自流灌溉系统

自流灌溉系统（精选十篇）

自流灌溉系统 篇1

2011年，我们组织了一个调研团队，对重庆的农田水利展开了深入的调查。其中，感村位于重庆西南部，其地貌以山区为主，是一个典型的山区农业村庄。全村有860多户，2690多人，呈现出极端分散的居住结构。依托山区的地理特征和经济特征，感村在生产和生活中形成了特有的水利供给模式，即自流灌溉系统。本文将以感村的自流灌溉系统为考察对象，研究山区水利的特征、运作机制及其所面临的现实困境，并且提出山区水利的出路在于依托国家资源输入的背景，通过基层组织的重建来实现集体化的用水模式。

一、山区自流灌溉系统的特征

自流灌溉系统是指农田灌溉的水利设施依托山区的地理落差而建成，依靠自然力从山上往山下进行灌溉的水利系统。一般是利用山上的水柜将山泉水或雨水积蓄起来，需要灌溉的时候将水放开，使其顺着渠道自上往下灌溉。这种灌溉方式的关键在于确保水源的稳定，不需要额外的提引动力或较复杂的水系渠道。通过考察感村自流灌溉的水系图，我们可以发现它具有以下几个特征：

（一）以水柜和堰塘为主要的水系结构

水柜解决的是水源的问题，只要水柜能够装满水，就能够保证农田灌溉的顺利完成。在山区，水源或者来源于天然的泉水，或者来源于天上的雨水，对于自然条件的依赖非常明显。一旦泉水不冒了，或者下雨少了，水柜就会空虚，而且很难从其他地方调水补充，农田灌溉就很难得到有效的满足。堰塘的目的有两个：一是作为承接水柜来水的中转站。由于山区的地理特征，放水的时候很容易跑水，一般都会先把水灌到堰塘里，然后再根据受益的田亩来分配水资源。第二个作用是承接天上的雨水以满足日常性的灌溉需求，毕竟水柜放水是有时间限制的，不可能天天供应，而农田的灌溉需求则是经常性的。实际上，水柜和堰塘的本质是一样的，都是用来承接水源的，只是水柜的规模要大得多，也可以称为水库，可以承接更多的水。并且，水柜的地理位置一般都比较高，往往处于整个村的最顶端，从而保证所有的田亩都能够得到灌溉。因此我们可以说水柜是以村为单位的。堰塘的面积一般较小，只能承接较少的水量，因此主要起辅助性的作用。它所处的地理位置一般较低，受益范围主要是在小组之内。因此可以说堰塘是以组为单位的。与此不同的是，平原的提引灌溉系统是由大江大河、大型泵站以及众多的堰塘构成的，它的水源是相当丰富的，很少有断水的时候。提引灌溉系统对于自然条件的依赖程度是比较低的。丘陵区的港堰灌溉系统则介于山区的自流灌溉系统和平原的提引灌溉系统之间，主要由小型港沟、小型泵站和当家堰构成。小型港沟的水源相对于水柜而言是比较充足的，但是比大江大河要逊色得多;当家堰的弹性则比较大，如果面积较大，可以极好地弥补小型港沟的不足(山区的地理条件决定了堰塘不可能很大)。从总体上讲，山区自流灌溉系统的水源条件较差、开发的空间较小、对于自然条件的依赖较重因而具有较大的不稳定性。

（二）山区自流灌溉系统的水系较为简单

首先，整个水系长度较短，从源头到农田的距离不长，没有漫长而曲折的渠道。因此，只要水源充足，灌溉系统的效率是非常高的。水柜闸门一开，漫山遍野都有水流，上游和下游的区别并不明显，从而极大地减少沿途的水源浪费和搭便车现象。其次，因为水系长度较短，渠道的分化程度较低。一般情况下，水一从干渠流到支渠，就直接进入农田了。很多时候，支渠就直接穿田而过，消失在田块之间。因此可以说，山区自流灌溉系统的渠道只有干渠和支渠的分化，甚至连支渠的分化也并不完全。这又进一步提高了农田灌溉的效率，减少了因为渠系分化所导致的水源消耗。再次，单一渠道经过的村组较少。在很多时候，一个小组就独享一条支流，从而进一步弱化了上下游的分化。如果水源是充足的，可以保证干渠的供应，那么几条支流之间的竞争性就很弱，它们基本上可以在同一时间分享干渠中的水，那么这几条支流所流经的小组可以认为都处于水系的上游，因而可以极大地减少搭便车的现象。与此不同的是，平原提引灌溉系统的水系极为复杂。整个水系极长，漫长而曲折，渠系分化程度极高，一般都包含了干支斗农毛五个以上的层级，且单一渠道经过的村组很多 (2) 。这就导致了非常明显的上下游分化，不仅沿途的水源消耗很大，而且搭便车的现象也非常严重，极大地影响了农田灌溉的效率。丘陵的港堰灌溉系统介于山区和平原之间，水系长度一般，渠系分化也比较简单，但是单一渠道流经的村组相对较多，因此，有一定的上下游分化，但是没有平原来得严重。

（三）山区自流灌溉系统的动力以自流为主

灌溉系统除了解决水源和渠系问题之外，还需要解决动力问题，即如何将源头的水转化为农田里的水。山区依托其自然条件，可以充分利用海拔所产生的势能，将位于高处的水源直接放到农田里，因而不需要其他的动力机制。所以，自流灌溉系统的成本是比较低的，只要把渠道修好，水利灌溉几乎可以一步到位。与此不同的是，平原的提引灌溉系统需要将低处的江河水提到高处，这就需要大型的泵站来提供动力，而且由于水系的复杂性和较大的覆盖面，往往需要几个不同级别的泵站来共同完成。这就需要投入更大的水利成本，而这些成本往往都是由农户来承担的 (3) 。丘陵的港堰灌溉系统所需要的动力成本居于平原和山区之间。第一种模式是利用小型泵站将港沟里的水提到堰塘里，再利用丘陵的地理特征，采用自流的方式将高处的堰塘水放到周围的农田中。这种灌溉模式的成本是比较低的。第二种模式是利用小型泵站将港沟里的水提到堰塘之后，每家每户再利用个人的小水泵各自将水抽到农田里，这就需要较多的水利成本。然而无论如何，丘陵的水利成本要远远低于平原。

（四）山区自流灌溉系统的覆盖范围较小

从水源到水系的末端所构成的灌溉面积是比较小的，往往只覆盖几个村，甚至有的仅覆盖一个村。实际上覆盖多少个村是由山区地理条件所决定的，一般一座山在条件适合的情况下就形成一个独立的灌溉系统，解决住在同一座山上的所有村庄的农田灌溉。而在不同的山之间，是很难形成同一套灌溉系统的;有的即使在同一座山上，也可能分化出几套不同的灌溉系统。因为山区自流灌溉的工程成本是比较低的，这就为它的分化提供了条件。相反，构造一套统一的灌溉系统可能要耗费更多的成本，而且灌溉的效率有可能还会降低。与此不同的是，平原的提引灌溉系统一般都是一个浩大的工程，它所覆盖的灌溉面积极广，从源头的水流到水系的最末端有可能要几天的时间。从根本上说，提引灌溉系统的范围是由大型泵站系统所能提供的灌溉能力来决定的，泵站越大、系统越完备，灌溉系统的范围就越大，所需要的成本也就越大。丘陵的港堰灌溉系统的范围介于平原和山区之间，它的大小是由港沟的长度决定的，港沟越长，覆盖的范围就越大。在同等完备的条件下，灌溉系统的范围与农户承担的水利成本是成正比的，因此，山区自流灌溉系统的成本是相对较低的。

（五）山区自流灌溉系统所需要的合作成本是比较低的

由于灌溉系统覆盖的面积较小，渠系的分化程度较低，而且以自流为主，这使得农户之间的利益分化不明显，有利于水利合作的达成。实际上，一个村子只需要派几个人就可以把所有的田都灌溉好。当然，前提是集体有资源来给他们发工资，否则只好每家每户都出来管水。正是因为上下游的分化不明显，大家合作的意愿是比较强的，很少有吵架的时候。只有在一种情况下合作是不可能的，即水源没有水了。与此不同的是，平原的提引灌溉系统覆盖面积极大、渠系分化程度极高、需要很大的外部动力来提水，这就使得农户承担的水利成本很大而且上下游农户的利益有很大的分化。要实现灌溉系统的内部合作，协商成本是极高的，靠农户自身几乎是不可能完成的。因此，强大的行政介入就成为必然的选择。一旦行政力量撤出，整个灌溉系统就会面临崩溃 (4) 。丘陵的港堰灌溉系统比较有趣，它需要两个阶段的合作，一是从港沟提水到堰塘的合作，二是从堰塘放水到农田的合作。前一阶段的合作是比较容易的，因为这是把水当做整体所完成的一次性搬运;而后一阶段的合作是比较难的，细碎化的地块将水系分裂开来，没有较强的行政介入也会导致合作的失败。

二、山区自流灌溉系统的运作机制及其困境

由于山区自流灌溉系统的覆盖面积较小，最为理想的灌溉模式是集体灌溉。这种模式在感村二组还保留着。由于二组在1998年获得了一笔20多万的移民款，一直到现在都没有用完，这就使得二组拥有较充足的治理资源，可以实行集体灌溉。这种集体灌溉模式在人民公社时期是一种常规化的运作机制。

（一）山区自流灌溉系统的运作模式

首先是由集体出资派人清理渠道。每年至少要清理一次渠道，以保证水系的畅通。实际上，水利系统建成之后，最重要的是日常的管护。如果没有合理的管护，农田灌溉的效率将会极大地降低。因此，水利工程是由两部分组成的，一是工程的建造，这是可以由国家来提供的;二是工程的管护，主要是靠村组集体来完成，这也纳入了水利组织的范畴。如果集体没有资金，就只能由每家每户出人来清理渠道了。

其次是由集体出资派管水员。感村二组每年只要派两个人就可以将全组的农田灌溉好，这极大地提高了水利系统的效率。管水员的好处在于可以集体调配水资源，减少了扯皮的机会，而且还可以极大地方便了农户的生活，不需要为了灌溉弄得所有的人都疲惫不堪。

再次，水柜的水出来之后，首先把各组的堰塘灌满。这就实现了以小组为单位的集体灌溉模式，进一步通过堰塘的自流灌溉将水引到每家农户田里。要实现这一集体模式，前提在于堰塘的集体性，即每个人都可以使用堰塘的水，但是每个人都不能单独地使用堰塘的水。如果直接将水柜的水放到农田里，有可能造成极大的水源浪费，而且无法有序地安排灌溉顺序和配置水利资源，这种方式在本质上是以村庄为单位的集体灌溉模式，应该说是一种次优地选择。

最后，放置在堰塘中的水以自流的方式统一使用。当堰塘灌满水之后，就可以按照田块的远近和大小来安排放水的秩序。依然由管水员来统一管理，保持水利灌溉的效率性。如果每家每户随便放水，就可能导致水资源的浪费。并且可能导致堰塘放水无人照管，结果所有的水都流光了。

总之，以小组为单位的集体灌溉模式是适应山区自流灌溉系统的最佳选择。它的实现需要有三个基本条件：一是充足的水源，二是有力的集体，三是有效的集体资源。

（二）山区自流灌溉系统的困境

虽然山区自流灌溉系统合作成本较低，并且农户在总体上承担的水利成本也不高。然而，据我们在感村的调查，这种低廉的灌溉系统已经陷入了瘫痪的境地。农户已经很难从这个灌溉系统中获得足够的水利供给，三分之一以上的水田或者改为旱地或者抛荒，在年成不好的时候，也出现了比较严重的绝收现象。造成这一困境的原因主要有三个：

首先是水利工程投资不足，大量的水利设施处于报废的边沿。山区自流灌溉系统的效率关键在于有充足的水源，对于自然条件的依赖使得一套完善的水利工程具有极其重要的意义。尤其是水柜的建设，对于增大和维持水源显然至关重要。感村水库是在集体时代修建的，虽然在2000年重新翻修，但是依然不能满足农户的用水需求。实际上，因为修了南涪路，从山上打了一个隧道，严重破坏了感村水库的溶洞水源。这几年来，感村水库的出水大大减少，一年中有大半的时间都处于枯水期。再加上感村水库是当地主要的饮水来源，这又大大限制了农田灌溉的效率。山区自流灌溉系统的水源主要有两种，一是溶洞山泉，一是天上下雨。既然溶洞泉水的出水量少了，就只能另寻水源，这就需要更多的水利工程投资。然而当前的水利投资重在对原有工程的修修补补，所起的作用不大。此外，堰塘也基本处于淤塞状态，可蓄水量极少，并且很多小组没有堰塘。如果有比较健全的堰塘系统，实际上可以极大地弥补水柜的缺陷，并且能够有效满足农户的日常灌溉需求。由于堰塘系统的不完善，即使上面的水柜来水，也很难有效率地进行灌溉。而连接水柜、堰塘和农田的渠道也已经破败不堪。堰沟有一段被洪水冲垮了，到现在也没人去管;而很多支渠要么漏洞百出，要么夷为平地，这些状况都严重降低了水利灌溉的效率。

其次是缺乏有力的基层组织。虽然山区自流灌溉系统所要求的合作成本是相对较低的，但是如果没有人站出来牵头组织，农户之间也很难达成合作。由于当地是杂姓聚居，而且比较分散，整体社会关联较弱，没有内生的权威结构。因此，自发的水利合作是很困难的，只能依靠行政力量的介入，通过公的身份才能将所有人整合起来。这个公的身份就是基层组织。当基层组织比较完备而且对于农民的生产过程介入较深时，水利就很容易实现集体供给的模式，极大地提高农田灌溉的效率。然而在合村并组的浪潮下，原本四个独立的村庄合并成一个感村，原本几个小组合并成为一个小组。合村并组严重弱化了基层组织的力量，尤其是小组一级，相当于取消了大量的小组长 (5) 。由于山区的居住结构极端分散，不同的小组往往相隔甚远，而且彼此之间没有较强的认同感。因此，现在的组长主要关注的就是自己所在的小组，对于归在自己名下的其他小组则往往漠不关心，实际上也是爱莫能助。我们在调研过程中经常可以听到村民抱怨，说自己所在的小组没有出一个干部，对于基础设施的供应是极其不利的。小组长往往把争取来的项目用于自己所在的小组。在税费改革之后，基层组织的作用已经受到严重的削弱，再加上合村并组的肢解，基层组织基本上就处于被架空的状态。农田灌溉也没有人来组织了，农民只好单独行动，争先抢水，进一步降低了农田灌溉的效率。一旦水源不足，只能望天收了。

最后是基层组织没有足够的治理资源。税费改革之后，国家不再从农村汲取资源，反而不断增加对农民的种田补贴。基层组织无法收取提留，国家的转移支付也仅仅足够支付各种行政开销，根本不可能有剩余来进行基础设施建设。国家鼓励通过一事一议来筹资筹劳，然而真正实行起来难度非常大，农民往往是“只议不决”，除非自愿，基层组织也不能强行要求农民出钱。因此，基层组织基本上没有任何经济收入，根本无法支付各种治理成本 (6) 。正如上文所言，山区自流灌溉系统的效率取决于水利灌溉的集体供给，只有采取集体灌溉的模式才能充分利用好原本就不稳定的水资源。然而集体灌溉是需要组织成本的，包括支付小组长、管水员的工资，通过他们来完成统一的灌溉。由于集体没有资源，不可能再支付这些组织成本，因此只好任由农户自己去抢水灌溉。感村二组之所以能够保持集体灌溉的模式，是因为组长就是他们组的，而且这个小组拥有二十多万的移民款，能够支付得起集体灌溉的成本。然而由于各种原因，这个组长从今年开始不再担任，水利灌溉也就没人来组织了。整个感村基本上都处于个人灌溉的模式，集体模式已经瓦解，导致水利资源的大量浪费。水利设施也没人管护了，集体根本就没这个钱，如果要转嫁到农民身上，只会导致一个后果，即水田改造为旱田，或者干脆抛荒。据我们的调查了解，当下种田的主体是老人，他们没有机会从事其他工作，只能以不计成本的劳动力换取微薄的农业收入。对于他们而言，种田是一种副业，是满足在家人口的基本口粮，而不是支付全家人的生活所需，因此，这是一种需要精心算计的农业耕作，需要在成本和收益之间来回盘算，从中确定最划算的耕作模式。这种耕作模式不是以粮食生产最大化为目标的，即老人种田的目的不在于盈利，而在于基本的生计。因此，如何以最低的生产成本获得最大的收益(最关键的是低成本)是老人种田的基本决策选择。显然，投入更多的水利成本对于整体粮食收入而言是有利的，但是对于个体老人而言则是不理性的，因为多数人不种田使得老人可以在不同的地块之间进行偏好选择，挑拣水源条件较好的地块进行耕作，耕种地块的减少(抛荒)所带来的粮食减产的负面效应因为水利投资的减少而得到了缓和 (7) 。毕竟种植少量的地块已经足够老人生活。另外一方面，旱地作物包括玉米、花生、芝麻等收入也不在水稻之下，而且所费功夫较少，特别适合老人种植。在这种情况下，农民对于改善水利条件的内在动力是不足的，这是一事一议筹资筹劳之所以很难成功的重要原因。

三、山区水利的出路：资源输入与组织重建

从总体上讲，感村的水利状况已经陷入非常危险的困境，严重影响当地农民的生产和生活。而感村仅仅是中国广大山区农村的一个缩影，它所反映出来的问题实际上具有普遍性的意义。如何解决自流灌溉系统所面临的困境，关系到整个农村社会的稳定与发展，需要引起我们极大的关注。

首先，国家和地方政府应该继续加强对于农村的资源输入，进一步完善农村基础设施。山区水利的前提条件在于解决水源问题，这个问题要比平原和丘陵地区来得严峻。只要解决了水源问题，山区水利的状况就可以改善大半。而解决水源问题，工程建设则首当其冲。就自流灌溉系统而言，主要的工程建设是新挖和整改水柜，切实保障灌溉水源的充足性;其次是新挖和整改堰塘，确保每个小组都有一口较大的当家堰，从而辅助灌溉系统的有效运行。山区水利的特征在于系统的覆盖范围小，尽量将灌溉系统和饮水系统分离开来，避免两者之间的竞争。

其次，要大力加强基层组织建设，尤其要发挥小组长和党员的作用。公共事务需要有人出来牵头，具备政治身份的小组长和党员有责任也有能力将群众动员起来，参与水利事业的建设。只有具备完善的基层组织，才能够将农民对于公共品的需求偏好表达出来。抛开基层组织高公共品供给，往往难以发挥效用。合村并组的后果很严重，导致大量的小组没有真正的小组长，这些小组对于公共品需求偏好的就很难表达出来。而且由于没人出来组织，农田灌溉只能以个体为单位进行，极大地增加农民的负担。因此，应该恢复原来的村组，尤其是恢复小组长的设置。

再次，国家和地方政府的水利资源应该由基层组织来支配。税费改革之后，基层组织基本丧失了财权，使其在公共事务中缺乏有效的治理资源，难以组织集体水利事业。通过对比有资源的村组和没有资源的村组，可以发现前者的公共品供给往往要优于后者。一旦将所有的资源都投注在农民个体身上，再希望通过一事一议将这些资源整合起来，难度相当大。面对广大的农村地区，国家如果抛开有效的基层组织去解决公共品供给，就只能寄托于市场化的机制 (8) 。然而，市场是追逐利润的，而公共品则是公益性的，两者之间存在天然的矛盾。由市场来解决公共品，需要支付更多的成本，而且往往没有效率，尤其是在农田灌溉上。

最后，应该坚持集体化的用水模式。一旦拥有较为完善的水利工程和强有力的基层组织，利用手中的治理资源，就可以实现较好的集体化用水模式。实践证明，集体化的用水模式具有效率高、成本低和便利性的特征，农民可以少操心，从而获得更好的生产和生活质量。尤其是农田灌溉，“一把锄头管水”要比“千把锄头管水”要来得有效。因此可以组织管水员，负责整个水系的看护和田块的灌溉。水利的个体化供给不仅会造成水源的浪费，而且会导致水利设备无人看管的困境，最后影响整个水利系统的运行效率，甚至使其走向崩溃。这是水利私权化改革的根本弊病所在。

参考文献

[1]贺雪峰等.乡村水利与农地制度创新——以荆门市“划片承包”调查为例[J].管理世界, 2003, (9) :76-88.

[2]贺雪峰.合村并组遗患无穷[J].调研世界, 2005 (, 11) .

[3]罗兴佐.治水:国家介入与农民合作——荆门五村农田水利研究[M].湖北人民出版社, 2006.

[4]周飞舟.从汲取型政权到“悬浮型”政权——税费改革对国家与农民关系之影响[J].社会学研究, 2006, (3) .

[5]罗兴佐.“渠成”为何不能“水到”[J].中国改革, 2006, (4) .

[6]罗兴佐.农民合作灌溉的瓦解与近年我国的农业旱灾[J].水利发展研究, 2008, (5) .

[7]徐超.农民合作困境的原因探析——以J市Y村水利为例[J].湖北师范学院学报 (哲学社会科学版) , 2009, (2) .

[8]孟凡贵.制度性干旱——中国北方水资源危机的社会成因[R].北京大学中国与世界研究中心, NO.2009-01:26.

[9]华中科技大学中国乡村治理研究中心.中国农田水利调查——以湖北省沙洋县为例[R], 2010.

[10]邢成举.新土地抛荒缘何出现[J].绿叶, 2010, (12) .

农业节水灌溉控制系统 篇2

系统概述：

我国是一个水资源时空分布极不均匀的国家。从空间上说，南多北少，东多西少，地区差异明显；从时间上说，雨季容易出现洪涝灾害，而旱季又经常造成不成程度的旱灾。

为了提高农业抗旱管理水平，快速掌握旱情动态，科学指导抗旱救灾，避免或减少旱灾造成的损失，建立一套现代化的实时土壤墒情监测及抗旱信息管理系统已经成为水利管理部门的任务之一。

我公司致力于水利信息化应用服务，根据多年来的实际项目经验，研制开发了实时监测系统，并在实施应用过程中，发挥了良好的作用。

系统目标：

节水灌溉自动控制系统，是我公司研制的一套专门用于灌溉环境监测的控制管理系统。该系统可实现对灌溉设备的监视、控制，以及环境数据的不间断采集、整理、统计、制图。它有着与WINDOWS相一致的界面风格，完善的内存管理和友善直观的操作方式。功能特点：

 节能设计：设备基于低功耗设计方案，主控制器功耗小于2W。且主板集成多路电源供

电功能，使用较低成本的太阳能电池即可满足使用要求。

 监视功能：可实时监视各个灌区的当前状态，包括空气温度、空气湿度、光照、土壤湿

度、二氧化碳、土壤PH值、水流量等的信息采集以及各个设备的开关状态。

 设定功能：可自由设定各个灌区的运行参数，如土壤湿度目标值、灌溉水量目标值、电

磁阀启动时间和设备的关闭时间等等。



 强制手动控制功能：可以实现强制手动控制各灌区内的设备的开关状态。手动/自动切换功能:它可以灵活快速地实现各设备地手动/自动控制地切换。

市政园林灌溉系统施工与设计 篇3

关键词：园林灌溉设计防冻

1基本现状

1.1灌溉技术发展情况

目前国际上园林灌溉技术经过几十年的发展已形成系统化，世界上专业的灌溉制造企业园林灌溉系统技术及制造技术已非常成熟。国内许多园林灌溉技术开发及生产企业大都是在学习借鉴国外的先进技术的基础上开发自己的技术及产品。随着世界人口的增长和能源、水资源危机的加剧，园林灌溉设备正朝着更加环保、采用新材料、智能化控制、跨行业开发、低压喷洒、降低能耗、综合利用、多种用途方向稳步发展。

1.2灌溉方式的多样性

作为向植物供水的灌溉系统，也应当根据不同植物的需水规律和需水量向植物提供“精准”灌溉。未来的园林绿地灌溉系统，将会打破喷灌、滴灌等灌溉方法的界限，在喷灌区域中也包括滴灌、微喷灌、滴箭、涌泉灌、树木根部灌溉等不同的微灌方式，将不同的灌溉方法纳入同一个灌溉系统，以满足绿地植物群落多元化的要求。不同植物具有不同的根系层深度，有不同的吸水范围，可以将地上灌、地面灌、浅层灌、深层灌结合起来，将降水、灌溉水和地下水统一调配，形成综合的绿地水分管理体系。

1.3灌溉产品存在多样性

国际知名的园林制造商在园林灌溉产品方证已形成了完善的系统。我国的园林灌溉设备与世界同类产品相比，仍存在着很大差距。其表现为产品单一，附件不全，没有成熟的质量控制体系和严格的质量检测手段。目前国产的控制器和电磁阀可靠性较差，小型电子控制器是空白。

2灌溉系统施工与设计

2.1灌溉系统的组成

一个完整的喷灌系统一般由水源、首部枢纽、管网和喷头等组成。

2.1.1水源：一般多用城市供水系统作为喷灌水源，另外，井泉、湖泊、水库、河流也可作为水源。在草坪的整个生长季节，水源应有可靠的供水保证。同时，水源水质应满足灌溉水质标准的要求。

2.1.2首部枢纽：其作用是从水源取水，并对水进行加压、水质处理、肥料注入和系统控制。一般包括动力设备、水泵、过滤器、施肥器、泄压阀、逆止阀、水表、压力表，以及控制设备，如自动灌溉控制器、衡压变频控制装置等。首部设备的多少，可视系统类型、水源条件及用户要求有所增减。当城市供水系统的压力满足不了喷灌工作压力的要求时，可建专用水泵站或加压水泵室或专用水塔，有时可在自来水管路上加装一台管道泵即可。

2.1.3管网：其作用是将压力水输送并分配到所需灌溉的草坪种植区域。由不同管径的管道组成，如干管、支管、毛管等，通过各种相应的管件、阀门等设备将各级管道连接成完整的管网系统。现代灌溉系统的管网多采用施工方便、水力学性能良好且不会锈蚀的塑料管道，如PVC管、PE管等。同时，应根据需要在管网中安装，必要的安全装置，如进排气阔、限压阀、泄水阀等。

2.1.4喷头：喷头用于将水分散成水滴，如同降雨一般比较均匀地喷洒在草坪种植区域。

2.2自动化灌溉系统的分类

2.2.1全自动化灌溉系统全自动化灌溉系统不需要人直接参与，通过预先编制好的控制程序和根据反映作物需水的某些参量可以长时间地自动启闭水泵和自动按一定的轮灌顺序进行灌溉。人的作用只是调整控制程序和检修控制设备。这种系统中，除灌水器(喷头、滴头等)、管道、管件及水泵、电机外，还有中央控制器、自动阀、传感器(土壤水分传感器、温度传感器、压力传感器、水位传感器和雨量传感器等)及电线等。

2.2.2半自动化灌溉系统半自动化灌溉系统中在田间没有安装传感器，灌水时间、灌水量和灌溉周期等均是裉据预先编制的程序，而不是根据作物和土壤水分及气象状况的反馈信息来控制的。这类系统的自动化程度很不一样，如有的泵站实行自动控制，有的泵站采用手动控制；有的没有中央控制器，而只是在各支管上安装了一些顺序转换阀或体积阀等。

2.3施工流程

灌溉系统施工安装的总的要求是，严格按设计进行，必须修改设计时应先征得设计单位同意并经主管部门批准。涉及到有关建筑物的施工，应符合现行规范的要求。

2.3.1在进行施工之前先要询问甲方水源位置。测下静态水压。

2.3.2看下总体布局，做到心中有数，向当地老农询问当地冻土层厚度，确定给水管线的埋深度。

2.3.3选喷头型号，可上网查下知名品牌国内代理商向他们索要简介，上面清楚地表明每种型号喷头的工作压力、出水量。

2.3.4放线，定点。喷头之间的间距应选用喷头直径的50％-60％例如两个喷洒半径为10米的雨鸟7500c喷头，两个喷头之间的间距应选用20*50％——60％为10米至12米比较合适，当然有时候还要看给水的压力、当地的气候条件等，点喷头时先把控制点，边角点点上，统计管材管件数量。通常的布置方式选用正三角形布置，喷头间距为喷头直径的50％——60％，正方形布置注意一个限制因素就是最大间距对角线的限制。

2.3.5喷灌沟的开挖，开挖时要把表层土与下面的阴土或者建筑垃圾分开放置，管沟要找好坡度，沟下面不要有尖锐的东西要做到平与直。

2.3.6管材的连接，先用大号砂纸打磨接口，再用干净的抹布擦拭干净，用pvc给水胶均匀涂抹于接口处，然后速插入用力转一圈，停留一分钟防止接口不完全接触。

2.3.7试压，管沟回填，先在管材上面回填一层好土，再把原先挖出的土回填，大的建筑垃圾要清理走。

3世纪初下—灌溉系统的防冻

3.1管道外包裹防冻材料

主要适合南方温暖、湿润地区，这个地区一般不会出现冰冻天气或可能出现过典型冰冻，但持续的时间较短。对于主阀、电磁阀、泄水阀应该做防冻的保护工作，安装在冻土层以下或安装室内作防冻保护(如包裹防冻层等)。地埋管路系统一般不用排水，因为安装时一般都在冻土层以下。对于地面上的管路系统，采用包裹防冻材料或在低洼地设置排水阀。

3.2手动泄水措施

使用这种办法，必须确信灌溉系统设计合理、能满足排水要求。手动泄水阀应安装在主管路最低洼的地方，假若系统有多处低洼地，都应该设置手动泄水阀，一般采用球阀、闸阀或带有堵头的一段管子，而且应保证施工过程中有一定的坡度条件，方便管道内的水汇集到泄水井。若泄水井安装在室外，应保证泄水井的干燥(可以采用井底放置砾石)；若在室内应确保排泄的水量不致于溢出水井。

3.3自动泄水措施

在灌溉系统主管路最好安装手动泄水阀，而不要去采用自动装置。自动泄水装置一般安装在支管路或与喷头安装在一起(如采用侧面进水的埋藏喷头)。原理是：每次系统关闭后，自动泄水阀就会泄走喷头或管路里的水(如雨鸟16A-FDV自动泄水阀，开阀压力2m、关阀压力4m)。自动泄水阀若安装在主管路系统会造成灌溉水的大量浪费。

4总结

棚室雨水自给灌溉系统研究 篇4

目前, 水资源的缺乏已成为世界性的问题, 在传统的水资源开发方式已无法再增加水源时, 雨水回收利用成为一种经济又实用的水资源开发方式。雨水落在棚面流失掉, 如能收集利用, 既解决了棚室灌溉问题。雨水灌溉优于地下水及自来水。是解决城市缺水及节约自来水的一项重要措施。

2 系统组成

棚室墙体顶部都用水泥预制块铺设为外高内低, 外边缘砌高, 埋置集水管与集水池相联通。收集的雨水汇集到集水槽中流入集水池。集水场的设计采用最佳集水效果方案。集水面坡度为15℃, 两边高、中间低, 场地周围均建凸起的边缘, 高约15cm, 雨水由中间汇入集水槽后流入集水池。用或其他材料铺覆集雨面。棚室两侧各建一集水池, 用棚膜铺垫池底极其池壁。

尽管种植越冬茬作物的温室其棚膜通常情况下在10月中下旬覆盖, 然后在来年五月之后揭去, 不在年降雨丰沛期, 但能够通过旧膜作为动态集水面, 即如果有降水收集雨水, 如果无降水可以卷起堆放。当然条件如果允许可以另辟专用集水场供温室使用, 根据上述设计, 以60m长度、跨度7m、墙体宽1.5m、遮阳地宽7m的标准, 棚室的集水面积大致为930m2。

对集蓄的雨水进行高效利用是集雨技术的核心, 该技术关键是将集蓄的雨水通过补灌设施进行人为调控, 最终供给作物水分。

主要通过水泵极其塑料管道, 将集蓄的雨水从集水池中抽出来并且进行灌溉。灌水方式主要有漫灌、沟灌和微灌等。现已对温室灌溉比较分析之后结果表明渗灌和滴灌在节水和增产方面的效果较为理想, 其机理主要为:它们将分直接向作物根系输送, 防止地表径流, 均匀的供水确保了土壤的通透性, 在很大程度上降低了空气湿度, 对作物病害具有抑制作用, 除此之外对土地有较强的适应性, 能够随水追肥施药。

2.1 集雨面设计

通常情况下, 雨水自给灌溉系统工程集雨面的外形必须规整, 长边与短边交角以直角最佳, 形状选择矩形、梯形、其他形状;如果地段的地形条件是起伏不平的, 田境应当由空心砖组成, 田块应当设计为扇形, 田埂应当呈现出直线状直线。如果试点工程的地形环境较为理想, 完全吻合设计要求, 所以选择长方形。

雨水自给灌溉系统规划设计过程中应确保种有充足的日照, 日照时间要有保证, 受光热量最大, 试验田如果选择南——北向, 长边位置应当与等高线平行;在风姓区, 灌溉系统应与当地主害风向的关系呈90角。结合种植作物的面积等要素确定宽度, 同时不能忽视的因素是地理环境的限制。蓄水池和等高线平行的目的是蓄水池内多余水分便于排出, 所以种植区宽度应当比蓄水池长边长度宽。

2.2 储水池设计

储水池设计为地下结构, 减少棚内土地占用, 并设计有溢流装置, 保证水满溢出。以一场大雨为例, 一场大雨降水量25~49.9mm/24h, 以平均37.5mm计算, 雨水收集量为11.25t, 经过试验, 以接受四场大雨, 储水池容积至少为50t。储水池底部设有沉淀坑, 雨水中混杂的泥沙在池底沉淀。

2.3 灌溉系统组成

雨水资源灌溉系统主要由种植区、蓄水池、沉沙池以及灌溉排水系统组成, 棚室内经常用到的灌溉形式有移动喷灌机、倒悬微喷、插钎微喷、微喷带、滴灌管、滴灌带、滴头、滴箭等。

喷灌主要用于育苗或密植叶类菜, 移动喷灌机喷洒均匀, 无无效灌溉, 机组价格较高;固定式喷灌均匀性一般, 无效灌溉较多, 机组价格较低。滴灌主要用于成行种植作物或蔬菜, 灌溉均匀, 无无效灌溉, 机组价格较低。不管哪种灌溉方式, 基本都有以下几部分组成, 水源、控制箱、过滤器、输水管、阀门、洒水器等。

灌溉分手动控制和自动控制, 手动控制即管理员根据土壤墒情人为判断何时灌溉、灌溉水量。自动控制即精准自动灌溉系统, 通过土壤水分传感器将土壤墒情传递到中央采集控制器, 通过人工定时或系统自动控制电磁阀对作物进行精准灌溉。

3 结语

综上所述雨水落在棚面流失掉, 如能收集利用, 既解决了棚室灌溉问题。雨水灌溉优于地下水及自来水。是解决城市缺水及节约自来水的一项重要措施。在水资源严重缺乏的中国, 这项技术的前景非常乐观, 因此研究者们应当更加努力, 使得该技术可应用型、可操作性更强。

摘要：主要首先介绍了雨水自给灌溉系统的研究意义, 然后阐述分析了雨水自给灌溉系统的组成, 分别对灌溉系统的集雨面设计、蓄水池设计等加以详细分析, 希望能够为有理论研究和实践提供相应的参考依据。

关键词：雨水自给,灌溉系统,集雨面,储水池

参考文献

[1]李榕.城市屋顶花园推行迟滞问题的探讨和应对[D].同济大学, 2007.

[2]赵福增.我国绿色建筑节水及水资源利用技术措施和指标研究[D].重庆大学, 2007.

自流灌溉系统 篇5

兴办农田水利灌溉系统工程势在必行

【摘要】坚决贯彻中央关于“三农”政策，农业是安天下的产业，“三农”问题始终是关系到改革开放成败的根本问题。而农业的命运落实在农田水利灌溉系统工程上，更是稳固农业发展的“基础的基础”，这个“基础”关系到“三农”政策落实成败的大事，本文论述了农田水利灌溉系统工程势在必行。

【关键词】农田灌溉系统 势在必行

民间谚云：“人是铁，饭是钢，一天不吃饭饿得慌。”农业是生命之本，离开农业人就没有饭吃，就要饿肚子，难于生存，更谈不上社会稳定和经济发展，一切无从谈起了，这是人人都知道的普遍真理。

农谚曰：“农作物有收无收在于水，收多收少在于肥。”水利是农业的命脉，而水是靠农田水利灌溉系统工程流到地里，是农作物旱涝保收的重要保证，更是农业发展的基础，是提高农业综合能力的一项关键的重要措施，因此，落实农田水利灌溉系统工程势在必行了。农田水利灌溉系统工程的基本概况。随着气候变暖、水资源缺乏、自然灾害的频繁发生、人口骤增，人们吃饭成了问题，农业更加步履维艰和举足轻重，使占全国人口80％以上的农民致富奔小康迫在眉睫。农业的发展是靠水利把水资源灌溉庄稼。目前的农田水利灌溉系统工程已经不能适应农田灌溉的需求，阻碍了农业的发展和出路，已经到了不改不行的地步。

1.1 农田水利灌溉系统工程严重老化。农田水利灌溉系统工程一般始建于“人民公社”和“农业学大寨”(20世纪50年代至60年代)的鼎盛时期，由于勘测粗放——凭人按地形走向定位、规划狭窄——随心所欲、设计仓促——只顾眼前局部利益、经费不足——靠人海战术、配套不全一穷凑合、施工简陋——因地制宜、质量极差—根本无科技含量的“土法上马”工程，土沟土渠，渗漏十分严重，渠系利用系数极低，沟渠淤满泥沙和杂草丛生，每年要花费大量的人力、物力、财力，彻底挖沟清淤和除杂草疏通渠道，后期又缺乏维修和管理，经过几十年的运行，不少农田水利灌溉系统工程已超过规定的使用期，普遍老化损坏。大型灌区骨干建筑物的完好率不足35％，效益下降。中小型灌区以及农田水利灌溉现状更是令人担忧，导致输水效率低，渗漏损失大，本来水资源严重缺乏，更是雪上加霜。

1.2 重视农田水利灌溉系统工程不足。国家投建的大型农田水利灌溉系统枢纽工程基本上停留在过去的水平上，已经不能适应日益开荒造田和发展现代化农业水利灌溉系统工程的需求，农民常有争水、抢水、偷水等违法乱纪的事件发生。县、乡、村三级的农田水利灌溉系统工程经费不足。有的根本无经费，基本上维持现状。主干渠、支、斗、龙、毛渠年久失修，已是百孔千疮，顺其自然，过一年算一年。想节省经费，又不想掏腰包，美其名曰：“谁兴修水利，谁受益。”到头来，谁也没有必修水利，谁也没有受益，还是一个乱摊子。

县、乡、村各自为政，农民随意挖沟引渠，乱挖水口子，放任自流，灌溉系统工程遭到严重破坏，无人过问，长此以往渠道坍塌，水土流失，人身财产安全受到严重的威胁，农业旱涝无收。

1.3 农田水利灌溉系统工程令人堪忧。农田水利灌溉系统有关部门领导很少下基层，即使为了“使命”来了，也是走马观花、蝽蜒点水、敷衍塞责、草草了事，对存在的问题睁一只眼、闭一只眼，对农民反映的灌溉问题只是解释经势不足呀、自行解决呀，美名引导说：“谁兴修水利，谁受益。”给农民吃了一颗定心丸，算是推卸了责任，作了交待，问题丝毫没有得到解决。

有关领导干部不进使命：参观——写心得体会：检查——指示发号施令；考察——报告文章漂亮；调研——论文呱呱叫，胡编乱凑了一通，交了答卷，什么事也没有发生。

有关部门领导开会时头头是道，表示关怀和重视，会后全忘到了后脑勺，究其原因：①上级划拨经费不足；②经费被挪用，没有专款专用；③经费被腐化掉了；④往下转嫁：谁兴修水利，谁受益；⑤严重的官僚主义作风，拖而不办，其结果，一事无成，年复一年。农田水利灌溉系统工程失修和老化，失去作用。办好农田水利灌溉系统工程势在必行。以“三农”为本，农业的根本出路是农田水利灌溉系统工程，没有良好的灌溉系统工程，遇到今年干早、明年涝灾、后年饥荒，农民怎么增产丰收增效益，人民吃饭和穿衣得不到保障，自然会影响社会稳定和发展生产。

2.1 依靠“三农”政策办实事。当今，农村的青壮年大部分外出打工，挣钱养家糊口。大多数老弱病残和妇女儿童留守在家里，种那几亩几分地，地少人多，粮食价廉，收入甚微。各自为政的小农经济，能指望农民搞什么“谁必修水利，谁受益”?现实么?只好抱着现有的农田水利灌溉系统工程年复一年凑合着过就行了。要兴办农田水利灌溉系统工程建设，关键在于有关部门的领导，简单地说：①重视；②力行；⑤办事；④落到实处，只有通过这“四道工序”，农田水利灌溉系统工程建设才有希望，才能得到发展。

这就要贯彻中央每年关于“三农”的一号文件精神，以科学发展观为指导思想，解放思想，破除禁锢的小农经济束缚，深化改革，创新机制，加强领导，精心组织，融于社会，顾全大局，统筹规划，措施得力，加大投入，明确权责，规范管理，依托优势，因地制宜，依法办事，增加收入，力行去做，落到实处，一定能够把农田水利灌溉系统工程建设搞好。

2.2 立即着手从头做起。我国是以农业为主的经济大国，耕地面积大，地形复杂，缺乏水资源，土质各异。水土流失严重，农业现代化滞后，生产价值低廉，农田水利灌溉系统工程战线长和网状密，耗资大，尽管改革开放加大了农田水利灌溉系统工程建设力度，仍然远远满足不了农业发展的需要，况且农田水利灌溉系统工程建设不是一朝一夕和一蹴而就就能办好的事情，是一个长期投入、年年兴建、不断完善的宏大的工程，需要从头抓起、立即规划、马上动手、常抓不懈，才能改变农田水利灌溉系统工程落后和瘫痪的状态。

2.3 兴办农田水利灌溉系统工程建设势在必行。当今，科技兴农，致富奔小康的新形势下，农田水利灌溉系统工程仍停留20世纪50年代至60年代中徘徊，极大地阻碍了农业经济和周民经济的健康发展。在无农不稳、无工不富的改革时期，这真是逼上梁山，兴办农田水利灌溉系统工程建设势在必行，到了必须加大力度非办不可的地步。这就需要有关部门领导高度重视。以农为本，拿出办法，加大力度，长远规划，科学设计，采取措施，精心施工，保质保量，重点放在防渗——采用砼板或石头或戈壁铺砌防渗渠；跌水——落差适当，加大流量：闸门——多设，放水自如。总之，力行又好又快把灌溉系统工程建设搞上去。依法管理农田水利灌溉系统工程。经过几十年兴修农田水利灌溉系统工程建设，尽管质量欠缺，但还是基本上满足了农业生产的需要。只可惜，只兴建，无管理，使本来百孔

千疮的渠道，因争、抢水、偷水和乱拔水口子，遭到人为的严重的破坏，所以要把强化管理和依法管理提到议事日程上，确保农田水利灌溉系统工程的运转。

3.1 有法可依，执法必严。贯彻《水法》、《水保法》、《防洪法》、《水利产业政策》等法律法规，做好学法用法、遵纪守法的教育，做到有章可循，依法办事，违法必究，达到既建设，又管理的良好氛围，使农田水利灌溉系统得到很好的保护和正常的运行。

3.2 改进粗放的灌溉模式。农民灌溉在操作上大多数是采取大水漫灌的形式，方法粗放，普遍对节水意识淡薄，极大地浪费了水资源，所以必须对粗放的管理模式和灌溉的方法进行改进。要推进农田水利灌溉系统工程现代化，促进传统农业向现代化农业转变，因此农田水利灌溉系统工程建设要向现代化迈进，真正做到管好水、用好水、节约用水。

3.3 从基层抓起。农田水利灌溉系统工程是为农业生产服务，是为农民的利益办实事，操作灌溉都在农民手中。因此从源头掀起，从基层的县、乡、村领导干部科学管理和农民爱护农田水利灌溉工程设施教育入手，一抓到底，依法办事，违法必究，营造文明和谐的良好氛围。

农业水利工程节能型灌溉系统建设 篇6

【关键词】农业水利工程；节能型；灌溉系统；建设

虽然我国很多的地方政府都已经意识到建设节能型的农业灌溉系统十分必要，但是由于经济、技术等原因，使得农业水利灌溉系统迟迟都没有进行节能型建设，因为就目前情况下，我国的农业水利工程节能型灌溉系统的建设水平比较低，这是需要当地政府以及国家部门引起重视的一个问题。

1.农业水利工程节能型灌溉系统建设的必要性

灌溉系统是从水源取水通过渠道、管道及附属建筑物输水、配水至农田进行灌溉的工程系统已经成为农业经济现代化发展不可缺少的一部分。农业作为我国的第一产业，对我国的经济发展有着不可替代的作用，为了能够使得农业获得更快的发展，而为了能够让农户获得更多的经济效益，我国很早就开始应用农业水利灌溉系统，该系统的应用的确为农业发展带来了机遇，但是目前我国的农业灌溉系统却存在着效率等问题，大量的水资源被浪费，这对建设节能型社会非常不利，而且因为水资源没有得到合理的应用，这在无形之中也增加了农业水利灌溉系统的成本，因此必须对农业水利灌溉系统进行节能型建设，否则将会阻碍我国农业的进一步发展。

2.农业水利工程节能性灌溉工程发展现状

农业灌溉系统的设计与建设有着突出的作用，尤其是地理环境相对比较差的地区，其农业发展对农业灌溉系统的依赖比较大。农业灌溉系统实质上，就是通过对水资源的合理利用，而使农业发展需求得到满足，从这个角度来说，只要做好了水资源的合理配置，即可最大程度的实现灌溉系统的作用，但是实际上，农业灌溉系统在应用期间，因为地理环境以及其他方面的问题并没有充分的发挥出其价值，并没有实现水资源的合理分配，这对农村资源的利用与整合，节能型社会的建设都有不良的影响。其存在的问题具体表现如下：

2.1效率方面

因为农村地区无论是交通，还是通信等建设都要落后与城市，而且有些农村地区的地理环境条件也十分恶劣，因此农村很多资源都无法得到充分的利用，比如水资源，无法合理的分配，这使得农田灌溉的用水难以满足需求，通过权威机构的调查显示，我国的农业的水资源的最高利用率也仅为80%，而最低利用率甚至还不到30%，水资源丰富的地区与水资源缺乏的地区无法达到调和，进而使得各个地区之间的水资源都没有达到最大程度的利用。如果根本灌区规模大小来分配水资源，一般情况下，都是灌区面积越大的种植区所需要的水资源也就越多，水资源运输的距离相对比较长，运输期间会有比较多的损耗，水资源的损耗率与利用率相比，前者明显高于后者，如果往往是面积比较大的灌区其水资源的利用效率越低，其也往往陷入了缺水的状态中。

2.2基础设施方面

因为农业水利工程节能型灌溉系统的建设需要有大量的资金做支持，但是农村地区的经济条件有限，当地政府的财政有限，无法给予灌溉系统建设以支持，因此灌溉系统往往缺少基础设施，甚至有些地区无法根據计划要求来建设灌溉系统。农村地区因为没有资金支持，通过不会建设输水渠道等基础设施，另外，目前使用的一些灌溉工程存在着比较严重的病害，但是农村地区却无力维修，因此大量的水资源流失。

3.农业水利工程节能型灌溉系统建设

基于农业经济在国民产业中的基础作用，搞好农业水利工程建设对经济发展具有推动作用。针对上述农田灌溉系统存在的种种问题，对农业灌溉系统实施节能改造万案是很关键的。笔者认为节能型灌溉系统建设需从渠道、管道等两方面进行，同时对地区水资源调配设计更加科学的方式，这样才能综合保障水资源的最高利用率。

3.1门渠道灌溉系统

3.1.1控制水量

严格控制灌区用水量，实施节能型水资源供输方案，这是提高灌溉系统作业效率的可行性方式。灌溉渠首工程有水库、提水泵站、有坝引水工程、无坝引水工程、水井等多种形式，用以适时、适量地引取灌溉水量，此外为了进一步提高节能效果。田间灌溉工程指农渠以下的临时性毛渠、输水垄沟和田间灌水沟、畦田以及临时分水、量水建筑物等，用以向农田灌水满足作物正常生长或改良土壤的需要。

3.1.2分级调配

输水、配水工程包括渠道和渠系建筑物，其任务是把渠首引入的水量安全地输送、合理地分配到灌区的各个部分，按其职能和规模，一般把固定渠道分为干、支、斗、农四级视灌区大小和地形情况，可适增减渠道的级数，采用分级调配方式，可提升水资源的利用率。为了维持分级调配操作流程的有序进行，节能灌溉需发挥各类水工建筑物的作用例如分水建筑物、节制建筑物等。

3.2管道灌溉系统

3.2.1优化管道类型

当前灌溉系统所用管道系统分为喷灌系统、滴灌系统和低压管道输水灌溉系统等。另外根据不同使用构造又可分为固定式、半固定式和移动式三种类型。科学选用管道类型能够保障供输水效率，农田用水的消耗量对于大面积农田种植区灌溉系统节能可选用新型管道材料，增强地下埋设时的抗腐蚀性能，这也是提升供输水效率的一种方法。

3.2.2优化输水形式

20世纪，中国在经济作物区和部分大田作物区，开始修建喷灌系统，70年代开始修建滴灌系统低压管道输水灌溉系统于20世纪60年代先后出现在上海市和江苏南部的一些提水灌区以及河南省温县的井灌区，以后逐渐得到推广。管道灌溉系统具有节省灌溉水量、减少渠道占地、提高灌溉效率和灌水质量等优点在提水灌区和井灌区已成为技术改造的方向。

4.结语

综上所述，可知现阶段我国的农业水利工程节能型建设水平并不高，但是因为很多人都已经意识到对其建设的重要性，因此正有计划、有针对性的进行建设，依据现阶段我国灌溉系统存在的问题，将建设重点放在控制水量、分级调配等方面以及有关管道等方面。本人是笔者多年研究节能型灌溉系统建设的经验的总结，仅供参考。 [科]

【参考文献】

[1]吴昌春.某灌区末级渠系存在问题与节水改造规划设计[J].安徽水利水电职业技术学院学报，2012（03）.

[2]陈立军.新疆少数民族区域新农村建设存在的问题及对策研究——以昌吉州阜康市三工河乡大泉村为例[J].科技致富向导，2010（30）.

农业节水自动灌溉系统的应用 篇7

随着科技的不断发展, 各种自动化不断进入人们的生活, 所以农业灌溉的自动化也越来越普遍。目前我国在农业的自动化灌溉方面存在的比较严重的问题便是水资源的利用率低。所以对于农业节水自动灌溉系统的应用研究便具有现实意义。

1 关于农业节水自动灌溉系统的的简介

1.1 关于农业节水自动灌溉系统的原理

自动灌溉系统由中央控制计算机、传感器、数据采集系统、电磁阀及软件系统组成, 自动灌溉系统的整体操作的过程为, 首先需要人工的制定一套最适合的灌溉的数据。例如植物需要的最佳的含水量, 需要的雨水量, 以及最适合植物生长的温度等。这些数据会作为一个标准值。然后通过传感器, 会感知在土地里的实际的各种数值。然后传感器将这些数据传给自动灌溉系统的中央处理系统。中央处理系统将实际测得的各种数据与本来设定的数据相比对, 然后就可以得出是否需要灌溉。当实际的数值低于标准的数值时, 便会灌溉。当时实际的数值高于标准的数值时, 相应的灌溉系统的开关变会关闭。这便是农业节水自动灌溉系统的原理。

1.2 关于农业节水自动灌溉系统的特点

农业节水自动化灌溉系统的应用范围主要是农业。他的使用者的知识水平可能并不是很高。所以这就要求农业节水自动化灌溉的整个系统组成不能过于复杂。一般而言, 农业工作者为了保持灌溉系统的清洁需要不断的清理, 但是清洗次数少反而是农业节水自动化灌溉系统的一个比较显著的优点, 并且在次数较少的清洗过程中便可以达到要求的洁净度。在灌溉的过程中, 灌溉水中可能掺上各样的化学药品, 对于农业节水自动灌溉系统造成各种侵蚀, 这也要求我们的农业节水自动灌溉系统具有高度的抗腐蚀能力。自动灌溉系统在进行灌溉时可以将水肥按照最佳的比例混合, 然后在灌溉的过程中, 施肥均匀, 并且可以根据植物不同生长时期对于肥的不同要求而进行调节。当然农业节水自动灌溉系统不仅仅可以完全自动化, 也可以将其调节成半自动化, 也可以完全手工。目前我国的水的利用率低下的主要原因是因为我们在灌溉的时候灌溉的精度无法控制, 农业节水自动灌溉系统便解决了这个问题, 他在灌溉的时候可以将灌溉的精度控制在一定的范围之内, 杜绝水资源的浪费。

2 目前国内外农业节水自动灌溉系统发展的现状

农业节水自动灌溉系统的初步发展是1929第一次世界大战期间。最先发明的国家是法国, 法国在二十世纪三十年代便研发出一套比较完善的农业节水自动灌溉系统, 并且在二十世纪五六十年代随着电子技术与科学技术不断的发展而发展, 农业节水自动灌溉系统不断的得到完善, 并且在美国日本等国家也得到了比较长足的发展。, 控制模式也由早期的当地控制发展到可以实现遥测、遥控的集中控制模式。目前, 国外的农业节水自动灌溉系统发展的时间快要接近一个世纪。经过长时间的发展国外的农业节水自动灌溉系统已经发展的十分完善并且控制的精度也十分的准确。我国的农业节水自动灌溉系统的发展时间比较短, 所以还存在比较多的问题, 目前我国的农业节水自动灌溉系统整体系统的配合性还比较差, 并且自动化的程度也不尽人意, 虽然农业节水自动灌溉系统是自动化的系统, 但是目前我国也没有完全的实现自动化, 大部分还停留在半自动化与人工的程度上。我国大部分的农业节水自动灌溉系统都处于研究使用阶段, 缺乏比较完善的我国自制的农业节水自动灌溉系统。总而言之, 目前我国的农业节水自动灌溉系统大部分是采用外国的先进措施。但是因为国外的这些农业节水自动灌溉系统是根据欧美国家的气候温度定制的。所以我国在应用的时候难免存在不合适的地方, 并且引进国外的农业节水自动灌溉系统需要花费大量的金钱, 这也就需要我们努力自主研发属于自己的农业节水自动灌溉系统。

3 对于我国的农业节水自动灌溉系统提出的改进方案

目前我国因为农业节水自动灌溉系统发展的时间不长, 所以存在比较多的问题, 需要进一步完善。以下针对于我国农业节水自动灌溉系统提出几点粗浅的看法。

3.1 对于农业节水自动灌溉系统设置硬件标准

要提高我国的农业节水自动灌溉系统便需要提高相应硬件设施的标准, 实现标准化与数字化。对于农业节水自动灌溉系统设置硬件标准化与数字化体现在以下几个方面:控制器的标准化、数字化。控制器是节水灌溉控制系统中的核心部件, 完成控制器的标准化、数字化, 才能信息实时采集、分时存储、准确地对环境因子参数进调控;传感器的标准化、数字化。传感器在整个农业节水自动灌溉系统中发挥的作用便是测量土地的相应的数据, 并且将其传输给中央处理系统。传感器的标准化, 数字化表现在使测量的数据精度控制在一定的范围之内。因此, 必须从精度、可靠性方面综合考虑, 制定统一的标准, 选择合理的数字化的智能传感器;执行机构的标准化、数字化。执行机构主要是农田或设施内温度、湿度及土壤水分等因子进行调控的控制电路和设备, 如电磁阀的开关等。以前我国应用的一般是开关, 开关的应用会降低灌溉用水的精度, 因此, 开发标准化、数字化的执行装置也是提高控制质量的重要因素;控制装置的网络化。对各个控制装置开发标准的网络通信接口及相应的节点, 实现各节点相互通信, 实现信息的共享对于农业节水自动灌溉系统的发展将起到很大的促进作用。并且实现各个控制装置的标准化也可以实现远距离控制。

3.2 进一步提高对于植物生长需要信息的提取能力

要想做到科学的节水, 便需要我们进一步的探测植物生长所需要的信息, 通过科学精确探测的植物生长所需要的信息, 可以制定更为精确的节水方案。如基于视觉技术探测生物信息, 用红外技术探测作物叶面温度满足植物生长的需求;将植物电信号作为生理反馈信息, 建立植物电位与环境因子的定量关系;利用多光谱反射原理探测植物生长状况, 如植物的水需求状况;植物的营养需求状况;植物的病虫害状况;植物的生长状况等。

4 结束语

在本研究中, 笔者研究的重点是农业节水自动灌溉系统的应用。首先介绍了农业节水自动灌溉系统的原理以及农业节水自动灌溉系统的特点。使得读者对于农业节水自动灌溉系统有一个大概的了解。然后介绍了国内外农业节水自动灌溉系统的现状, 目前国外的农业节水自动灌溉系统的发展已经比较完善, 而相对的, 我们国家因为发展的时间不长, 农业节水自动灌溉系统还存在比较多的不足, 这就导致我国的农业节水自动灌溉系统一般是采用国外的技术, 但是因为国外的各项指标与我国存在一定的差异, 需要我国自主研发属于自己的农业节水自动灌溉系统。最后提出了几点改进的措施, 面对我国这样的现状, 需要相关的工作人员继续努力, 努力完善我国的农业节水自动灌溉系统。

参考文献

[1]徐忠辉, 潘卫国, 石红梅.自动灌溉控制系统的应用[J].北京水务, 2010 (5) .

[2]樊宜, 孙灵志, 杨楠.江西省高效农业用水自控系统的设计[J].江西水利科技, 2008 (3) .

农林灌溉自动控制系统设计 篇8

1 系统主要功能及物理模型设计

1.1 系统主要功能设计

根据农作物的浇灌特点, 我们主要设计了以下功能:

(1) 定时浇水周期控制:根据不同的植物、不同的地区气温和温度, 可选择不同的浇水周期;

(2) 水量控制:根据不同的浇灌对象选择不同的水量;

(3) 对多个对象实现逐一浇水:浇灌系统对多个浇灌对象自动切换, 逐一浇水;

(4) 浇灌方式选择:可根据需要选择水管或喷洒的方式, 对植物的根部、叶部进行浇水;

(5) 土壤湿度控制:每次浇灌前自动进行土壤湿度检测, 当下雨使土壤达到农作物需要的湿度不需要进行浇灌时, 不启动浇灌程序, 而检测到土壤低于要求的湿度时启动浇灌程序;

(6) 作业语音提示:作业中语音提示, 可以告知人们浇灌机的作业情况, 使管理更为人性化;

(7) 有停电、来电语音提示, 以便管理人员采取应对管理员措施;

(8) 夜间彩灯指示:夜幕降临时, 该系统彩色指示灯会自动亮起, 以方便管理人员监测系统工作状态。

1.2 系统物理模型设计

系统主要由水泵、控制水箱、球阀、输水管、水位控制装置等组成, 先用水泵将水抽到控制水箱里, 通过程序控制打开相应的电磁阀向需要水的目标浇灌, 当浇灌的水量达到设定值时该电磁阀关闭, 同时, 程序控制打开另外的电磁阀进行下一路浇灌。当水位检测装置检测到水箱里水位不够时, 水泵工作, 向水箱里注水, 当水位达到设定的上限时, 水泵停止工作。

2 系统设计

2.1 控制方案选择

该控制系统可选择PLC控制技术, 也可采用以单片机为主控单元的控制系统。PLC进行控制的优点是抗干扰能力强, 可靠性好, 但成本高不利于大面积推广;采用单片机控制, 其优点是制作成本和维修成本都很低, 且使用灵活, 易于让消费者接受和大面积推广大面积推广。因此, 该设计方案采用以单片机AT89C52为主控单元的控制系统。

2.2 硬件控制电路设计

控制电路采用AT89C52为主控单元。

用SWR2型土壤水分传感器检测土壤湿度, 检测数据经A/D转换器芯片TLC549进行转换后送给单片机进行分析处理。SWR2型土壤水分传感器的特点是测量精度高, 响应速度快, 土质影响较小, 适用地区广泛, 密封性好, 可长期埋在土壤中使用, 不受腐蚀, 适合农田、水利等水份的埋测, 且价格低廉。

SWR2型土壤水分传感器的主要性能指标, 工作电压4.5~5.5VCD, 典型值5.5VCD, 工作电流50~70m A, 典型值60m A, 输出信号0~2, 5V, 电缆标准长度5m, 最长20m, 探针材料锈钢, 强度大, 不易折断, 密封材料采用ABS工程塑料, 外形尺寸Φ50×115mm, 工作温度-50~50℃。

2.3 系统程序设计

根据不同的农林作物对土壤湿度的要求, 设定相应的湿度值, 程序每次启动前, 要首先检测土壤湿度, 如达到设定值, 程序不启动, 如未达到设定值, 选择合适的周期和水量, 启动程序进行浇灌。

根据所管理的农林作物的地块和面积的多少, 设置多路浇灌, 对每路浇灌作物的不同, 选择不同的给水量, 用时间来设定, 程序检测浇灌的时间, 达到设定时间后, 完成该地块的浇灌, 关闭该路控制球阀, 打开下一路控制球阀, 进行下一路的浇灌, 如此循环, 完成需要浇灌的所有目标。

3 结论

该控制系统使用灵活、方便, 可通过多个球阀的并联, 实现几路到任意多路地块或作物的浇灌, 通过多个球阀的串联, 向远处延伸;通过程序设计, 实现多种流量的选择和不同周期的选择;可用水管进行根部浇灌, 也可通过在水管的端部安装喷头进行叶部的喷洒;且成本低, 结构简单, 安装方便, 不仅实现了对水资源的有效、合理、科学地利用, 又可以让人们从繁重的体力劳动中解放出来。该系统可广泛应用于农业、园林、花草等领域, 具有广泛的推广前景。

摘要：水资源短缺的现象日益严重, 科学有效地利用水资源是当务之急。农林灌溉自动控制系统, 利用单片机AT89C52和土壤湿度传感器等组成控制电路, 可以根据不同的农林作物的类型, 选择不同的浇灌周期、浇灌水量、浇灌方式等进行自动浇灌, 实现对水量的精确控制, 避免人为浇灌造成的水资源严重浪费的现象。

关键词：农林灌溉,AT89C52,土壤湿度,传感器

参考文献

[1]邓立新.单片机原理及应用[M].北京:教清华大学出版社, 2012.

[2]戴永贵.C语言程序教程[M].北京:机械工业出版社, 2010.

农业灌溉远程控制系统的设计 篇9

由于水稻的产量和商品价值高, 因此水稻是我国的主要粮食作物。在黑龙江垦区现有的213.3万hm2多耕地面积中, 水田面积就占了84.7万hm2, 且有逐年增加的趋势。农田灌溉是农业生产中很重要的一环, 而水稻作为灌水栽培的作物, 是否有充足的水分会直接影响水稻的生长及产量, 因此水稻的灌溉显得尤为重要。但研究表明, 对水稻来说, 并不是水量越多越好, 当水位高于水稻正常生长所需要的水位时, 水稻反而不能正常生长;当长期处于多水状态时, 作物有可能受浸或受涝而死。

在当今水资源日益贫乏的情况下, 大力提倡节水灌溉技术是必然趋势。传统的水田灌溉有两大弊端:一是粗放管理, 不宜精确控制田间水位, 易造成水电等资源的浪费;二是在灌溉过程中需要大量的人力监测稻田的水位, 造成人力资源的浪费。

因此, 在水稻灌溉水资源管理中, 必须改变过去粗放的管理方式, 需采用集成式的现代管理方式, 进行较精确的灌溉控制, 使传统灌溉管理模式向生态环境、自动化管理模式发展, 这种系统的建设将使垦区的水田灌溉发生重大变革。

黑龙江垦区水稻灌溉自动控制系统就是以黑龙江垦区大面积的水稻灌溉为研究对象, 开发基于嵌入式系统、远程无线传输技术及数据库技术的水稻灌溉远程控制管理系统。

1 系统总体设计

在系统设计中, 综合考虑了硬件和软件两方面的因素, 并对这两方面进行了合理的分工。在硬件方面, 在保证系统具有功耗小、抗干扰能力强和故障率低等特点的同时, 使其具有足够的硬件扩展能力, 从而可方便以后软件程序的升级和维护。在软件设计方面, 尽量做到使该系统程序通用能力强、操作界面友好, 并具有较强的移植能力。另外, 系统还具有远程通讯能力, 可完成数据交互和远程控制的任务。

该系统由中央控制器、水位检测及闸门控制模块、泵群控制模块、无线数据传输模块等部分组成。中央控制器是控制系统的服务器, 主要负责系统实时监控, 即时对所采集的信号进行分析、决策和发出控制命令, 并通过GSM短信息发出, 传送至下位机;泵群控制模块主要用来接收并执行中央控制器的控制指令, 进行水泵的启动和停机。水位检测及阐门控制模块又分为入水水位检测和排水水位检测两类, 其作用是采集水稻地块参数和灌溉信息并及时上报中央处理器, 根据采集到的水位数据决定开启或关闭地块的入水闸门或排水闸门, 以控制灌溉的进程。无线数据传输模块主要通过GSM网络在各模块间进行数据传输。

本系统的整体设计思路是利用短信模块实施远程服务器对水泵及闸门的有效控制, 可通过中央控制器的软件系统设置在水稻的每个生长期水位的上下限。当系统启动后, 各地块的水位监测装置便检测所在地块的水位是否缺水, 若缺水则通过该地块的闸门控制系统打开闸门, 同时发送短信通知服务器;服务器接收到信号后, 便启动为该地块供水的泵群为其供水。当水位监测装置检测到地块水量已到达预设的需水要求, 则通过该地块的闸门控制系统关闭闸门, 同时发送短信给服务器。在服务器端, 设置一线程, 实时检测同一泵群系统供水地块的闸门控制系统状态, 若均为关闭状态, 则发短信给该泵群, 停止供水。如遇降雨, 地块水位超过了预设的上限水位, 控制系统便会打开排水闸门进行排水, 当水位达到预设的下限水位时, 控制系统便会关闭排水闸门停止排水, 从而有效地实现远程控制功能, 完成了农田灌溉工作。

2 硬件系统设计

2.1 硬件系统结构

硬件系统的功能是通过水位传感器采集稻田中水位的信号, 通过GSM无线网络以短信的方式传送给主中央处理器, 根据预先设定的各生长期的上、下限水位值来判断是否需要进行灌溉或排水, 从而以短信形式通知泵控制系统或水位检测及闸门控制系统完成相应操作。根据所述功能, 设定系统的整体硬件结构如图1所示。

在本系统中, 泵群控制系统和水位检测及闸门控制系统可以根据实际情况任意添加。农田大面积进行网络布线不现实并且价格昂贵, 由于GSM网络覆盖率高, 短消息基本可以实现全国乃至全球通信, 且GSM通信控制器功耗小, 无需架设天线, 建设费用低;同时, 由于本系统所需传递数据量不大, 故本系统采用通过GSM网络以短信方式进行数据传输。

2.2 水位检测模块

对于水位采集一般采用水位传感器, 在设计过程中考虑到其价格昂贵, 故采用自行设计的水位检测模块, 安装在被测地块中, 其结构如图2所示。

系统采用机械检测方式, 检测机构的外部与待测水位相接触, 水位的高低影响到浮标的位置, 在机械力臂的作用下, 带动滑动变阻器的动触片移动, 实现水位的检测。本系统中电阻R选择1kΩ的滑动变阻器, 在外加+5V电压的基础上, 其阻值与电压UX之间的关系如图3所示。

由图3可见, 滑动变阻器的输出电压与电阻间呈线性关系。通过调节力臂与变阻器的位置关系, 得到水位与输出电压UX的关系, 如图4所示。

3 远程控制管理系统的设计实现

本系统主要的目的是通过远程服务器对泵组及闸门的开关进行远程控制, 从而达到节水、节电及节省人力的目的。该系统具有系统自动控制和人工控制两种功能。系统自动控制功能是系统处于无人值守状态, 可完全由系统根据地块的需求进行灌溉控制。人工控制是指人为地控制水泵及闸门的开关, 从而实施灌溉。

本系统前台采用C#语言作为程序设计开发语言, 后台采用SQL Server进行数据库管理。

经过分析, 本系统共分为基本信息管理、远程监控、各种报表及帮助等4大模块。

基本信息管理模块:主要对各类基础数据进行管理, 包括地块信息、泵群信息、闸门信息、水稻各生长期信息及服务器信息等, 进行相关数据的插入、删除、修改、查询等操作, 以对系统的基础数据进行维护。

远程监控模块:主要负责对远程的泵群和各地块的闸门进行监测并实施控制, 包括各种设备的开关情况及运行情况。控制可以通过系统进行自动控制, 也可以通过人工进行控制。所有的远程控制均通过短信的形式实现。系统的功能模块结构图如图5所示。

The system function madule

4 结束语

本文在充分借鉴国内外农业灌溉在远程控制方面的经验基础之上, 将黑龙江垦区的水稻远程灌溉控制系统按控制级别分为监控中心和各级智能控制单元, 全系统由监控中心统一管理。其余各个部分负责执行监控中心和用户的命令, 并且对本站设备进行控制和管理。该系统对黑龙江垦区未来实现水稻的精细灌溉有一定的积极作用。

参考文献

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[7]彭燕.基于Zigbee技术的果园生态环境监测系统[J].农机化研究, 2009, 31 (4) :164-167.

精确灌溉控制系统的应用研究 篇10

关键词：火龙果,精准灌溉,控制系统,设备选型,通讯方式,应用研究

0 引言

火龙果是精品特色水果和喀斯特石漠化山区治理的良好经济作物，产业化前景相当广阔，然而，火龙果适应性、生物学特性、物候期等方面迥异于常规果树[1]。目前在火龙果生产上存在着管理粗放对火龙果营养特性和需水规律针对性不强等问题，极大地影响了火龙果生产效益的充分发挥。为此运用计算机、网络通讯等技术，设计火龙果节能增效精细化管理技术方案，进行精确灌溉控制系统的应用研究，为提高火龙果产量和改善品质，充分挖掘火龙果生产的节能增效潜力提供一种新的途径[2]。

1 精确灌溉控制系统概述

1.1 试验选点

精确灌溉控制系统控制面积为1 hm2，由30个电磁阀（平均1个电磁阀控制0.03 hm2）、30个传感器、4 000个滴头、1个控制柜（含控制器）、1台PC（具备上网条件）、太阳能供电及滴灌管网等组成，达到火龙果节能增效精细化管理的目的。

目标田块分布示意图如图1所示，围绕主管对称分布于2侧，共30块处理区域，30个12 V电磁阀控制灌溉与否，30个土壤湿度传感器实时采集当前土壤湿度。系统的工作模式为手动和自动2种控制模式。在自动控制模式下，管理者设定好火龙果所需土壤含水量，当系统检测到当前土壤湿度低于火龙果正常生长所需时，系统自动打开电磁阀，实施灌溉；当系统检测到当前土壤湿度大于或等于火龙果正常生长所需时，系统自动关闭电磁阀，停止灌溉。系统自动进入下一次循环扫描阶段。在自动控制模式下，管理者可通过手动方式打开或关闭电磁阀，进行灌溉与否。

1.2 目标区域灌溉制度设计

火龙果的株行距定为1.5 m×2.0 m，田间取水采用与压力源水管直接相连接的方式，压力源压力应不低于0.1 MPa。压力源水管与滴管管网连接处应安装手动控制开关阀，工作状态时，应处于长期的开启状态；当目标区域长期无需灌溉，可关闭开关阀使压力管网不再承压。

1.2.1 设计灌水定额

火龙果设计灌水最大定额按《滴灌工程技术》中的公式计算：

式中：mmax为设计最大净灌水定额；γ为干容量，取1.51 g/cm3;z为计划湿润层深度，取45 cm;p为设计土壤湿润比，取18.5%；θmax为适宜土壤含水量质量百分比上限，取39%；θmin为适宜土壤含水量质量百分比下限，取28.6%。

式（1）中的基本资料数据为查GB/T 50363—2006《节水灌溉技术规范》所得，经过计算，灌水最大定额为16.1 mm/hm2。

1.2.2 设计最大灌水周期

最大灌水周期按下式计算：

式中：Tmax为设计灌水周期；Ea为设计耗水强度，取3 mm/d；η为灌溉水利用系数，取0.98。

经过计算，设计灌水周期为5.2 d，取5 d。

1.2.3 灌溉用水制度

结合项目区自然和水源条件、火龙果的生长特性和项目区实际管理经验，项目区火龙果的灌水时间主要依次分为发芽前后到开花期、新梢生长和幼果膨大期、果实迅速膨大期，第1时段灌水3次，第2时段灌水6次，第3时段灌水4次，年灌水次数13次。

1.3 滴灌管网部分

滴灌管网部分拟采用主管、支管、毛管3级结构，初步定为主管管径为Ф50 mm，支管管径为Ф30 mm，毛管管径为Ф10 mm。滴头采用压力补偿式滴头，滴头数量约为4 000个，滴头株行距与火龙果种植一致，亦为1.5 m×2.0 m。

2 精确灌溉控制系统设备参数与选型

火龙果生产精确灌溉控制系统的特点如下：1）以土壤墒情数据作为精确灌溉控制指标。实时采集土壤墒情数据与系统数据库预设的该类数据分析对比并控制灌水，实现根据作物不同生长阶段的需水量要求精准灌溉。2）自动灌溉，节能节水。能按预设需水量数据库要求定时、定量地进行灌溉。3）测流、测压及自动输配水。灌溉系统重要管网分水处安装远传水表、压力表和电磁阀，实时监测压力，分别控制灌溉区域优化配置水资源。4）便捷的控制和管理方式。控制地点可为现场地控、管理房中控、远程网络遥控等，还可采用手机进行控制。针对精确灌溉控制系统的特点，需要对主要设备进行选型。

2.1 控制器部分

2.1.1 控制器的设计与配置

按照精确灌溉控制系统的实际要求，控制器必须同时满足以下条件：1）采用超低功耗、高性能的嵌入式处理器；2）配备多种接口资源，包括模拟信号采集、开关量输入和输出、脉冲信号输入等；3）板载工业级GSM/GPRS/CDMA通信模块，方便用户选择不同的通信组网方式；4）提供用户设置软件，开放式接口，方便与组态软件及其他软件连接；5）支持至少1路RS-232/485方式的用户数据接口，可接入PLC等各种设备。根据控制系统要求，本研究选择性价比较高的XBS8051f310作为精确灌溉控制系统的控制终端。

2.1.2 控终终端的性能

XBS8051f310以C8051f310为核心控制器，集成了模拟、数字信号的采集，使继电器控制输出和无线数据通信于一体。可以直接接入标准变送器输出的模拟、各种电平、干触点、脉冲等信号。控制终端集成了先进的GPRS无线通信、嵌入式单片机和工程测量与控制等技术，稳定性强，可靠性高，实时性好，应用性广，功能强大。

2.2 土壤湿度传感器

2.2.1 土壤湿度传感器的选择

水分是决定土壤介电常数的主要因素，测量土壤的介电常数，能直接稳定地反映各种土壤的真实水分含量，与土壤本身的机理无关，是目前国际上最流行的土壤水分测量方法。PH-TS土壤湿度传感器精度和灵敏度均较高，信号输出形式种类多，可满足不同采集设备的要求，是目前较为通用的土壤水分传感器，故采用PH-TS传感器采集土壤湿度。

2.2.2 土壤湿度传感器的标定

利用现有的TDR（时域反射）进行标定。灌水，使待测容器中土壤达到饱和状态，用现有TDR设备，如MP-406土壤水分测试仪测量土壤体积含水量，并利用PH-TS进行电压测定，记录测值，以后每2～3 d，重复以上的步骤进行测定，直到土壤体积含水量达到10%左右。该方法快速、准确。

2.3 电磁阀

2.3.1 电磁阀的规格参数

电磁阀是系统的关键执行元件，其性能的优劣，直接影响到系统的稳定性，应根据实际使用要求、管网铺设线路的不同及成本等综合考虑。由于低压自保持式脉冲电磁阀功耗低，性能稳定，工作状态为正脉冲打开、负脉冲关闭，故本研究采用12 V低压自保持式电磁阀。

2.3.2 驱动芯片的选择

TC4426驱动芯片是1.5 A双高速功率MOSFET驱动器，输入电流峰值高，工作在4.5～18.0 V的宽电源，具有容性负载能力强的特点，被广泛应用在开关式电源、线路驱动器、脉冲变压器驱动等场合。在编制采集驱动程序时应按照TC4426的时序图进行。当在时间tD1，输入由0 V变为5 V，应延时tF，输出由高电平VDD变为低电平0 V；当在时间tD2，输入由5 V变为0 V，应延时tR，输出由低电平0 V变为高电平VDD。TC4426时序图如图2所示。

2.3.3 驱动电路的设计

电磁阀驱动电路以TC4426驱动芯片为核心进行设计，当P1.6为高电平，P1.7为低电平时，输出端7为低电平，5为高电平，输出端电压V31为12 V,V13为-12 V；反之，当P1.6为低电平，P1.7为高电平时，输出端7为高电平，5为低电平。输出端电压V31为-12 V,V13为12 V；若V31为12 V时，电磁阀打开，则V31为-12 V时，电磁阀关闭。通过输出正负脉冲信号，实现电磁阀工作状态的自由转换。图3为电磁阀驱动电路图。

2.4 太阳能电池板

2.4.1 典型功耗测量

精确灌溉控制系统的用电负载有ARM开发板、数据收发模块等，全部采用5 V供电。表2为下位机的功率消耗，以最大电流消耗值为标准，经过综合计算，1个下位机的能量消耗约为电流400 mA，功率消耗2 W。

实验中用电流表测得上位机输入端的电流总消耗为400 mA左右，400 mA×5 V=2 W，标准的太阳能蓄电池的电压为12或24 V，而控制器的工作电压为5 V，需加12 V转5 V变压器，满足控制器的工作电压要求。

2.4.2 供电系统各参数计算

2.4.2. 1 太阳能电池板的选择

1）太阳能日照时间的确定。根据本地气象条件，最长的阴雨天设定为7 d，核查光照条件，7个阴雨天后一般是3个晴天。太阳能年平均日照小时数，取4.5 h。

2）太阳能电池板功率Ps的确定。

式中：P为用电负载，取2 W;T为负载每天工作小时数，取8 h;T1为连续最长的阴雨天数，取7 d，即在没有光照的情况下，系统能持续工作7 d；ξ为安全系数，包括充放电效率、灰尘遮挡系数等的综合系数、电池组件组合损失修正系数，取0.9;T2为太阳能年平均日照小时数，取4.5 h。

3）太阳能电池板参数。太阳能电池板分为单晶和多晶2种。单晶硅电池板能量转换效率高，稳定性好，相对成本也较高。从材料成本来看，多晶硅太阳电池板低于单晶硅太阳电池；从制造方面来看，多晶硅组件封装成本较低，且易于制备成方型，目前在生产的晶体硅太阳能电池板中，多晶硅太阳能电池板的规模也在不断扩大。

在本设计中，考虑到贵州光照条件和时间都不是很充裕，选用能源效率较为高效的单晶硅，经计算选择30 W太阳能电池板，将太阳辐射能源直接转换成直流电能，经由控制器存贮于蓄电池内储能备用，供负载使用。

2.4.2. 2 蓄电池的选择

目前普遍采用计算太阳能蓄电池容量的公式，具体如下：

1）蓄电池容量Bc的计算。计算公式为

式中：A为安全系数，取1.1～1.5;Q为负载平均耗电量，以工作电流乘以日工作小时数计算，即Q=400 mA×8 h=3.2 A·h;D为修正系数，-10℃以下时取1.2,-10℃以上时取1.1，一般工作环境在0℃以上时取1.0;C为蓄电池放电深度，碱性镍镉蓄电池取0.85，全密闭免维护铅酸蓄电池取0.80。

经过计算，Bc约为33.6 A·h，考虑到系统长期使用，维护不便等特点，采用密闭免维护铅酸蓄电池，容量为35 A·h，电压为12 V。

2）实际电池耗电量Bs（连续7个阴雨天）的计算。具体为

3）太阳能控制器的参数。在使用太阳能板对蓄电池进行充放电管理过程中，需要使用太阳能控制器控制整个过程的工作状态。控制器应具备对蓄电池的过充和过放过程的保护，以及光控、时控、温度保护等功能。目前，常用的太阳能充电控制器主要由一些模拟电路构成，因此存在以下缺点：a.主要为一些简单逻辑控制，无法全方位保证整套系统安全；b.电路一旦设计完后，更改较难；c.电路实现闭环控制较难，因此对温度的补偿功能很难达到，使得整个电路不一定达到最佳状态；d.由于使用场合及条件限制，不适合进行批量生产。

目前的太阳能控制器中加入了微处理器以实现对充放电过程的智能化控制，通过微处理器强大的可编程功能，充分提高对太阳能充电控制的功能，具有以下优点：a.由于微处理器提供多种类型I/O接口，所以对系统的各种保护均比较完整；b.微处理器通常具备可编程功能，通过软件程序，可实现在不同的工作状态下对控制器参数的修改，大大简化了模拟电路，并能实现所需要的各个功能；c.目前，8或16位的单片机均能满足对充电过程的控制，且芯片价格便宜，功能齐全，对外围电路的要求也比较简单，整体性能均比模拟电路稳定很多。

目前太阳能控制器的原理图如图4所示，可以看出整套太阳能系统由微电脑控制器、温度传感器、电流传感器、PWM功率驱动、输出保护及功率驱动和一些场效应晶体管组成。

3 精确灌溉控制系统通讯部分设计

精确灌溉控制系统不仅要求较高的数据传输速率、较宽的信道带宽和较强的保密性，还要求数据的实时监测和精确控制。基于GPRS的无线通讯方式具有安装使用方便、性价比高、覆盖范围广和扩展性好等优点，在水利自动化方面得到广泛应用，故选用GPRS通讯方式进行系统组网[4]。

3.1 GPRS入网方案

中心服务器端利用ADSL等动态公网IP，再加上动态域名解析软件，客户端采用DNS方式解析中心服务器IP地址完成双向通讯，这种方式的优点是减少了公网固定IP的费用。DTU模块只能与公网IP的数据中心服务器相互通信，而用户所在的数据中心服务器，一般通过路由器与公网IP相连接，处于局域网内，是无法与处于公网的DTU模块直接通信的，须利用端口映射技术来实现。

本应用研究主要是通过路由器实现端口映射的。在路由器的转发规则下，使用虚拟服务器进行端口映射，当在路由器上做好端口映射后，也就定义了广域网服务器端口与局域网网络服务器之间的映射关系，所有对广域网服务端口的访问将会被重新定位给通过IP地址指定的局域网网络服务器。则GPRS网络所有发向10000端口的数据，都将转发到数据监控中心服务器上。同理，数据监控中心服务器也可以将数据发送到公网的计算机上。

3.2 ModBus协议

GPRS RTU通过GPRS无线网络将数据包发往远程电脑上配套的测控中心软件。测控中心软件将数据包整理成ModBus RTU协议的格式，通过电脑上的串口（或虚拟串口）发给组态软件（或其他应用软件）使用。

组态软件作为客户机（主站）发送读/写命令帧，测控中心软件作为服务器（从站）发送应答帧。测控中心与GPRS RTU终端是一对多的关系，GPRS RTU终端与外接设备也是一对多的关系。通过对地址码（1-247）分段确定操作的是GPRS RTU终端还是终端外接的设备，本协议将（1-200）的地址码作为终端的地址码，将（201-247）的地址码作为终端RS-485口外接设备的地址码。在对外接设备进行读写指令时，须先指定是要操作哪台GPRS RTU终端的外接设备，可以通过先发送GPRS RTU终端操作指令（地址码1-200）确定当前操作的是哪台终端，然后再发送外接设备的操作指令（地址码201-247）。

基本的通讯字节数据格式是：1个起始位，8位数据，低位在前，无奇偶校验位，1个停止位；默认串口设置为：波特率9 600 bit/s，无奇偶校验，8个数据位，1个停止位。

4 精确灌溉控制系统软件设计

组态软件是指在工业自动化领域中利用系统资源配置软件化的组态理念，提供快速构建工业自动控制系统监控功能、通用层次的应用。它通过计算机信号对农业生产现场自动化设备或过程进行监视、控制和管理，处于控制系统的监控层，可以对工业现场环境进行可视化动画模拟，对多源异构数据进行高效管理，开放的数据接口与I/O设备的广泛支持为通讯与联网提供了保证[5]。

将工业组态软件6.55应用于农业精确灌溉控制系统中，具有适应性强、开放型好、易于扩展、经济性好等优点，可以有效地提高农业示范田的自动化水平，组态软件功能模块如图5所示。

4.1 数据库设计

系统数据库采用SQL Server 2005，作物对象表为作物区域表的父表，作物名称、区域编号、浇灌时间分别为各表的主键，图6为数据库框架图，具体构成如下：

1）作物对象表。包括作物名称，最小、最大湿度，最低、最高温度。

2）作物区域表。包括作物区域编号、大小，以及作物对象、灌溉方式。

3）作物灌溉计划表。包括灌溉区域编号、时间，灌溉量，是否已经灌溉。

4）作物状态表。包括灌溉区域编号，设备通信状态，土壤、空气温湿度传感器状态，雨量温度计状态，风速、流量传感器状态，土壤、空气温湿度值，雨量值，风速值，流量值。

5）作物历史表。包括作物区域编号、灌溉时间、灌溉量，灌溉前、后湿度，以及土壤、空气温湿度值，雨量值，风速值，流量值。

4.2 程序设计

接通电源启动系统后，进入初始化状态。当系统数据接收正常后，系统可以同时完成以下任务：获取土壤湿度，设定温湿度限值和灌溉计划时间，自动控制灌溉，手动控制灌溉。

当管理者设定控制模式为自动控制时，系统具有定时、自适应灌溉等功能，当选择定时灌溉时，若当前时间与计划灌溉时间相等，实行灌溉，否则停止灌溉；当选择自适应灌溉时，若当前环境土壤湿度小于设定作物所需土壤湿度时，实行灌溉，否则停止灌溉。程序设计流程图如图7所示[6]。

4.3 系统运行效果

精确灌溉控制系统于2014年3月在罗甸县火龙果示范基地运行，一段时间的运行结果表明：系统通信稳定，温、湿度数据准确，处理方便快捷，并能准确控制执行元件；自动和手动2种控制方式均有较高的灵敏度；管理者可通过登录口令，修改相关参数的限值，趋势图等图形显示效果好，运行界面美观；能满足生产实际的要求。系统运行界面如图8所示。

5 结语

研究的精确灌溉控制技术以火龙果灌溉制度为例开展应用，完成了系统的设备（包括太阳能供电部分）选型和配置、GPRS无线通讯部分、SQL Server 2005灌溉系统数据库、系统控制软件的设计和开发，并于2014年3月在罗甸县火龙果示范基地运行，还方便用于烤烟、玉米和葡萄等作物的精确灌溉控制。精确灌溉控制系统优势明显，能够节约水资源，满足作物不同生育期的适宜需水量要求，提高作物品质；无需通电布线，节约劳动力，节能增效，具有很好的应用和推广价值。

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