汪明霞
【摘 要】分析了智能水肥灌溉系统的主要组成和工作原理,并结合新郑市梨河镇水肥一体化灌溉示范区,探讨了水肥灌溉系统的应用.效益分析结果表明,与普通灌溉系统相比,智能水肥灌溉系统的节水、节肥、增产效果明显.
【期刊名称】《黄河水利职业技术学院学报》
【年(卷),期】2019(031)002
【总页数】5页(P22-26)
【关键词】新郑市梨河镇;水肥一体化;灌溉系统;系统设计;应用研究;效益分析
【作 者】汪明霞
【作者单位】黄河水利职业技术学院,河南 开封 475004;开封市水生态修复研究中心,河南 开封 475004
【正文语种】中 文
【中图分类】S274.1
0 引言
栓剂模具我国干旱、半干旱面积占国土总面积的一半以上，其中没有灌溉就没有农业的干旱地区占国土面积的三分之一［1］。在现有耕地中，近一半没有灌溉设施，收多收少“凭天命”。而在有灌溉设施的耕地中，又存在供水不足、灌溉技术相对落后、灌溉水利用率低、肥料利用率偏低等问题［2～4］。
随着国民经济的发展，我国农业将面临人口不断增加与耕地逐年减少、水资源短缺和人民生活水平提高对粮食等农产品需求不断增长的双重矛盾。许多地区采用的粗放的灌溉方法和落后的灌溉技术已不适应现代农业可持续发展的需求［5］。因此，如何提高农业水分利用率，实现高效用水，是一个亟待解决的问题。水肥一体化智能灌溉技术是将灌溉与施肥融为一体的农业新技术，是实现控水减肥、提高灌溉水利用率的关键途径，也是现代农业发展的一项综合管理措施［6］。目前，我国对于智能水肥一体化灌溉的研究还处于发展阶 段，针对不同地区的智能水肥一体化灌溉方案的设计及应用还需要进行深入的探索。笔者设计了一套智能水肥一体化灌溉系统，并将其应用在新郑市南部梨河镇项目区，以期为中原地区智能灌溉系统的推广提供依据。
1 系统设计
热轧板1.1 系统组成
水肥一体化自动灌溉系统是为了实施随水施肥、精量控肥、自动配肥，在地面灌、微灌、喷灌等工程节水的基础上，结合先进的传感器技术，自控技术，通讯技术和农业物联网、大数据、云计算等，科学合理地设计的灌溉施肥制度，其系统组成如图1 所示。该系统可实时监控田间土壤墒情、气象参数、管道运行情况、肥液浓度等信息。它采用多种决策方法进行轮灌制度设计，确定最佳灌溉时间和灌溉量；提供时间控制、流量控制、水肥比控制、EC 控制等多种配肥方法，实现精准施肥。根据生产需要，系统将传统泵房内的水井控制、过滤反冲洗控制、灌溉控制、施肥控制、信息采集等功能完全集成到其控制系统上，实现了一机多能，降低了安装维护难度。 1.2 工作原理
1.2.1 智能灌溉控制
智能灌溉控制分为传统自动控制和先进智慧灌溉控制2 种模式。传统的灌溉自动化管理主要是通过在灌溉控制器内设定好轮灌程序，确定好每个轮灌区的灌溉启动时间和灌溉周期，并通过有线或无线控制方式，对轮灌区控制阀门进行顺序启闭，实现全自动灌溉。控制器的灌溉触发策略主要来源于管理人员的经验和田间土壤墒情传感器［7］。先进智慧灌溉控制主要是解决何时灌和灌多少的问题。模块以气象观测站、田间土壤墒情数据为依据，应用系统工程理论和数学建模方法，融合多种技术，通过灌溉预报与决策模型给出何时灌、灌多少，从而实现灌溉管理和灌溉决策的智能化。智慧灌溉控制的主要功能包括以下3 个方面。（1）基础信息管理。该模块主要实现基础信息的录入、查询和修改，为后面作物需水量估算、智能灌溉预报与决策提供基础参数。（2）作物需水量估算。根据气象信息，建立基于温度的参考作物需水量模型和作物系数估算模型。（3）智能灌溉预报与决策。一是利用实时采集的土壤墒情信息，判断作物是否受旱，进行灌溉决策；二是利用未来一段时间的天气预报信息（包含最高温度、最低温度、降雨量、风速信息），预测土壤墒情，从而实现灌溉预报与决策［8］。
图1 灌溉机灌溉结构图Fig.1 Irrigation structure of irrigation machine1.水泵2.主管过滤器3.压力调节阀4.水表5.闸阀6.持压阀7.灌溉阀8.上游压力表9.下游压力表10 水肥／酸过滤器11.阀门12 施肥灌13 压力继电器14.EC 传感器15.PH 传感器16.加压泵17.单向阀18.采样出水口19.吸肥套件加文丘里20.控制器21.EC／PH 显示调节器22.加压泵开关
1.2.2 智能施肥灌溉
智能施肥灌溉由兼容N、P、K 及微量元素等多个施肥通道的智能施肥机完成，灌溉系统需要灌溉时，灌溉控制阀门打开，用户按照需求的灌溉方式和灌溉量实现灌溉［9］。当需要施肥时，施肥控制阀按照系统客户端设定的施肥频率将肥液混入到灌水管道中，并测定管道中的肥料水的EC 值及pH 值是否接近设定值。用户可以根据具体情况调整施肥的频率，以满足作物生长的要求。智能施肥系统结构如图2 所示。
2 系统在新郑市梨河镇的应用
图2 智能施肥系统结构Fig.2 Intelligent fertilization system structure
水性涂料分散剂
新郑市南部梨河镇下辖的绰刘、前吕等5 个行政村规划设计112 hm2 耕地应用该水肥一体
天然气裂解制氢化智能灌溉系统。项目区地处北暖温带，地形平坦，土壤属黄土，土层厚度为1.5～2.0 m，1.0 m 土层平均干密度为1.5 t／m3，田间持水量为24%（占干土重）。项目区内种植的作物为果树，株距为3.0 m，行距为3.0 m。项目区机井数目为150 眼，成井资料显示，成井深度约为130 m，静水位约为24 m 左右，动水位为60 m，单井出水量为32 m3／h。根据项目区的村庄、井位、台地及洼地分布情况，将项目区分成两大区，每区面积为56 hm2，采用自动化滴灌工程。全自动滴灌控制室分布在一区和二区中自动化区域的中间位置，共2间，由水肥一体化智能系统进行灌溉。二区项目的典型地块平面布置如图3 所示。
图3 典型地块平面布置图Fig.3 Typical block layout plan
2.1 滴灌设计参数确定
参考《微灌工程技术规范》（GBJ85-85）和《节水灌溉工程规划与设计》，并结合当地实际情况，拟定基本技术参数如下。（1）滴灌土壤湿润比。在北方干旱和半干旱地区，对于宽行作物，设计土壤湿润比可取20%～30%。考虑到苹果为经济作物，故取滴灌土壤湿润比p≥30%。（2）灌水小区流量偏差。灌水小区流量偏差qv 取20%。（3）灌溉水利用系数。由于滴灌的水量损失很小，灌溉水利用系数取0.9。苎麻纱
草本精华
2.2 设计灌溉用水量确定
灌溉用水量是指为满足作物正常生长需要，由水源向灌区提供的水量。它取决于灌溉面积、作物生长情况、土壤、水文地质和气象条件等。各年灌溉用水量不同，因此，需要选择一个典型年作为规划设计依据。微灌工程一般采用降雨频率75%～90%的水文年作为设计典型年。
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