一種新型的地下精量化智慧滲灌系統(tǒng)研究

　　摘要：本文提出一種新型的地下精量化智慧滲灌系統(tǒng)，包括水泵機(jī)組、儲(chǔ)水過(guò)濾設(shè)備、輸水管路、灌溉控制系統(tǒng)和可伸縮式滲灌器。對(duì)系統(tǒng)組成、技術(shù)方案、工作原理和應(yīng)用前景做了介紹。該系統(tǒng)具有節(jié)水、智能、精準(zhǔn)、綠色等優(yōu)點(diǎn)，在現(xiàn)代化智慧灌區(qū)建設(shè)和節(jié)水型灌區(qū)建設(shè)方面具有良好的現(xiàn)實(shí)價(jià)值，特別適用于高寒旱區(qū)純井灌區(qū)。

　　關(guān)鍵詞：地下滲灌;精準(zhǔn)灌溉;智慧滲灌

　　引言

　　信息化建設(shè)是農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)的重要組成，也是高效節(jié)水灌溉技術(shù)發(fā)展的重要支撐。地下滲灌技術(shù)是我國(guó)現(xiàn)有先進(jìn)的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉技術(shù)之一[1]。但是滲灌管道施工較為復(fù)雜，管理維修困難;高寒旱區(qū)對(duì)于地表面層的滲灌容易受到凍土、低溫天氣和農(nóng)具機(jī)械耕種破壞;由于地下灌溉管道和灌水器埋設(shè)于地下，管道有倒吸作用，很容易將雜質(zhì)吸附到灌水器出水口[2]，一旦遭到堵塞或破壞，就難以檢查和修理，且成本高。市場(chǎng)目前普遍使用的滲灌管都為固定式滲灌管[3]，埋設(shè)深度一旦確定后將難以進(jìn)行更改，所以固定式滲灌管難以滿足耕作層計(jì)劃濕潤(rùn)層內(nèi)不同根莖深度的滲灌需求。

　　水利論文范例：淺析農(nóng)業(yè)水利灌溉模式與節(jié)水技術(shù)措施

　　其次，混灌區(qū)一般采用外部水源，引水渠輸水過(guò)程中蒸發(fā)滲透作用顯著，土質(zhì)層和地下水的鹽分會(huì)被帶到地表，導(dǎo)致積累鹽分過(guò)多，容易造成土壤次生鹽堿化，最終所呈現(xiàn)的結(jié)果就是農(nóng)作物低產(chǎn)或者生長(zhǎng)不適應(yīng)。對(duì)于以上固定式滲灌管的問(wèn)題，目前市場(chǎng)上出現(xiàn)了一些可伸縮的滲灌管裝置，但是這些滲灌管大都采用電力驅(qū)動(dòng)伸縮，這對(duì)大面積需要滲灌的耕種來(lái)說(shuō)，施工和鋪設(shè)制作成本大幅度增加;另一方面，目前的伸縮滲灌裝置一般都通過(guò)人力判斷滲灌情況來(lái)決策實(shí)施滲灌過(guò)程，不能及時(shí)完成灌區(qū)水情、苗情、墑情的智慧識(shí)別和灌溉決策[4]，因此，無(wú)法根據(jù)計(jì)劃濕潤(rùn)層土壤的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行精準(zhǔn)滲灌，滲灌過(guò)程的調(diào)節(jié)反饋效率不高。

　　本文基于水聯(lián)網(wǎng)技術(shù)結(jié)構(gòu)[5]提出的新型地下精量化智慧滲灌是一種埋于農(nóng)作物根系活動(dòng)層的微孔可伸縮滲灌器，可以在低壓狀態(tài)下以地下微灌的形式根據(jù)不同農(nóng)作物的生長(zhǎng)需水量定時(shí)定量地向土壤中滲水和肥料，以此給農(nóng)作物提供水分和營(yíng)養(yǎng)的節(jié)水灌溉模式。該系統(tǒng)基于土壤墑情自動(dòng)傳輸、灌溉制度智能獲取、水量水壓智能控制鏈路特征的精量滲灌技術(shù)，減少了灌溉水的無(wú)效蒸發(fā)和散失;采用暗管輸水的滲灌技術(shù)，克服了地面管道易老化、低溫凍脹破壞等問(wèn)題[6]。

　　不僅如此，該系統(tǒng)還可解決干旱區(qū)尤其是高寒地區(qū)純井灌區(qū)水溫度較低而抑制農(nóng)作物正常生長(zhǎng)的難題，而且對(duì)改良土壤鹽漬化、改善農(nóng)作物生產(chǎn)環(huán)境、提高農(nóng)作物產(chǎn)量和品質(zhì)有現(xiàn)實(shí)應(yīng)用價(jià)值。該技術(shù)方案具有節(jié)水、智能、精量、綠色等優(yōu)點(diǎn)，在智慧灌區(qū)建設(shè)和節(jié)水型灌區(qū)建設(shè)方面均具有良好的應(yīng)用前景[7]。

　　1地下精量化智慧滲灌系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　地下精量化智慧滲灌系統(tǒng)，主要包括水泵機(jī)組、儲(chǔ)水過(guò)濾設(shè)備、輸水管路、灌溉控制系統(tǒng)和可伸縮式滲灌器。(1)水泵組由安裝在井內(nèi)的抽水泵、真空泵、供水泵組成。(2)儲(chǔ)水過(guò)濾設(shè)備由兩個(gè)連通的一級(jí)儲(chǔ)水池和二級(jí)儲(chǔ)水池構(gòu)成主體部分。(3)輸水管路由相互連通的干管、支管組成，支管上安裝有安全閥、自動(dòng)進(jìn)排氣閥，支管末級(jí)裝有可伸縮式滲灌器。(4)灌溉控制系統(tǒng)由灌溉控制室、埋設(shè)安裝在灌溉單元內(nèi)的土壤墑情傳感器和智能電磁閥組成[8]。

　　2技術(shù)方案與工作原理

　　2.1技術(shù)方案

　　儲(chǔ)水過(guò)濾設(shè)備由兩個(gè)連通的一級(jí)儲(chǔ)水池和二級(jí)儲(chǔ)水池構(gòu)成主體部分，其中一級(jí)儲(chǔ)水池和二級(jí)儲(chǔ)水池存在一定自然高度差，兩個(gè)儲(chǔ)水池出水口處均設(shè)有臥式濾網(wǎng)膜，其中儲(chǔ)水過(guò)濾設(shè)備還包括二級(jí)儲(chǔ)水池出水口設(shè)置的文丘里式施肥器、逆止閥及智能壓力表和流量表，一級(jí)儲(chǔ)水池的右側(cè)進(jìn)水口處連接著抽水泵，干管與二級(jí)儲(chǔ)水池相連通。灌溉控制系統(tǒng)由灌溉控制室、埋設(shè)安裝在灌溉單元內(nèi)的土壤墑情傳感器和智能電磁閥組成。

　　輸水管路由相互連通的干管、支管組成，埋設(shè)于灌溉單元耕作層以下，輸水管路采用PB聚丁烯塑料管道和管件組成，在每個(gè)支管上設(shè)置安全閥、自動(dòng)進(jìn)排氣閥。智能電磁閥、止逆閥、真空泵、供水泵由左至右依次安裝在干管內(nèi)，干管的管壁上從左至右依次安裝著智能壓力表和流量表。

　　文丘里式施肥器和灌溉控制室設(shè)置在灌溉區(qū)上方;支管上連接著多個(gè)可伸縮式滲灌器。水泵組由抽水泵和真空泵、供水泵組成。抽水井豎直設(shè)置在灌溉區(qū)的地下水層內(nèi)，抽水泵安裝在抽水井內(nèi)。支管上安裝有安全閥、自動(dòng)進(jìn)排氣閥，灌溉控制系統(tǒng)由灌溉控制室、埋設(shè)安裝在灌溉區(qū)內(nèi)的土壤墑情傳感器和智能電磁閥組成，支管上連接著多個(gè)可伸縮式灌溉器。

　　可伸縮式滲灌器由破土器、環(huán)周圓形透水孔、雙層濾膜、伸縮節(jié)管組成。伸縮節(jié)管頂端固定著破土器，智能電磁閥、止逆閥、真空泵、供水泵由左至右依次安裝在干管內(nèi)。干管的管壁上從左至右依次安裝著智能壓力表和流量表。每個(gè)灌溉單元的中央位置都設(shè)置一個(gè)土壤墑情傳感器。該滲灌器的可伸縮特點(diǎn)是在傳統(tǒng)灌溉技術(shù)上提出的新型創(chuàng)意。根據(jù)農(nóng)作物計(jì)劃濕潤(rùn)層的土壤水分狀態(tài)，可以感知農(nóng)作物需水信息，通過(guò)墑情傳感器將需水指令傳輸?shù)焦喔瓤刂浦行�，由智能電磁閥調(diào)節(jié)管道壓力和流量，實(shí)現(xiàn)可伸縮式滲灌器工作。

　　2.2工作原理

　　本文提出的系統(tǒng)的工作原理是：采用地下滲灌系統(tǒng)進(jìn)行灌溉，利用輸水管路中的各級(jí)管道將水送至可伸縮式滲灌器，再通過(guò)可伸縮式滲灌器上的環(huán)周圓形透水孔和雙層濾膜將水緩慢滲灌至各種農(nóng)作物根區(qū)。其中，水泵機(jī)組從灌溉區(qū)開(kāi)設(shè)的抽水井抽出水后，經(jīng)過(guò)儲(chǔ)水過(guò)濾設(shè)備中的一級(jí)儲(chǔ)水池和二級(jí)儲(chǔ)水池恢復(fù)農(nóng)作物適宜水溫和臥式濾網(wǎng)膜。

　　過(guò)濾處理后，由輸水管路的支管輸送到可伸縮式滲灌器內(nèi)，支管按區(qū)域分組形成多區(qū)灌溉單元，在每個(gè)灌溉單元中央處安裝一個(gè)土壤墑情傳感器，將土壤實(shí)時(shí)水分情況傳輸?shù)焦喔瓤刂剖覂?nèi)的中控系統(tǒng)，經(jīng)中控系統(tǒng)根據(jù)作物灌溉制度和灌溉決策處理過(guò)后傳輸?shù)街悄茈姶砰y，由此對(duì)灌溉水量和水壓進(jìn)行控制。其中，抽水井直接開(kāi)設(shè)在灌區(qū)的土壤層中，水源采用灌區(qū)地下水，這種方式有利于降低地下水位高度，也可以減少土層排水不暢的問(wèn)題，減少地表土壤層的水分含量，從而減少土壤中含鹽水分向上蒸發(fā)，改善土壤鹽堿化的情況。

　　2.3技術(shù)應(yīng)用

　　該地下精量化智慧滲灌系統(tǒng)主要適用于高寒旱區(qū)純井灌區(qū)，也適用于在已運(yùn)行的滴灌區(qū)配套，將滴灌滴頭用可伸縮灌水器替代即可，在大面積干旱灌溉地區(qū)投入使用效果更為明顯。應(yīng)用于旱區(qū)的系統(tǒng)信息可以通過(guò)自動(dòng)獲取、識(shí)別、傳遞的鏈路進(jìn)行技術(shù)表達(dá)。

　　3結(jié)語(yǔ)

　　本文提出了一種新型的地下精量化智慧滲灌系統(tǒng)，可以快速反饋土壤環(huán)境信息、減少土壤鹽堿化問(wèn)題，并可以通過(guò)智能調(diào)控可伸縮滲灌器長(zhǎng)度，達(dá)到灌溉單元內(nèi)不同土層深度的精量滲灌。該技術(shù)在理論技術(shù)研究和產(chǎn)品研發(fā)等方面均具有一定的可操作性和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。但是，該系統(tǒng)仍存在一定的技術(shù)問(wèn)題，如伸縮節(jié)管的具體結(jié)構(gòu)能否確定實(shí)施、破土器的強(qiáng)度及驅(qū)動(dòng)力如何保證、真空泵如何實(shí)現(xiàn)對(duì)伸縮節(jié)管伸長(zhǎng)度的智能控制等。鑒于系統(tǒng)存在的問(wèn)題，后期尚需研究伸縮節(jié)管的內(nèi)部機(jī)械結(jié)構(gòu)，采用智能控制技術(shù)對(duì)系統(tǒng)構(gòu)件改造升級(jí)，以此達(dá)到靈活使用的目的。

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　　作者：王鵬全宋道逸苗佳威

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