高效节水灌溉自动控制模式研究及应用

何率

【摘要】随着时代的不断发展，人们对于资源的利用率提出了更高的需求。我国属于资源相对较为匾乏的国家，为确保自然资源能够可持续性发展，必须充分利用各种自然资源，特别是水资源。节水灌溉技术不仅对农业发展具有重要意义，并且能够缓解我国水资源紧张的状况，获取相应的经济效益。因此，有必要对节水灌溉自动控制技术展开分析探讨。

【关键词】高效；节水灌溉；自动控制模式

前言

我国水资源短缺，人均水资源量只占世界平均水平的25%，而且我国为农业大国，长时间的粗放型农业生产形式在很大程度上浪费了宝贵的水资源。随着信息技术的逐渐发展和物联网的提出，节水灌溉控制技术的发展也越来越迅速。相关学者均纷纷致力于通过各种控制算法和计算机技术最大程度地提高水资源的利用率，以节省水资源。目前，有关农业灌溉节水控制的研究有很多，相关研究也取得了一定的成果。有相關研究者设计了一种农业灌溉节水控制器，将土壤水分传感器添加至灌溉控制系统，利用定时监测传感器获取的土壤信息信息，依据得到的土壤水分判断是否打开灌水阀门，从而实现农业灌溉节水控制。但该系统采用的传感器过于灵敏，影响信息的准确性。

1.高效节水灌溉形式

目前高效节水灌溉主要有管灌、喷灌和微灌等三种形式。管灌是以管道代替渠道输水的一种灌溉工程形式。灌水时使用较低的压力，通过压力管道系统，把水输送到田间。具有节水、节能、省时、省地、适应性强、输水快、损失少等优点。投资相对较少，施工简单，操作方便，水的利用率较高。喷灌是通过水泵加压，使灌溉水通过管道、喷头等专用设备，喷洒到空中形成细小水滴，像降雨一样均匀地散落田间，对作物进行适时适量的灌溉。它适用于各种地形和土壤，具有节水、省力、灌水均匀、保持水土等优点。可以根据作物在不同生长时期的需水状况，适量地供水，灌溉水的利用率可达85%。微灌技术是按照作物需水要求，通过低压管道系统与安装在末级管道上的特种灌水器，将作物所需的养分和水准确地输送到作物根部附近的地表或土层中的灌水方法。它分为滴灌、渗灌、微喷灌等形式，具有省水、节能、适应性强等优点，比喷灌节水15%～20%。以灌溉果树、蔬菜、花卉、药材或大田经济作物。

2.节水灌溉自动控制技术应用

2.1 大力推进节水灌溉和水资源保护

节水灌溉在提高农业用水效率、农民增产增收及生态环境建设等方面发挥着重要作用，对缓解水资源短缺矛盾、保证国家粮食安全、推动农村经济可持续发展具有重要的战略地位。要坚持节水优先的方针，进一步完善、细化各类节水灌溉规划，合理确定发展目标和工程布局。应加快大中型灌区续建配套与节水改造步伐，推进灌区现代化改造。继续大力发展节水灌溉，全面实施区域规模化高效节水灌溉行动。

2.2 多路控制性

多路控制型主要是对输出信号和多路输入进行控制，并且能够控制多台设备，常在大面积的灌溉中使用。同微机控制操作相比，多路控制操作不够简洁，但由于其具有成本低，易于满足用户需求的优势，所以在实际生成中被普遍运用。

2.3 简易型

简易型控制技术常在小面积的灌溉中投入使用。空气湿度型1路具有采集信号的作用，2路具有控制信号的作用，对于时间型，1路具有输出的作用，可以控制1台设备，如水泵。

2.4 中央计算机控制型

中央计算机控制型主要是利用中央计算机展开控制工作，同时在编制软件的配合下，可以使控制更加简洁，易于操作。其由多个多路控制型的子系统组成，并且能够根据具体需求进行扩展延伸，常在大面积的灌溉中使用。数据的输入可以依靠微机软件进行，并且可以显示各个设备的数据和运行状态，同时具有保存数据的功能。中央计算机控制技术能够接受到各种气象参数，如风速、温度和湿度等，从而开展自动决策动作，对执行设备下达命令，是否开启或者关闭子系统。

2.5 控制数据传输模式

灌溉系统的控制离不开数据传输，各种物理量采集及控制信息需要在传感器、运行设备、控制器和计算机之间通讯，主要可以分为两大部分：一是环境参数、设备参数和控制参数等信息的采集和监测。二是对灌溉设备进行自动化操控，例如开启、停止恒压供水系统和电磁阀等。数据传输远距离选择宽带/光纤/4G/GSM主备通讯方式，即以宽带/光纤/4G通讯方式为主通讯方式，GSM短信通讯为备用通讯方式，如监控中心与泵站、田间。小范围近距离部分控制采用Zig-bee、WIFI等无线通讯方式。如泵站与田间控制器。田间控制器与电磁阀、传感器之间采用有线方式。田间电源供给采用太阳能供电方式，选择或设计的设备具有低功耗的特点。

2.6 控制模式的选择

在实际使用中一般采用多物理参数控制模式。管灌一般采用管道压力和时间、管道压力和灌水量、管道压力和田间水位等模式。喷灌一般采用管道压力和时间、管道压力和灌水量、管道压力和空气湿度、管道压力和雨量等模式。滴灌一般采用管道压力和时间、管道压力和灌水量、管道压力和土壤湿度、管道压力和茎流量及红外光谱等模式。

灌溉控制模式的选择与作物种植模式和灌溉形式息息相关，同时考虑功能、控制精度要求和投资大小，根据地形、气候、土壤、作物等实际情况及各种灌溉方式和适用条件，进行科学规划，因地制宜选择控制模式。

结束语

随着我国经济的不断发展，对于水资源的使用将会更加频繁。加强对节水灌溉自动控制技术的研究，并且积极进行推广和运用，可以更加精准地对农作物开展灌溉作业，在推动我国农业经济发展的同时，有效地确保我国社会的可持续发展。

参考文献：

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