农业节水灌溉自动化技术的研究与应用_张德儒.pdf
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1、2023 年 5 月下193Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究农业节水灌溉自动化技术的研究与应用*张德儒(甘肃省景泰川电力提灌水资源利用中心,甘肃 白银 730400)摘要:【目的】农业生产需要使用大量水资源,传统灌溉方式会加剧水资源浪费问题,增加农业生产成本,因此研究农业节水灌溉自动化技术及应用具有重要意义。【方法】笔者利用调查法、文献资料法等方法对农业节水灌溉自动化技术及其应用进行了分析,总结农业节水灌溉自动化技术的优势与实际应用场景。【结果】相比于传统的农业灌溉技术,节水灌溉自动化技术具有操作难度低、可自动调节与自我纠错、抗
2、腐蚀性强、节水能力强、灌溉效率高等优势,不仅可以满足农作物的生长需求,而且可以减少水资源的浪费。【结论】应用节水灌溉自动化技术可以弥补传统灌溉方式的不足,解决农业生产中的问题,应扩大节水灌溉自动化技术的应用范围,进一步提升农业灌溉的自动化水平与节水能力。关键词:农业;节水灌溉;自动化技术中图分类号:S274 文献标志码:A DOI:10.3969/j.issn.1672-3872.2023.10.0581 节水灌溉自动化技术节水灌溉指利用最低限度的水资源获取最大的产量或收益,可以降低农业生产成本、减少水资源消耗1。自动化技术是综合性技术,指通过计算机技术、系统工程等手段进行自动控制的技术。灵活
3、应用自动化技术可以提升农业生产的自动化水平,使农业生产向现代化方向发展。农业节水灌溉自动化技术就是利用自动化技术控制灌溉系统,从而实现自动化灌溉。在应用过程中节水灌溉自动化技术可以通过信息采集设备获取数据信息,根据数据信息判断是否需要进行灌溉并自动调节灌溉水量、灌溉速度2。2 农业节水灌溉自动化技术的优势农业节水灌溉自动化技术主要面向农田、园林、设施农业等领域的日常灌溉控制和管理,通过现代化的科学技术手段,达到降低人力成本、提高自动化生产效率、节约水资源的目的。具有较强的自动调节性、自我纠错性、抗腐蚀性。例如,系统可以自动采集土壤信息以及农作物信息并根据数据信息自动调节灌溉水量、灌溉时间,有利
4、于增强节水灌溉的精准性3,同时,若灌溉过程中出现问题,系统就会自动停止工作并进行纠错,有利于保障农作物的安全生长;在进行农业灌溉时可能会涉及农药以及化肥,这些物质有一定的腐蚀性,会对管道造成一定的腐蚀,而应用自动化技术可以实时监测管道的腐蚀情况并发出相应的预警,使灌溉人员通过有效手段进行预防,可以避免管道出现腐蚀问题4。3 农业节水灌溉自动化技术的应用3.1 自动化滴灌技术的应用应用自动化滴灌技术可以对滴灌系统进行自动化控制,继而降低灌溉难度。在应用该技术手段时需要先在农田中布置滴灌系统,之后完善自动化控制设备。首先,需要根据要求布设地面管与地埋管。常用的地面管布设模式有“支管+辅管+毛管”模
5、式、“长短支管+毛管”模式、“支管+毛管”模式,不同模式的优缺点不同,如表1所示,需要根据农田实际情况选择合适的布设模式,之后需要做好地埋管的布设工作,确保滴灌管道符合要求。其次,需要完善自动化控制设备。在这一过程中应设置一台服务器、两台操作站、一台打印机、一套无线收发设备、一套宽带接入设备、一套显示设备,通过这些设备进行数据信息的采集、统计与查询5。3.2 自动化喷灌技术的应用喷灌主要是利用水泵和管道系统将具有一定压力的水喷到空中,使小水滴降落在农作物和地面上。相比于其他节水灌溉技术,喷灌技术可减少对土壤结构的破坏,且可以调节地温。传统的喷灌技术需要灌溉人员进行大量的操作,自动化喷灌技术提高
6、了喷灌的自动化水平。在应用自动化喷灌技术时需要科学选择水源、动力、水泵、输水管网、喷头、喷灌系统。此外,需要利用传感器、计算机、电磁阀等设备构建基金项目:甘肃省水利技术推广项目“景电灌区主要农作物适宜灌溉制度及水分利用效率和光能利用效率研究”(22GSLK024);甘肃省水利技术推广项目“景电灌区典型农作物节水控盐施肥灌溉制度研究”(22GSLK023)作者简介:张德儒(1970),男,甘肃景泰人,本科,工程师,研究方向为农业水利管理和高效节水灌溉技术。1942023 年 5 月下Agricultural Mechanization Synthetic Study农机化综合研究自动化控制系统,
7、对喷灌时间、喷灌水量等各个方面进行自动化控制。3.3 有线拨号节水灌溉自动化技术的应用IMMS 中央灌溉控制系统是常用的有线拨号节水灌溉自动化系统,可以通过有线电话网络进行数据传输,使中央控制中心根据数据信息调度和分配灌溉水资源。相比于其他自动化技术,该技术具有多重功能,如图形化功能、自动制定灌溉计划功能、自动报警功能等,在应用该系统时需要充分发挥这些功能的作用。第一,灵活应用图形化功能。在灌溉时可以利用系统功能构建图形化视图,明确所有的灌溉位置并对其进行控制,降低灌溉管理的难度。第二,灵活应用自动制定灌溉计划功能。不同农作物的需水量不同,生长情况也不同,所以在灌溉时可以利用系统采集土壤信息、
8、农作物信息并自动生成节水灌溉计划,在满足作物需求的同时降低灌溉用水量。第三,灵活应用自动报警功能。系统会对灌溉时间、灌溉流量等各个方面进行实时监测,若发现灌溉时间不符合要求、灌溉流量过大等问题就会自动报警并处理异常情况6。如该系统可以通过流量表以及控制主阀监测流量,在发现流量异常问题时会自动报警并迅速关闭常规管道阀门,有效避免资源浪费。3.4 基于无线传感器的节水灌溉自动化技术的应用无线传感器以电子技术、无线通信技术为基础,可以有效采集数据信息。基于无线传感器的节水灌溉自动化系统主要是由无线采集单元、网关节点、控制单元、灌溉单元等部分共同构成的,其中无线采集单元可以通过无线传感器采集土壤环境信
9、息、农作物生长信息,如土壤湿度、土壤pH值等;网关节点可以通过ZigBee无线网络汇聚数据信息;控制单元可获取网关节点的数据,并根据实际情况发出灌溉指令;灌溉单元可以根据指令完成灌溉任务。利用这种灌溉自动化技术可以增强灌溉自动化控制的准确性,满足农作物的生长需求7。在应用该技术时需要先在农田中设置符合要求的温度传感器、湿度传感器等设备,之后再创设良好的网络环境,使系统能够正常运行。3.5 基于5G的节水灌溉自动化技术的应用5G技术的出现与发展加快了信息传输速率、减少了信息传输中的问题,为节水灌溉自动化技术提供了支持。相比于其他节水灌溉自动化技术,基于5G的节水灌溉自动化技术具有多重优势,可以通
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