園林之自動化節水灌溉應用探討

李昆明，李 戡

（1.重慶西恒工程咨詢有限公司，重慶 400000；2.重慶臨空都市基礎設施建設運營有限公司，重慶 400000）

0 引言

隨著經濟的快速發展以及人口大量增加等其他原因，導致現在一大部分淡水資源遭到了污染，世界上的各個國家都面臨著可使用水資源降低以及匱乏的問題。當然，近些年我國也遭遇到水資源匱乏的問題。所以，就園林灌溉來講，使用人工灌溉，不僅會造成浪費大量的人力資源，給城市發展帶來經濟負擔，還會帶來水資源浪費的問題。目前各個國家都在努力研究和探尋有效的節水途徑，伴隨著互聯網的迅猛發展，自動化技術悄悄地來臨，一種現代的節水自動化灌溉技術也隨之產生了。節水灌溉是以植物的需水量為立足點，依靠路面的管路系統、灌溉設備和智能檢測系統，把合適的水流量精確、均勻地傳至植物根處周邊地土壤表面的灌溉方法。傳統式的園林灌溉是以人力為主的（圖1），運用溫度計、濕度測量儀等測試工具開展對園林植物的觀察和監測，但沒徹底的把握植物真正的需水量、需要肥料量和動態性生長發育狀況，沒有完成科學合理的灌溉。現如今，科學技術的日益提升，使傳統的園林灌溉方式發生了改變，當代自動控制技術對于園林景觀的節水灌溉有關鍵性的重要意義。自動控制技術在節水灌溉中的運用，不但有益于園林景觀的統一監管和操控，并且有益于按照植物的需要進行灌溉和施肥，進而節省水資源，進一步提高灌溉效率和更加符合植物生長的需求。現階段，將自動控制系統運用于園林灌溉是一種非常科學有效的節水技術，可以很大程度上提升園林灌溉的效率，而且節約人力及水資源[1]。

圖1 傳統式園林人工灌溉

1 園林的灌溉及自動化灌溉現狀

1.1 園林灌溉

近幾年，隨著城市化建設的快速發展，城市的空氣質量有所下降，所以需要在城市中種植大量的綠植來保護城市的環境。城市園林不但可以美化城市，還可以預防土壤流失和凈化城市空氣等。灌溉園林中所種植的植物可以讓其更好地生長發育，但是傳統式的園林灌溉是利用人力運送的方式來灌溉園里的花草樹木，會對水資源和人力資源造成嚴重的浪費，因此為了更好地解決這個問題就產生了自動灌溉系統。在1980年左右，那時候我國所使用的園林灌溉技術依然比較落伍，跟不上國際的步伐，但在我國近些年一直在研究園林節約用水灌溉技術。目前的園林灌溉技術是應用機械自動化，在一定程度上節約了水資源以及節省人力資源。園林節水自動灌溉系統就是指在園林中安裝好管路系統，將適度的水和肥料送到植物周邊的土壤層中的一種灌溉方式。該方法特別適合園林灌溉和城市綠地系統，對園林灌溉的發展具有關鍵的意義。園林自動灌溉系統如圖2所示。

圖2 園林中管路系統鋪設

1.2 節水自動控制灌溉系統的發展現狀

近些年，盡管在自動控制系統的節水灌溉機器設備層面進行了很多的科學研究，但還是不夠全面系統化和多場景的運用，還沒開發設計出一套完善的、規模性的以及廣泛運用的灌溉控制產品。并且現階段已開發設計并交付使用的自動灌溉機械設備，絕大多數都非常價格昂貴。即使園林負責人明白自動灌溉系統（圖2）可以節約人力資源、水資源、推動園林植物的生長發育，但引入此項技術工藝需要很多的一次性資金投入，這也是許多園林承受不住的，所以自動化技術灌溉的應用在受到較大的限制的。現階段，伴隨著我國種植業的現代化發展，對園林節水灌溉的自動控制系統的標準隨之慢慢提升，所以節水灌溉機械設備將在中國有極大的未來銷售市場。與此同時，節水灌溉控制器應進一步向低成本、實際操作便捷、性能優質的角度發展。但從整體的長遠利益進行考慮，當代智能技術和傳感器技術的發展和普及，將使自動化灌溉系統功能更強、自動化水平更高。

2 節水自動控制系統的基本原理和實際意義

2.1 節水自動控制系統的構成

園林節水灌溉系統的自動控制是由土壤濕度監測系統、自動控制系統和灌溉系統三個部分構成。控制器和電磁閥是自動控制系統的關鍵構件。其中，控制器、濕度監測器和電磁閥之間是由非常緊密的聯系的，土壤濕度監測器是節水自動控制系統的大腦，它檢測土壤的含水率，并判斷是否需要補充水分，然后對控制器下達灌溉指令。控制器是園林節水自動控制系統中最重要的一部分，只需設置在園林中開始灌溉的時間和灌溉進行的時間，控制器就可以自動控制電磁閥是開啟和關閉，進而實現對園林灌溉的自動化控制。在園林節水自動灌溉系統中，電磁閥一般由電進行操控的，但如果需要開啟或者關閉電磁閥還是需要借助水的壓力，因此電磁閥能承擔水壓力一定要比打開或關掉電磁閥的水壓力要高。在自動化灌溉系統中，控制器和電磁閥之間的聯系就是，它們間的電氣信號是利用普通埋地線傳送，輸出電壓從控制器傳出，再由電線傳送到電磁閥[2]。

2.2 節水自動灌溉的實際意義

園林節水全自動灌溉系統應具備4種灌溉方式：按時定量、條件控制、天氣控制和人工更改。園林節水自動控制系統有多種多樣的操控方法，園林灌溉系統中可以帶有植物施肥信息內容，還可以實時監測室內室外的環境溫度變化、現場的電磁閥可以隨意組合等。在園林灌溉中擁有這樣的自動控制系統，其對于水資源和肥料的節約來說是有重要意義的，而且還可以使肥料和植物相匹配，精準調節水和有機肥料的應用，不容易導致農用藥過度使用而侵蝕土壤，讓綠色植物更好地生長發育，靈活運用水資源和肥料，進而使水資源和肥料的利用率提高。園林節水灌溉系統如圖3所示。

圖3 園林節水灌溉系統

3 自動化技術在園林灌溉中的運用

3.1 智能化技術

想要自動控制技術運用到園林灌溉中，更好地節約水資源，那么智能技術該是在其中非常重要的一部分。不但是因為人工智能技術在節約用水灌溉中應用的前景寬闊，而且智能化技術可以很好地對灌溉過程進行控制，以及可以根據智能控制系統精確測量農作物生長發育環境的主要參數。那樣，在氣候發生改變的時候，園林自動化節水灌溉系統軟也會隨之更改灌溉水流量和化肥量，靈活地分配水資源以及其他資源。

3.2 電子化技術

園林節水自動控制灌溉系統的發展是離不開電子技術的，二者息息相關，由于園林全自動灌溉系統的控制器大部分是在電子技術和互聯網控制技術上發展而來的。現階段通過手機、移動的數據網絡、互聯網技術智能遙控器等方法對控制器進行連接。一些控制器還可以傳送數據的信息。因而，在園林節水控制灌溉系統中，可以依據數據信息來對園林澆灌狀況進行研究分析。針對全自動控制技術的未來前景，期待電子技術可以讓信息傳遞更為便捷，再加之近些年智能技術的發展趨向，未來在園林灌溉中可以節省大量的人力和時間[3]。此外，伴隨著技術的不斷進步發展，應當把通訊衛星和生物技術結合在一起，應用計算機自動控制系統和信息技術的智能化系統，使水資源能夠更合理的運用和使園林綠色植物更好地生長發育。

4 自動化灌溉技術中應留意的問題

4.1 灌溉系統的自動控制

面對水資源缺乏和人工成本不斷提升等問題，園林綠化工程選用自動控制灌溉系統也是能夠有效節約水資源和節省人力的一種方式。現階段較常用的自動控制系統有4種：時序控制灌溉系統、ET智能化灌溉系統和中央計算機控制灌溉系統，所以可以依據園林的具體需要來選擇合適的自動控制灌溉系統。

4.1.1 時序控制灌溉系統

按時灌溉系統以灌溉的開始時間、灌溉持續的時間以及灌溉周期為控制的指標，完成系統的自動灌溉。其主要構造為控制器、電磁閥，還必須配備土壤含水量感應器、降水感應器、霜降感應器等機器設備。在其中控制器是時序控制灌溉系統中最為關鍵的一部分。園林灌溉的負責人員可以按照灌溉開始時間、灌溉持續時間以及灌溉的周期等來對控制器的程序進行設置，然后控制器通過電纜線向電磁閥推送信號，進而控制開啟或關掉灌溉系統。

4.1.2 ET智能化灌溉系統

ET智能灌溉系統根據單邊傳送的方式，把綠色植物需要的水量的相關氣候的主要參數，包括溫度、空氣濕度、降雨量等，將氣象信息自動轉化為數字信息并傳送給時序控制器。只需設定每一個站點的信息，比如傾斜度、農作物種類、土壤質地等，不用為控制器設定開啟和關閉的時間，灌溉控制系統將依據地域的氣象變化、土壤特性、農作物種類等狀況作出自動化分析，并進行灌溉。智能化灌溉系統如圖4所示。

圖4 智能化灌溉系統

4.1.3 中央計算機控制灌溉系統

中央計算機控制灌溉系統，根據全自動電子氣象觀測站將綠色植物用水量的氣候主要參數，包括溫度、空氣濕度、降雨量等信息反饋給中央計算機，計算機自動明確當日所需要的灌溉量，再通過時序系統進行控制灌溉。

4.2 節水方面的設計

在設計園林節水自動灌溉系統的時候，需要關注以下的3個方面：首先是園林灌溉的節水設計方案。要在對應的控制器上面依據具體需要的情況設置灌溉時間和灌溉量，對園里綠色植物開展合理的灌溉和施肥，隨后園林節水自動控制器就可以自動啟動，不用人工干預；其次是園林節水自動灌溉系統的循環設計方案。在園林自動灌溉系統中，園林負責人可以挑選任意的時間來進行灌溉，或者設置一定灌溉周期來進行循環式的澆灌；最后是園林節水的輪灌設計[4]。通常園林節水控制系統中的會將灌溉范圍分為幾部分，依次灌溉，可以減少渠道流量，達到節約水資源的目的。

5 結語

如今，全球的水資源都非常貧乏，尤其是淡水資源不足全球使用，因此在園林灌溉時要重視節水灌溉的效率。將全自動控制系統運用于園林節水灌溉，可以合理的運用水資源。與此同時，把全自動控制系統和智能技術結合在一起，靈活運用各類資源，提升資源使用率。總而言之，伴隨著全自動控制系統的飛速發展，其普及的范圍會越來越大，尤其是在園林節水灌溉層面。預估未來會進一步提高節水灌溉的自動化水平，發展更能精確地把握植物生長情況以及更能精準地操縱綠色植物的灌溉和施肥的灌溉系統，這也將推動園林灌溉的自動化發展。