一種新型的地下精量化智慧滲灌系統研究

　　摘要：本文提出一種新型的地下精量化智慧滲灌系統，包括水泵機組、儲水過濾設備、輸水管路、灌溉控制系統和可伸縮式滲灌器。對系統組成、技術方案、工作原理和應用前景做了介紹。該系統具有節(jié)水、智能、精準、綠色等優(yōu)點，在現代化智慧灌區(qū)建設和節(jié)水型灌區(qū)建設方面具有良好的現實價值，特別適用于高寒旱區(qū)純井灌區(qū)。

　　關鍵詞：地下滲灌;精準灌溉;智慧滲灌

　　引言

　　信息化建設是農業(yè)現代化建設的重要組成，也是高效節(jié)水灌溉技術發(fā)展的重要支撐。地下滲灌技術是我國現有先進的農業(yè)節(jié)水灌溉技術之一[1]。但是滲灌管道施工較為復雜，管理維修困難;高寒旱區(qū)對于地表面層的滲灌容易受到凍土、低溫天氣和農具機械耕種破壞;由于地下灌溉管道和灌水器埋設于地下，管道有倒吸作用，很容易將雜質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。市場目前普遍使用的滲灌管都為固定式滲灌管[3]，埋設深度一旦確定后將難以進行更改，所以固定式滲灌管難以滿足耕作層計劃濕潤層內不同根莖深度的滲灌需求。

　　水利論文范例：淺析農業(yè)水利灌溉模式與節(jié)水技術措施

　　其次，混灌區(qū)一般采用外部水源，引水渠輸水過程中蒸發(fā)滲透作用顯著，土質層和地下水的鹽分會被帶到地表，導致積累鹽分過多，容易造成土壤次生鹽堿化，最終所呈現的結果就是農作物低產或者生長不適應。對于以上固定式滲灌管的問題，目前市場上出現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動伸縮，這對大面積需要滲灌的耕種來說，施工和鋪設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人力判斷滲灌情況來決策實施滲灌過程，不能及時完成灌區(qū)水情、苗情、墑情的智慧識別和灌溉決策[4]，因此，無法根據計劃濕潤層土壤的實時情況進行精準滲灌，滲灌過程的調節(jié)反饋效率不高。

　　本文基于水聯網技術結構[5]提出的新型地下精量化智慧滲灌是一種埋于農作物根系活動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不同農作物的生長需水量定時定量地向土壤中滲水和肥料，以此給農作物提供水分和營養(yǎng)的節(jié)水灌溉模式。該系統基于土壤墑情自動傳輸、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，減少了灌溉水的無效蒸發(fā)和散失;采用暗管輸水的滲灌技術，克服了地面管道易老化、低溫凍脹破壞等問題[6]。

　　不僅如此，該系統還可解決干旱區(qū)尤其是高寒地區(qū)純井灌區(qū)水溫度較低而抑制農作物正常生長的難題，而且對改良土壤鹽漬化、改善農作物生產環(huán)境、提高農作物產量和品質有現實應用價值。該技術方案具有節(jié)水、智能、精量、綠色等優(yōu)點，在智慧灌區(qū)建設和節(jié)水型灌區(qū)建設方面均具有良好的應用前景[7]。

　　1地下精量化智慧滲灌系統結構

　　地下精量化智慧滲灌系統，主要包括水泵機組、儲水過濾設備、輸水管路、灌溉控制系統和可伸縮式滲灌器。(1)水泵組由安裝在井內的抽水泵、真空泵、供水泵組成。(2)儲水過濾設備由兩個連通的一級儲水池和二級儲水池構成主體部分。(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、自動進排氣閥，支管末級裝有可伸縮式滲灌器。(4)灌溉控制系統由灌溉控制室、埋設安裝在灌溉單元內的土壤墑情傳感器和智能電磁閥組成[8]。

　　2技術方案與工作原理

　　2.1技術方案

　　儲水過濾設備由兩個連通的一級儲水池和二級儲水池構成主體部分，其中一級儲水池和二級儲水池存在一定自然高度差，兩個儲水池出水口處均設有臥式濾網膜，其中儲水過濾設備還包括二級儲水池出水口設置的文丘里式施肥器、逆止閥及智能壓力表和流量表，一級儲水池的右側進水口處連接著抽水泵，干管與二級儲水池相連通。灌溉控制系統由灌溉控制室、埋設安裝在灌溉單元內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，在每個支管上設置安全閥、自動進排氣閥。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，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和灌溉控制室設置在灌溉區(qū)上方;支管上連接著多個可伸縮式滲灌器。水泵組由抽水泵和真空泵、供水泵組成。抽水井豎直設置在灌溉區(qū)的地下水層內，抽水泵安裝在抽水井內。支管上安裝有安全閥、自動進排氣閥，灌溉控制系統由灌溉控制室、埋設安裝在灌溉區(qū)內的土壤墑情傳感器和智能電磁閥組成，支管上連接著多個可伸縮式灌溉器。

　　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。干管的管壁上從左至右依次安裝著智能壓力表和流量表。每個灌溉單元的中央位置都設置一個土壤墑情傳感器。該滲灌器的可伸縮特點是在傳統灌溉技術上提出的新型創(chuàng)意。根據農作物計劃濕潤層的土壤水分狀態(tài)，可以感知農作物需水信息，通過墑情傳感器將需水指令傳輸到灌溉控制中心，由智能電磁閥調節(jié)管道壓力和流量，實現可伸縮式滲灌器工作。

　　2.2工作原理

　　本文提出的系統的工作原理是：采用地下滲灌系統進行灌溉，利用輸水管路中的各級管道將水送至可伸縮式滲灌器，再通過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作物根區(qū)。其中，水泵機組從灌溉區(qū)開設的抽水井抽出水后，經過儲水過濾設備中的一級儲水池和二級儲水池恢復農作物適宜水溫和臥式濾網膜。

　　過濾處理后，由輸水管路的支管輸送到可伸縮式滲灌器內，支管按區(qū)域分組形成多區(qū)灌溉單元，在每個灌溉單元中央處安裝一個土壤墑情傳感器，將土壤實時水分情況傳輸到灌溉控制室內的中控系統，經中控系統根據作物灌溉制度和灌溉決策處理過后傳輸到智能電磁閥，由此對灌溉水量和水壓進行控制。其中，抽水井直接開設在灌區(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技術應用

　　該地下精量化智慧滲灌系統主要適用于高寒旱區(qū)純井灌區(qū)，也適用于在已運行的滴灌區(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。應用于旱區(qū)的系統信息可以通過自動獲取、識別、傳遞的鏈路進行技術表達。

　　3結語

　　本文提出了一種新型的地下精量化智慧滲灌系統，可以快速反饋土壤環(huán)境信息、減少土壤鹽堿化問題，并可以通過智能調控可伸縮滲灌器長度，達到灌溉單元內不同土層深度的精量滲灌。該技術在理論技術研究和產品研發(fā)等方面均具有一定的可操作性和市場競爭力。但是，該系統仍存在一定的技術問題，如伸縮節(jié)管的具體結構能否確定實施、破土器的強度及驅動力如何保證、真空泵如何實現對伸縮節(jié)管伸長度的智能控制等。鑒于系統存在的問題，后期尚需研究伸縮節(jié)管的內部機械結構，采用智能控制技術對系統構件改造升級，以此達到靈活使用的目的。

　　參考文獻：

　　[1]孫宏偉.淺談我國農田水利工程節(jié)水灌溉技術[J].科學技術創(chuàng)新,2019(22):106-107.

　　[2]李興強,李夢剛,曾玉霞.淺談地下灌溉技術存在的問題與處理措施[J].南方農機,2019,50(13):79.

　　[3]于珍珍,李海亮,汪春,等.地下固定式滲灌系統的設計[J].農機化研究,2020,42(2):130-134+140.

　　[4]王夢圓,包志剛.一種地下滲灌設備[P].內蒙古自治區(qū):CN212324982U,2021-01-12.

　　[5]王鵬全,吳元梅,張霞.集成水聯網和水權交易的灌區(qū)智能管理技術[J].人民黃河,2018,40(11):154-157+162.

　　作者：王鵬全宋道逸苗佳威

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