溉技術(shù)水平的關(guān)鍵。目前常用的取土烘干稱重法雖測(cè)得數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，但工作量大，也不能及時(shí)提供數(shù)據(jù)；中子土壤水分儀投資大，且測(cè)定表層土壤水分不盡準(zhǔn)確;運(yùn)用電阻和電容原理制作的各式水分儀（如土壤濕度計(jì)、查墑儀等），對(duì)接近田間持水量（高水分段）的土壤水分測(cè)定誤差較大;水銀負(fù)壓計(jì)可測(cè)得較準(zhǔn)確的土壤水吸力,但大面積推廣應(yīng)用在操作管理上存在一定難度。第二、水稻在灌溉時(shí)，引農(nóng)渠的灌溉用水一般直接流入農(nóng)田，或者通過水泵泵入，造成水資源的巨大浪費(fèi)，不符合節(jié)水灌溉技術(shù)的要求。二、 技術(shù)方案稻田自動(dòng)化智能灌溉系統(tǒng)，創(chuàng)新點(diǎn)包括提水泵站、農(nóng)渠、農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制裝置和稻田土壤水分監(jiān)控裝置；一提水泵站，該提水泵站設(shè)置在水源側(cè)，包括一個(gè)與水源連通的進(jìn)水池，一個(gè)與農(nóng)渠連通的出水池，一組配備變頻電機(jī)的提水泵，以及一控制提水泵變頻電機(jī)啟閉的提水泵啟閉控制器；提水泵的進(jìn)水口A、出水口A分別對(duì)應(yīng)進(jìn)水池和出水池，并在進(jìn)水池、出水池內(nèi)分別設(shè)置有液位傳感器A和液位傳感器B，所述液位傳感器A和液位傳感器B接入提水泵啟閉控制器；若干農(nóng)渠，由干渠以及連通干渠的支渠組成，干渠與出水池直接連通；至少一設(shè)置在農(nóng)田內(nèi)的稻田土壤水分監(jiān)控裝置，包括一個(gè)地下水位觀測(cè)井，一個(gè)設(shè)置在地下水位觀測(cè)井內(nèi)的液位計(jì)，以及一個(gè)稻田土壤水分控制器，該稻田土壤水分控制器可根據(jù)液位計(jì)的輸出信號(hào)控制提水泵啟閉控制器動(dòng)作；若干農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制裝置，設(shè)置在農(nóng)田與農(nóng)渠之間，用于根據(jù)農(nóng)田水位將支渠內(nèi)灌溉水自動(dòng)灌入農(nóng)田或切斷灌水。具體方案：1、 稻田自動(dòng)化智能灌溉系統(tǒng)還包括一水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)裝置，該水質(zhì)自動(dòng)檢測(cè)裝置具有一個(gè)PH值檢測(cè)儀，一個(gè)溶解氧檢測(cè)儀，以及一個(gè)水質(zhì)自動(dòng)報(bào)警控制器，所述PH值檢測(cè)儀以及一個(gè)溶解氧檢測(cè)儀的輸出信號(hào)接入水質(zhì)自動(dòng)報(bào)警控制器；水質(zhì)自動(dòng)報(bào)警控制器還具有一個(gè)與提水泵啟閉控制器通訊的輸出端口。2、 農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制裝置包括儲(chǔ)水箱、增壓機(jī)構(gòu)、閥瓣和浮球引導(dǎo)機(jī)構(gòu)；儲(chǔ)水箱具有一個(gè)位于底部的出水口B,出水口B設(shè)置有閥座，還具有一個(gè)位于底部或側(cè)壁的進(jìn)水口B，該進(jìn)水口B通過管道與支渠連通；增壓機(jī)構(gòu)為一內(nèi)置于儲(chǔ)水箱底部的導(dǎo)流增壓罩，該導(dǎo)流增壓罩罩在儲(chǔ)水箱的出水口B上；導(dǎo)流增壓罩的頂部具有一個(gè)位于出水口B正上方的導(dǎo)流增壓口；所述導(dǎo)流增壓罩內(nèi)的空間中由導(dǎo)流增壓口至出水口之間形成的區(qū)域?yàn)閷?dǎo)流增壓區(qū)，其余區(qū)域?yàn)榫彌_區(qū)；閥瓣內(nèi)置于導(dǎo)流增壓罩內(nèi)，并可與出水口B閥座配合實(shí)現(xiàn)出水口B的完全密封；浮球引導(dǎo)機(jī)構(gòu)用于根據(jù)農(nóng)田水層深度控制閥瓣動(dòng)作的，包括一用于引導(dǎo)閥瓣動(dòng)作的浮球，以及連接浮球與閥瓣的杠桿組件；該浮球設(shè)置在儲(chǔ)水箱外，所述浮球位于下限位狀態(tài)，浮球通過杠桿組件驅(qū)動(dòng)閥瓣移動(dòng)至導(dǎo)流增壓口一側(cè)；浮球位于上限位狀態(tài)，浮球通過杠桿組件驅(qū)動(dòng)閥瓣與出水口閥座配合封閉出水口B。3、 稻田土壤水分控制器通過無線通訊模塊實(shí)現(xiàn)與提水泵啟閉控制器的通訊。4、 稻田土壤水分控制器配備有水稻生育期各時(shí)段所需灌水量上、下限的波段開關(guān)。5、 稻田土壤水分控制器配備有水稻生育期各時(shí)段所需灌水量上、下限的可編程數(shù)據(jù)庫(kù)，以及石英鐘模塊。三、 附圖說明圖1稻田自動(dòng)化智能灌溉系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成圖圖2提水泵站結(jié)構(gòu)示意圖四、 灌溉方法稻田自動(dòng)化智能灌溉系統(tǒng)進(jìn)行稻田灌溉的方法，：步驟S1：首先，由稻田土壤水分監(jiān)控裝置檢測(cè)稻田地下水埋深；并根據(jù)稻田土壤的土質(zhì)、土層深度選擇相應(yīng)的稻田地下水埋深與土壤含水率關(guān)系曲線，進(jìn)而計(jì)算出該片稻田的即時(shí)土壤含水率，記做Wa；步驟S2：將即時(shí)土壤含水率Wa與稻田的生育期對(duì)應(yīng)，選擇出稻田在該生育期內(nèi)需要良好生長(zhǎng)所需的土壤含水率下限W下；當(dāng)即時(shí)土壤含水率低于稻田在該生育期內(nèi)土壤含水率下限時(shí)，即WaVW下；提水泵啟閉控制器根據(jù)稻田土壤水分檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)控制提水泵的開啟，給農(nóng)渠進(jìn)行供水；當(dāng)即時(shí)土壤含水率高于稻田在該生育期內(nèi)土壤含水率上限時(shí)，即Wa>W上；提水泵啟閉控制器根據(jù)稻田土壤水分檢測(cè)裝置的輸出信號(hào)控制提水泵的關(guān)閉，停止給農(nóng)渠供水；步驟S3：農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制裝置根據(jù)稻田的即時(shí)水位間歇性的將支渠內(nèi)灌溉水自動(dòng)灌入稻田，當(dāng)?shù)咎飪?nèi)水位切斷灌水。優(yōu)選的，稻田地下水埋深與土壤含水率關(guān)系曲線中，當(dāng)土質(zhì)為輕壤土?xí)r，水稻根系密集層的土壤深度在0~20cm時(shí)，Wa=26.5H-0.155；水稻根系密集層的土壤深度為0~30cm時(shí)，Wa=26.5H-0.146；當(dāng)土質(zhì)為砂壤土?xí)r，水稻根系密集層的土壤深度在0~20cm時(shí)，Wa=29.7H-0.067；水稻根系密集層的土壤深度為0~30cm時(shí)，Wa=27.3H-0.062；當(dāng)土質(zhì)為重壤土?xí)r，水稻根系密集層的土壤深度在0~20cm時(shí)，Wa=31.1H-0.067；水稻根系密集層的土壤深度為0~30cm時(shí)，Wa=29.7H-0.063；其中，H為淺層地下水埋深，其單位為m。五、 有益效果1、自動(dòng)化智能灌溉系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，首先是根據(jù)水稻控制灌溉的高產(chǎn)節(jié)水模式和水稻各生育期土壤水分控制指標(biāo)輸入至稻田土壤水分監(jiān)控裝置。稻田土壤水分監(jiān)控裝置檢測(cè)的土壤含水率達(dá)到灌水下限指標(biāo)時(shí)，向提水泵站發(fā)送控制信號(hào)，自動(dòng)啟動(dòng)提水泵抽水進(jìn)入水渠（干渠），為農(nóng)田提供灌溉用水，灌溉水經(jīng)干渠流入支渠再流入農(nóng)渠由農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制裝置自動(dòng)注入農(nóng)田；農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制裝置則根據(jù)農(nóng)田內(nèi)水位間歇性啟閉供水。當(dāng)?shù)咎锿寥浪直O(jiān)控裝置檢測(cè)農(nóng)田達(dá)到相應(yīng)生育期灌水上限指標(biāo)時(shí)，提水泵自動(dòng)關(guān)閉，停止向水渠供水，完成一次自動(dòng)化智能灌溉過程，周而復(fù)始，自動(dòng)檢測(cè)至下一個(gè)灌溉周期的到來。2、 智能灌溉系統(tǒng)能通過稻田土壤水分監(jiān)控裝置對(duì)稻田土壤水分的實(shí)時(shí)檢測(cè)，并控制提水泵站的啟閉；在一段時(shí)間內(nèi)，為整個(gè)稻田區(qū)補(bǔ)充所有灌溉所需用水，進(jìn)行供水總量的管理控制，避免不必要的水資源浪費(fèi)。在對(duì)稻田土壤水分進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)時(shí)，利用稻田地下水埋深與土壤含水率關(guān)系曲線，由稻田地下水埋深間接計(jì)算出該片稻田的即時(shí)土壤含水率，使得實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)得以順利實(shí)現(xiàn)。3、 農(nóng)田灌溉自動(dòng)控制裝置設(shè)置在支渠與農(nóng)田之間，用于根據(jù)農(nóng)田水位將支渠內(nèi)灌溉水自動(dòng)灌入農(nóng)田或切斷灌水，進(jìn)而進(jìn)行局部區(qū)域稻田的間歇性灌水，實(shí)現(xiàn)用水終端的管理控制，既能夠補(bǔ)充稻田生長(zhǎng)所需水分，又避免秧苗長(zhǎng)時(shí)間被水覆蓋影