一种新型的地下精量化智慧渗灌系统研究

　　摘要：本文提出一种新型的地下精量化智慧渗灌系统，包括水泵机组、储水过滤设备、输水管路、灌溉控制系统和可伸缩式渗灌器。对系统组成、技术方案、工作原理和应用前景做了介绍。该系统具有节水、智能、精准、绿色等优点，在现代化智慧灌区建设和节水型灌区建设方面具有良好的现实价值，特别适用于高寒旱区纯井灌区。

　　关键词：地下渗灌;精准灌溉;智慧渗灌

　　引言

　　信息化建设是农业现代化建设的重要组成，也是高效节水灌溉技术发展的重要支撑。地下渗灌技术是我国现有先进的农业节水灌溉技术之一[1]。但是渗灌管道施工较为复杂，管理维修困难;高寒旱区对于地表面层的渗灌容易受到冻土、低温天气和农具机械耕种破坏;由于地下灌溉管道和灌水器埋设于地下，管道有倒吸作用，很容易将杂质吸附到灌水器出水口[2]，一旦遭到堵塞或破坏，就难以检查和修理，且成本高。市场目前普遍使用的渗灌管都为固定式渗灌管[3]，埋设深度一旦确定后将难以进行更改，所以固定式渗灌管难以满足耕作层计划湿润层内不同根茎深度的渗灌需求。

　　水利论文范例：浅析农业水利灌溉模式与节水技术措施

　　其次，混灌区一般采用外部水源，引水渠输水过程中蒸发渗透作用显著，土质层和地下水的盐分会被带到地表，导致积累盐分过多，容易造成土壤次生盐碱化，最终所呈现的结果就是农作物低产或者生长不适应。对于以上固定式渗灌管的问题，目前市场上出现了一些可伸缩的渗灌管装置，但是这些渗灌管大都采用电力驱动伸缩，这对大面积需要渗灌的耕种来说，施工和铺设制作成本大幅度增加;另一方面，目前的伸缩渗灌装置一般都通过人力判断渗灌情况来决策实施渗灌过程，不能及时完成灌区水情、苗情、墒情的智慧识别和灌溉决策[4]，因此，无法根据计划湿润层土壤的实时情况进行精准渗灌，渗灌过程的调节反馈效率不高。

　　本文基于水联网技术结构[5]提出的新型地下精量化智慧渗灌是一种埋于农作物根系活动层的微孔可伸缩渗灌器，可以在低压状态下以地下微灌的形式根据不同农作物的生长需水量定时定量地向土壤中渗水和肥料，以此给农作物提供水分和营养的节水灌溉模式。该系统基于土壤墒情自动传输、灌溉制度智能获取、水量水压智能控制链路特征的精量渗灌技术，减少了灌溉水的无效蒸发和散失;采用暗管输水的渗灌技术，克服了地面管道易老化、低温冻胀破坏等问题[6]。

　　不仅如此，该系统还可解决干旱区尤其是高寒地区纯井灌区水温度较低而抑制农作物正常生长的难题，而且对改良土壤盐渍化、改善农作物生产环境、提高农作物产量和品质有现实应用价值。该技术方案具有节水、智能、精量、绿色等优点，在智慧灌区建设和节水型灌区建设方面均具有良好的应用前景[7]。

　　1地下精量化智慧渗灌系统结构

　　地下精量化智慧渗灌系统，主要包括水泵机组、储水过滤设备、输水管路、灌溉控制系统和可伸缩式渗灌器。(1)水泵组由安装在井内的抽水泵、真空泵、供水泵组成。(2)储水过滤设备由两个连通的一级储水池和二级储水池构成主体部分。(3)输水管路由相互连通的干管、支管组成，支管上安装有安全阀、自动进排气阀，支管末级装有可伸缩式渗灌器。(4)灌溉控制系统由灌溉控制室、埋设安装在灌溉单元内的土壤墒情传感器和智能电磁阀组成[8]。

　　2技术方案与工作原理

　　2.1技术方案

　　储水过滤设备由两个连通的一级储水池和二级储水池构成主体部分，其中一级储水池和二级储水池存在一定自然高度差，两个储水池出水口处均设有卧式滤网膜，其中储水过滤设备还包括二级储水池出水口设置的文丘里式施肥器、逆止阀及智能压力表和流量表，一级储水池的右侧进水口处连接着抽水泵，干管与二级储水池相连通。灌溉控制系统由灌溉控制室、埋设安装在灌溉单元内的土壤墒情传感器和智能电磁阀组成。

　　输水管路由相互连通的干管、支管组成，埋设于灌溉单元耕作层以下，输水管路采用PB聚丁烯塑料管道和管件组成，在每个支管上设置安全阀、自动进排气阀。智能电磁阀、止逆阀、真空泵、供水泵由左至右依次安装在干管内，干管的管壁上从左至右依次安装着智能压力表和流量表。

　　文丘里式施肥器和灌溉控制室设置在灌溉区上方;支管上连接着多个可伸缩式渗灌器。水泵组由抽水泵和真空泵、供水泵组成。抽水井竖直设置在灌溉区的地下水层内，抽水泵安装在抽水井内。支管上安装有安全阀、自动进排气阀，灌溉控制系统由灌溉控制室、埋设安装在灌溉区内的土壤墒情传感器和智能电磁阀组成，支管上连接着多个可伸缩式灌溉器。

　　可伸缩式渗灌器由破土器、环周圆形透水孔、双层滤膜、伸缩节管组成。伸缩节管顶端固定着破土器，智能电磁阀、止逆阀、真空泵、供水泵由左至右依次安装在干管内。干管的管壁上从左至右依次安装着智能压力表和流量表。每个灌溉单元的中央位置都设置一个土壤墒情传感器。该渗灌器的可伸缩特点是在传统灌溉技术上提出的新型创意。根据农作物计划湿润层的土壤水分状态，可以感知农作物需水信息，通过墒情传感器将需水指令传输到灌溉控制中心，由智能电磁阀调节管道压力和流量，实现可伸缩式渗灌器工作。

　　2.2工作原理

　　本文提出的系统的工作原理是：采用地下渗灌系统进行灌溉，利用输水管路中的各级管道将水送至可伸缩式渗灌器，再通过可伸缩式渗灌器上的环周圆形透水孔和双层滤膜将水缓慢渗灌至各种农作物根区。其中，水泵机组从灌溉区开设的抽水井抽出水后，经过储水过滤设备中的一级储水池和二级储水池恢复农作物适宜水温和卧式滤网膜。

　　过滤处理后，由输水管路的支管输送到可伸缩式渗灌器内，支管按区域分组形成多区灌溉单元，在每个灌溉单元中央处安装一个土壤墒情传感器，将土壤实时水分情况传输到灌溉控制室内的中控系统，经中控系统根据作物灌溉制度和灌溉决策处理过后传输到智能电磁阀，由此对灌溉水量和水压进行控制。其中，抽水井直接开设在灌区的土壤层中，水源采用灌区地下水，这种方式有利于降低地下水位高度，也可以减少土层排水不畅的问题，减少地表土壤层的水分含量，从而减少土壤中含盐水分向上蒸发，改善土壤盐碱化的情况。

　　2.3技术应用

　　该地下精量化智慧渗灌系统主要适用于高寒旱区纯井灌区，也适用于在已运行的滴灌区配套，将滴灌滴头用可伸缩灌水器替代即可，在大面积干旱灌溉地区投入使用效果更为明显。应用于旱区的系统信息可以通过自动获取、识别、传递的链路进行技术表达。

　　3结语

　　本文提出了一种新型的地下精量化智慧渗灌系统，可以快速反馈土壤环境信息、减少土壤盐碱化问题，并可以通过智能调控可伸缩渗灌器长度，达到灌溉单元内不同土层深度的精量渗灌。该技术在理论技术研究和产品研发等方面均具有一定的可操作性和市场竞争力。但是，该系统仍存在一定的技术问题，如伸缩节管的具体结构能否确定实施、破土器的强度及驱动力如何保证、真空泵如何实现对伸缩节管伸长度的智能控制等。鉴于系统存在的问题，后期尚需研究伸缩节管的内部机械结构，采用智能控制技术对系统构件改造升级，以此达到灵活使用的目的。

　　参考文献：

　　[1]孙宏伟.浅谈我国农田水利工程节水灌溉技术[J].科学技术创新,2019(22):106-107.

　　[2]李兴强,李梦刚,曾玉霞.浅谈地下灌溉技术存在的问题与处理措施[J].南方农机,2019,50(13):79.

　　[3]于珍珍,李海亮,汪春,等.地下固定式渗灌系统的设计[J].农机化研究,2020,42(2):130-134+140.

　　[4]王梦圆,包志刚.一种地下渗灌设备[P].内蒙古自治区:CN212324982U,2021-01-12.

　　[5]王鹏全,吴元梅,张霞.集成水联网和水权交易的灌区智能管理技术[J].人民黄河,2018,40(11):154-157+162.

　　作者：王鹏全宋道逸苗佳威

转载请注明来自发表学术论文网：http://www.fbxslw.com/nylw/26653.html