高效節(jié)水灌溉自動控制模式研究及應用

何率

【摘要】隨著時代的不斷發(fā)展，人們對于資源的利用率提出了更高的需求。我國屬于資源相對較為匾乏的國家，為確保自然資源能夠可持續(xù)性發(fā)展，必須充分利用各種自然資源，特別是水資源。節(jié)水灌溉技術不僅對農業(yè)發(fā)展具有重要意義，并且能夠緩解我國水資源緊張的狀況，獲取相應的經濟效益。因此，有必要對節(jié)水灌溉自動控制技術展開分析探討。

【關鍵詞】高效；節(jié)水灌溉；自動控制模式

前言

我國水資源短缺，人均水資源量只占世界平均水平的25%，而且我國為農業(yè)大國，長時間的粗放型農業(yè)生產形式在很大程度上浪費了寶貴的水資源。隨著信息技術的逐漸發(fā)展和物聯(lián)網的提出，節(jié)水灌溉控制技術的發(fā)展也越來越迅速。相關學者均紛紛致力于通過各種控制算法和計算機技術最大程度地提高水資源的利用率，以節(jié)省水資源。目前，有關農業(yè)灌溉節(jié)水控制的研究有很多，相關研究也取得了一定的成果。有相關研究者設計了一種農業(yè)灌溉節(jié)水控制器，將土壤水分傳感器添加至灌溉控制系統(tǒng)，利用定時監(jiān)測傳感器獲取的土壤信息信息，依據(jù)得到的土壤水分判斷是否打開灌水閥門，從而實現(xiàn)農業(yè)灌溉節(jié)水控制。但該系統(tǒng)采用的傳感器過于靈敏，影響信息的準確性。

1.高效節(jié)水灌溉形式

目前高效節(jié)水灌溉主要有管灌、噴灌和微灌等三種形式。管灌是以管道代替渠道輸水的一種灌溉工程形式。灌水時使用較低的壓力，通過壓力管道系統(tǒng)，把水輸送到田間。具有節(jié)水、節(jié)能、省時、省地、適應性強、輸水快、損失少等優(yōu)點。投資相對較少，施工簡單，操作方便，水的利用率較高。噴灌是通過水泵加壓，使灌溉水通過管道、噴頭等專用設備，噴灑到空中形成細小水滴，像降雨一樣均勻地散落田間，對作物進行適時適量的灌溉。它適用于各種地形和土壤，具有節(jié)水、省力、灌水均勻、保持水土等優(yōu)點?？梢愿鶕?jù)作物在不同生長時期的需水狀況，適量地供水，灌溉水的利用率可達85%。微灌技術是按照作物需水要求，通過低壓管道系統(tǒng)與安裝在末級管道上的特種灌水器，將作物所需的養(yǎng)分和水準確地輸送到作物根部附近的地表或土層中的灌水方法。它分為滴灌、滲灌、微噴灌等形式，具有省水、節(jié)能、適應性強等優(yōu)點，比噴灌節(jié)水15%～20%。以灌溉果樹、蔬菜、花卉、藥材或大田經濟作物。

2.節(jié)水灌溉自動控制技術應用

2.1 大力推進節(jié)水灌溉和水資源保護

節(jié)水灌溉在提高農業(yè)用水效率、農民增產增收及生態(tài)環(huán)境建設等方面發(fā)揮著重要作用，對緩解水資源短缺矛盾、保證國家糧食安全、推動農村經濟可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略地位。要堅持節(jié)水優(yōu)先的方針，進一步完善、細化各類節(jié)水灌溉規(guī)劃，合理確定發(fā)展目標和工程布局。應加快大中型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造步伐，推進灌區(qū)現(xiàn)代化改造。繼續(xù)大力發(fā)展節(jié)水灌溉，全面實施區(qū)域規(guī)?；咝Ч?jié)水灌溉行動。

2.2 多路控制性

多路控制型主要是對輸出信號和多路輸入進行控制，并且能夠控制多臺設備，常在大面積的灌溉中使用。同微機控制操作相比，多路控制操作不夠簡潔，但由于其具有成本低，易于滿足用戶需求的優(yōu)勢，所以在實際生成中被普遍運用。

2.3 簡易型

簡易型控制技術常在小面積的灌溉中投入使用?？諝鉂穸刃?路具有采集信號的作用，2路具有控制信號的作用，對于時間型，1路具有輸出的作用，可以控制1臺設備，如水泵。

2.4 中央計算機控制型

中央計算機控制型主要是利用中央計算機展開控制工作，同時在編制軟件的配合下，可以使控制更加簡潔，易于操作。其由多個多路控制型的子系統(tǒng)組成，并且能夠根據(jù)具體需求進行擴展延伸，常在大面積的灌溉中使用。數(shù)據(jù)的輸入可以依靠微機軟件進行，并且可以顯示各個設備的數(shù)據(jù)和運行狀態(tài)，同時具有保存數(shù)據(jù)的功能。中央計算機控制技術能夠接受到各種氣象參數(shù)，如風速、溫度和濕度等，從而開展自動決策動作，對執(zhí)行設備下達命令，是否開啟或者關閉子系統(tǒng)。

2.5 控制數(shù)據(jù)傳輸模式

灌溉系統(tǒng)的控制離不開數(shù)據(jù)傳輸，各種物理量采集及控制信息需要在傳感器、運行設備、控制器和計算機之間通訊，主要可以分為兩大部分：一是環(huán)境參數(shù)、設備參數(shù)和控制參數(shù)等信息的采集和監(jiān)測。二是對灌溉設備進行自動化操控，例如開啟、停止恒壓供水系統(tǒng)和電磁閥等。數(shù)據(jù)傳輸遠距離選擇寬帶/光纖/4G/GSM主備通訊方式，即以寬帶/光纖/4G通訊方式為主通訊方式，GSM短信通訊為備用通訊方式，如監(jiān)控中心與泵站、田間。小范圍近距離部分控制采用Zig-bee、WIFI等無線通訊方式。如泵站與田間控制器。田間控制器與電磁閥、傳感器之間采用有線方式。田間電源供給采用太陽能供電方式，選擇或設計的設備具有低功耗的特點。

2.6 控制模式的選擇

在實際使用中一般采用多物理參數(shù)控制模式。管灌一般采用管道壓力和時間、管道壓力和灌水量、管道壓力和田間水位等模式。噴灌一般采用管道壓力和時間、管道壓力和灌水量、管道壓力和空氣濕度、管道壓力和雨量等模式。滴灌一般采用管道壓力和時間、管道壓力和灌水量、管道壓力和土壤濕度、管道壓力和莖流量及紅外光譜等模式。

灌溉控制模式的選擇與作物種植模式和灌溉形式息息相關，同時考慮功能、控制精度要求和投資大小，根據(jù)地形、氣候、土壤、作物等實際情況及各種灌溉方式和適用條件，進行科學規(guī)劃，因地制宜選擇控制模式。

結束語

隨著我國經濟的不斷發(fā)展，對于水資源的使用將會更加頻繁。加強對節(jié)水灌溉自動控制技術的研究，并且積極進行推廣和運用，可以更加精準地對農作物開展灌溉作業(yè)，在推動我國農業(yè)經濟發(fā)展的同時，有效地確保我國社會的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻：

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