高效節(jié)水灌溉自動(dòng)控制模式研究及應(yīng)用

何率

【摘要】隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，人們對(duì)于資源的利用率提出了更高的需求。我國(guó)屬于資源相對(duì)較為匾乏的國(guó)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(shù)不僅對(duì)農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義，并且能夠緩解我國(guó)水資源緊張的狀況，獲取相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)效益。因此，有必要對(duì)節(jié)水灌溉自動(dòng)控制技術(shù)展開(kāi)分析探討。

【關(guān)鍵詞】高效；節(jié)水灌溉；自動(dòng)控制模式

前言

我國(guó)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(guó)為農(nóng)業(yè)大國(guó)，長(zhǎng)時(shí)間的粗放型農(nóng)業(yè)生產(chǎn)形式在很大程度上浪費(fèi)了寶貴的水資源。隨著信息技術(shù)的逐漸發(fā)展和物聯(lián)網(wǎng)的提出，節(jié)水灌溉控制技術(shù)的發(fā)展也越來(lái)越迅速。相關(guān)學(xué)者均紛紛致力于通過(guò)各種控制算法和計(jì)算機(jī)技術(shù)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(guān)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水控制的研究有很多，相關(guān)研究也取得了一定的成果。有相關(guān)研究者設(shè)計(jì)了一種農(nóng)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(shí)監(jiān)測(cè)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(kāi)灌水閥門，從而實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)灌溉節(jié)水控制。但該系統(tǒng)采用的傳感器過(guò)于靈敏，影響信息的準(zhǔn)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(shí)使用較低的壓力，通過(guò)壓力管道系統(tǒng)，把水輸送到田間。具有節(jié)水、節(jié)能、省時(shí)、省地、適應(yīng)性強(qiáng)、輸水快、損失少等優(yōu)點(diǎn)。投資相對(duì)較少，施工簡(jiǎn)單，操作方便，水的利用率較高。噴灌是通過(guò)水泵加壓，使灌溉水通過(guò)管道、噴頭等專用設(shè)備，噴灑到空中形成細(xì)小水滴，像降雨一樣均勻地散落田間，對(duì)作物進(jìn)行適時(shí)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(diǎn)。可以根據(jù)作物在不同生長(zhǎng)時(shí)期的需水狀況，適量地供水，灌溉水的利用率可達(dá)85%。微灌技術(shù)是按照作物需水要求，通過(guò)低壓管道系統(tǒng)與安裝在末級(jí)管道上的特種灌水器，將作物所需的養(yǎng)分和水準(zhǔn)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(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，比噴灌節(jié)水15%～20%。以灌溉果樹(shù)、蔬菜、花卉、藥材或大田經(jīng)濟(jì)作物。

2.節(jié)水灌溉自動(dòng)控制技術(shù)應(yīng)用

2.1 大力推進(jìn)節(jié)水灌溉和水資源保護(hù)

節(jié)水灌溉在提高農(nóng)業(yè)用水效率、農(nóng)民增產(chǎn)增收及生態(tài)環(huán)境建設(shè)等方面發(fā)揮著重要作用，對(duì)緩解水資源短缺矛盾、保證國(guó)家糧食安全、推動(dòng)農(nóng)村經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略地位。要堅(jiān)持節(jié)水優(yōu)先的方針，進(jìn)一步完善、細(xì)化各類節(jié)水灌溉規(guī)劃，合理確定發(fā)展目標(biāo)和工程布局。應(yīng)加快大中型灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造步伐，推進(jìn)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(shí)施區(qū)域規(guī)模化高效節(jié)水灌溉行動(dòng)。

2.2 多路控制性

多路控制型主要是對(duì)輸出信號(hào)和多路輸入進(jìn)行控制，并且能夠控制多臺(tái)設(shè)備，常在大面積的灌溉中使用。同微機(jī)控制操作相比，多路控制操作不夠簡(jiǎn)潔，但由于其具有成本低，易于滿足用戶需求的優(yōu)勢(shì)，所以在實(shí)際生成中被普遍運(yùn)用。

2.3 簡(jiǎn)易型

簡(jiǎn)易型控制技術(shù)常在小面積的灌溉中投入使用。空氣濕度型1路具有采集信號(hào)的作用，2路具有控制信號(hào)的作用，對(duì)于時(shí)間型，1路具有輸出的作用，可以控制1臺(tái)設(shè)備，如水泵。

2.4 中央計(jì)算機(jī)控制型

中央計(jì)算機(jī)控制型主要是利用中央計(jì)算機(jī)展開(kāi)控制工作，同時(shí)在編制軟件的配合下，可以使控制更加簡(jiǎn)潔，易于操作。其由多個(gè)多路控制型的子系統(tǒng)組成，并且能夠根據(jù)具體需求進(jìn)行擴(kuò)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(jī)軟件進(jìn)行，并且可以顯示各個(gè)設(shè)備的數(shù)據(jù)和運(yùn)行狀態(tài)，同時(shí)具有保存數(shù)據(jù)的功能。中央計(jì)算機(jī)控制技術(shù)能夠接受到各種氣象參數(shù)，如風(fēng)速、溫度和濕度等，從而開(kāi)展自動(dòng)決策動(dòng)作，對(duì)執(zhí)行設(shè)備下達(dá)命令，是否開(kāi)啟或者關(guān)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(kāi)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(yùn)行設(shè)備、控制器和計(jì)算機(jī)之間通訊，主要可以分為兩大部分：一是環(huán)境參數(shù)、設(shè)備參數(shù)和控制參數(shù)等信息的采集和監(jiān)測(cè)。二是對(duì)灌溉設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化操控，例如開(kāi)啟、停止恒壓供水系統(tǒng)和電磁閥等。數(shù)據(jù)傳輸遠(yuǎn)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(wú)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(yáng)能供電方式，選擇或設(shè)計(jì)的設(shè)備具有低功耗的特點(diǎn)。

2.6 控制模式的選擇

在實(shí)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(shí)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(shí)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(shí)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(guān)，同時(shí)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(shí)際情況及各種灌溉方式和適用條件，進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，因地制宜選擇控制模式。

結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)于水資源的使用將會(huì)更加頻繁。加強(qiáng)對(duì)節(jié)水灌溉自動(dòng)控制技術(shù)的研究，并且積極進(jìn)行推廣和運(yùn)用，可以更加精準(zhǔn)地對(duì)農(nóng)作物開(kāi)展灌溉作業(yè)，在推動(dòng)我國(guó)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，有效地確保我國(guó)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]崔寧博，董波.太陽(yáng)能節(jié)水灌溉系統(tǒng)的應(yīng)用研究進(jìn)展[J].貴州農(nóng)業(yè)科學(xué)，2015，02：170-174.

[2]劉崢.節(jié)水灌溉自動(dòng)控制技術(shù)中的無(wú)線傳感應(yīng)用[J].電子制作，2015，10：77.