茶園排水設(shè)計(jì)中節(jié)能保水管理與控制

李曉鳳

（廊坊職業(yè)技術(shù)學(xué)院城建工程系，河北廊坊 065000）

1 茶園排水設(shè)計(jì)現(xiàn)狀

1.1 茶園地表排水設(shè)計(jì)

現(xiàn)階段茶園地表排水設(shè)計(jì)主要以蓄水排水一體化的機(jī)械設(shè)備為主，以自然環(huán)境融入茶園排水設(shè)計(jì)的土地物質(zhì)形態(tài)為輔。茶園地表排水設(shè)備單一，并大體分為兩類。一類是預(yù)防型的排水設(shè)施。在茶園入口處設(shè)置活動(dòng)排水口，在雨量和水流量較多時(shí)，以活口開或閉的形式，直接阻止水流進(jìn)入茶園，以降低茶園的地面積水度，防止其他類型的水源進(jìn)入。二是灌溉型的地表排水設(shè)施。此設(shè)備將附近河流或蓄水口與茶園入口相連，并且蓄水口、茶園和排水池這三者的地理位置由高到低依次排列。因此，降雨量大的季節(jié)，水流可以直接從傾斜式的地表下滑進(jìn)入排水池，排水池便可以通過水源回流的形式補(bǔ)給蓄水池，達(dá)到自然補(bǔ)給循環(huán)的效果。在未降雨的時(shí)段，打開蓄水池或河流與茶園的連接入口，讓水源從高到低依次流過，既節(jié)省了水資源，又灌溉了茶園。

1.2 茶園土壤排水設(shè)計(jì)

茶園土壤排水是比茶園地表排水更難的工程設(shè)計(jì)。一是土壤浸水度無法勘測(cè)；二是在土壤中做排水系統(tǒng)容易影響土壤本身的松弛度。因此，為最大限度地節(jié)能保水，茶園土壤灌溉多為滴灌和澆灌。這兩種灌溉方式讓茶園土壤的排水量達(dá)到較優(yōu)值。茶園土壤自身的含水量適中，但由于氣候原因，盆地地區(qū)的茶園的空氣濕潤(rùn)度和聚水量比干燥地區(qū)的平原、丘陵等茶園大。過于潮濕的土壤會(huì)影響茶葉的發(fā)育生長(zhǎng)，為合理進(jìn)行土壤排水管控，又不影響土壤本身，茶園管理者利用線性工程設(shè)計(jì)方案，在茶園旁按規(guī)律埋草種，生長(zhǎng)出來的小草能夠吸收土壤多余水分，也不會(huì)搶占茶葉所需的土壤養(yǎng)分。

1.3 節(jié)能保水管控現(xiàn)狀

茶園的節(jié)能保水管控系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)過于老舊，幾乎都是由統(tǒng)一操作間進(jìn)行人工管控操作。管理員根據(jù)茶園蓄水口、積水量及排水池的比例，進(jìn)行人工調(diào)節(jié)。因此調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)并不精確，管控效率也較為低下。在浙江嘉興富源茶田，其節(jié)能保水工程管控系統(tǒng)均由人工操作，經(jīng)常出現(xiàn)失誤，土壤水分潮濕過度導(dǎo)致茶葉質(zhì)量逐年下滑。其原因是排水系統(tǒng)的設(shè)備多為普通的基礎(chǔ)設(shè)備，都是全自動(dòng)化的茶園的排水設(shè)施無法最優(yōu)保水，進(jìn)面而無法保證茶葉的質(zhì)量。這種老舊的節(jié)能保水設(shè)施逐漸被淘汰，工程設(shè)計(jì)師們已經(jīng)開始研究制作更加精良的自動(dòng)化排水系統(tǒng)，能讓茶園在最大限度地排水時(shí)進(jìn)行保水管控，保持土壤水分始終在上下浮動(dòng)不超過0.012mm的最優(yōu)指標(biāo)。

2 茶園節(jié)能保水管控存在的問題

2.1 平面排水設(shè)施老舊

茶園以前大多的平面排水設(shè)備主要針對(duì)雨水過多、侵蝕土壤的情況進(jìn)行傾斜管道式匯水排水。因此排水多為區(qū)域大面積排水。這種排水方式對(duì)于茶園各個(gè)轉(zhuǎn)角排水的把控不到位，漏掉了許多細(xì)節(jié)，并且大面積排水的方式容易引起兩個(gè)極端，其一是老舊設(shè)備的排水方式過于粗糙，排水不凈；其二是設(shè)備大面積排水下將導(dǎo)致偶發(fā)性功率超額運(yùn)作，致使排水過凈，茶園自身所需水分大大流失。在并不精良的排水設(shè)備下，因?yàn)闈补嗍Ｓ嗨勘绕疬^量雨水的平面積水度更低，因此設(shè)備無法監(jiān)測(cè)出在漫灌、傾灌等浪費(fèi)水源的澆灌方式下的多余剩余水量，日積月累下，水源的浪費(fèi)成為茶園灌溉的主要問題。基于此，茶園排水系統(tǒng)及設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)當(dāng)被更新，對(duì)于剩余水量的勘測(cè)值需更加精確，從而促進(jìn)節(jié)能保水效益最大化。

2.2 人工管控效率低下

茶園管理者對(duì)操作間顯示器顯示的數(shù)值進(jìn)行分析后進(jìn)行自我調(diào)節(jié)，由于數(shù)值不精確，造成管控效率低下，甚至出現(xiàn)因監(jiān)測(cè)不當(dāng)造成茶園損壞的情況。一方面，排水系統(tǒng)工程的機(jī)器靈敏度在得到指令后到實(shí)行指令操作之間有一定程度的緩沖預(yù)熱時(shí)間，而管理員通過對(duì)顯示指標(biāo)進(jìn)行分析監(jiān)測(cè)后下達(dá)指令的耗損時(shí)間更長(zhǎng)。短時(shí)間內(nèi)，這種低效率的人工操作不會(huì)對(duì)茶田造成影響，但日積月累下的“短期錯(cuò)位”會(huì)造成“茶田的疲態(tài)土壤狀況”，不利于茶田節(jié)能保水的良性發(fā)展。另一方面，管理員的八小時(shí)輪班工作制，難以保證自身的精神狀態(tài)，輪班的夜間管理員大多身體較為疲憊，如遇暴雨侵襲等突發(fā)天氣狀況，無法及時(shí)監(jiān)測(cè)泄水，對(duì)茶園的損害度將無法估量。綜上所述，人工管控的實(shí)時(shí)效率低下，且無法對(duì)各種突發(fā)情況做出正確的反映和分析，使現(xiàn)階段的排水設(shè)計(jì)人工管控系統(tǒng)需更新修繕。

2.3 保水系數(shù)無法檢測(cè)

在傳統(tǒng)茶園排水工程設(shè)計(jì)中，只將排水作為設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)，而忽略“排多少”這個(gè)最重要的問題。“排多少”的判定來源于茶園土壤保水值的大小。排水系統(tǒng)應(yīng)并不只是將茶園多余的、肉眼能夠看見的水直接排走，而是要在精確監(jiān)測(cè)下進(jìn)行排水管控。因?yàn)椋谝唬庋勰芸匆姷姆e水也許是土壤所需水分，由于土壤缺水嚴(yán)重，水下浸速度緩慢，才會(huì)在地面有積水；第二，茶園無積水時(shí)也許并不是缺水，而是土壤水分剛好足夠，土壤已將水分完全吸收。綜上，茶園排水保水工程系統(tǒng)下并無準(zhǔn)確的土壤保水檢測(cè)系統(tǒng)，導(dǎo)致茶園排水量無法精確。

3 茶園排水設(shè)計(jì)的優(yōu)化策略

3.1 梯式茶園排水系統(tǒng)

梯式茶園排水系統(tǒng)是利用自然環(huán)境來設(shè)計(jì)的茶園新型排水方式。一方面，梯式茶園排水系統(tǒng)的應(yīng)用摒棄了以往用基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)來進(jìn)行茶園灌溉和排水的被動(dòng)性，降低了設(shè)備建設(shè)和修復(fù)的成本，實(shí)現(xiàn)“零設(shè)備”的自主茶園排水節(jié)能生態(tài)系統(tǒng)。另一方面，茶葉作為福建、江西等地區(qū)特有的產(chǎn)物，多種植在丘陵地區(qū)。平面地區(qū)的茶田為模擬茶葉根莖水源吸收的特有效果，人們將山地修成梯田，既節(jié)省了農(nóng)耕面積，促進(jìn)了茶葉分層次的多元發(fā)展及各層不沖突的營(yíng)養(yǎng)吸收，還能夠直接自上而下利用梯田的地理優(yōu)勢(shì)進(jìn)行茶田排水。在梯田最底部修建蓄水池，雨季或人工灌溉多余的水源，便由梯田直接流入蓄水池中。梯田茶園排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)不僅能夠節(jié)能保水，還可以減少人力資源看管茶園的浪費(fèi)，提高茶園排水管控的有效性。

3.2 智能節(jié)水控制系統(tǒng)

現(xiàn)代工程設(shè)計(jì)師在主要的基礎(chǔ)建設(shè)工程中，增添了電子工程設(shè)計(jì)理念，將基礎(chǔ)設(shè)備與電子網(wǎng)絡(luò)互相連接，開發(fā)出一體化智能家電系統(tǒng)。將此理念運(yùn)用在茶園排水工程設(shè)計(jì)中，不僅能夠節(jié)約人力資源，避免人工管控的主觀誤差過大，還能更加精確茶田所需排水、保水的數(shù)值，建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)的現(xiàn)代化智能茶園。一方面，在茶園排水設(shè)計(jì)的各個(gè)管道設(shè)備、監(jiān)控設(shè)備、及出水機(jī)械設(shè)備上，增加智能監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，設(shè)備能夠通過風(fēng)向、降雨和積水量自主進(jìn)行保水排水；另一方面，在茶園排水工程的設(shè)備上增加人工遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，在設(shè)備故障或特殊情況時(shí)，能夠人工進(jìn)行設(shè)備調(diào)節(jié)。在目前部分山區(qū)茶園排水設(shè)計(jì)工程無法進(jìn)行全自動(dòng)化智能調(diào)節(jié)的情況下，可進(jìn)行半自動(dòng)化智能管控設(shè)備設(shè)計(jì)，即人工與智能共同操控排水系統(tǒng)，相互彌補(bǔ)自身不足。智能節(jié)水控制系統(tǒng)工程將是茶園排水設(shè)計(jì)工程管理的里程碑式的進(jìn)步。

3.3 土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是基于茶園排水設(shè)計(jì)中保水環(huán)節(jié)下的基建工程制造。首先，在土壤中安插各個(gè)試點(diǎn)，建立保水基礎(chǔ)工程，監(jiān)測(cè)土壤的保水鎖水程度值及土壤養(yǎng)分值，在土壤和茶葉根莖出現(xiàn)狀況時(shí)能夠第一時(shí)間進(jìn)行解決。其次，將保水基礎(chǔ)工程與排水管控系統(tǒng)相聯(lián)結(jié)。當(dāng)保水峰值達(dá)到最優(yōu)時(shí)，排水系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉；當(dāng)保水?dāng)?shù)值下降，排水系統(tǒng)開啟，之前排出的多余水源回流澆灌，澆灌到一定程度后直接關(guān)閉。排水保水一體化的工程建設(shè)能夠讓茶田形成自身良性生態(tài)循環(huán)圈。最后，土壤水分監(jiān)測(cè)管控系統(tǒng)由管理員直接操控，數(shù)據(jù)生成分析后提交茶學(xué)研究機(jī)構(gòu)及工程基建設(shè)計(jì)部門，通過數(shù)據(jù)研究解讀，進(jìn)行茶園排水設(shè)計(jì)工程的不斷更新發(fā)展。

4 結(jié)論

采用梯式茶園排水系統(tǒng)、智能節(jié)水控制系統(tǒng)及土壤水分監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等茶園排水工程設(shè)計(jì)，茶園的基礎(chǔ)排水設(shè)施將更加精確，排水保水效果將更加顯著。智能化工程監(jiān)測(cè)下的自動(dòng)茶園排水系統(tǒng)，彌補(bǔ)了人工管控的不足，實(shí)現(xiàn)了茶園排水工程下保水管理與控制的最優(yōu)效果。

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