摘要：稻田自动化智能灌溉系统：包括提水泵站、农渠、农田灌溉自动控制装置和稻田土壤水分监控装置；稻田土壤水分控制器可根据液位计的输出信号控制提水泵启闭控制器动作，由提水泵给农渠供水，农田灌溉自动控制装置根据农田水位将农渠内灌溉水自动灌入农田或切断灌水。优点：结构简单、维护方便。解决了水稻浅湿灌溉种植新技术难以推广的问题，对我国现阶段农田水利精确灌溉、节水增效有着重大的现实意义。
关键词：稻田自动化智能灌溉系统；灌溉方法
一、背景技术
水稻是我国主要的粮食作物,传统的淹水栽培种植模式不仅耗水量大,水资源浪费严重,水分利用率低,而且容易引起环境面源污染。随着我国人口增长和经济快速发展,缺水已成为我国面临的最严重的战略问题之一,严重制约了农业的可持续发展。国内外研究结果表明,水稻具有一定的水旱两栖性,有很大的节水潜力。
目前在实现大面积稻田自动化智能灌溉时，虽然可借鉴一些集监视测量、控制、保护、管理于一体的计算机综合自动化系统，但主要存在以下两个方面的难点：
第一、推广水稻节水灌溉技术时,其灌水下限是以根层土壤水分为控制灌溉指标的,因而,及时、准确地获取稻田土壤水分,就成为提高推广水稻节水灌溉技术水平的关键。目前常用的取土烘干称重法虽测得数据准确,但工作量大,也不能及时提供数据；中子土壤水分仪投资大,且测定表层土壤水分不尽准确;运用电阻和电容原理制作的各式水分仪(如土壤湿度计、查墒仪等),对接近田间持水量(高水分段)的土壤水分测定误差较大;水银负压计可测得较准确的土壤水吸力,但大面积推广应用在操作管理上存在一定难度。
第二、水稻在灌溉时，引农渠的灌溉用水一般直接流入农田，或者通过水泵泵入，造成水资源的巨大浪费，不符合节水灌溉技术的要求。
二、技术方案
稻田自动化智能灌溉系统，创新点包括提水泵站、农渠、农田灌溉自动控制装置和稻田土壤水分监控装置；一提水泵站，该提水泵站设置在水源侧，包括一个与水源连通的进水池，一个与农渠连通的出水池，一组配备变频电机的提水泵，以及一控制提水泵变频电机启闭的提水泵启闭控制器；提水泵的进水口A、出水口A分别对应进水池和出水池，并在进水池、出水池内分别设置有液位传感器A和液位传感器B，所述液位传感器A和液位传感器B接入提水泵启闭控制器；若干农渠，由干渠以及连通干渠的支渠组成，干渠与出水池直接连通；至少一设置在农田内的稻田土壤水分监控装置，包括一个地下水位观测井，一个设置在地下水位观测井内的液位计，以及一个稻田土壤水分控制器，该稻田土壤水分控制器可根据液位计的输出信号控制提水泵启闭控制器动作；若干农田灌溉自动控制装置，设置在农田与农渠之间，用于根据农田水位将支渠内灌溉水自动灌入农田或切断灌水。具体方案：
1、稻田自动化智能灌溉系统还包括一水质自动检测装置，该水质自动检测装置具有一个PH值检测仪，一个溶解氧检测仪，以及一个水质自动报警控制器，所述PH值检测仪以及一个溶解氧检测仪的输出信号接入水质自动报警控制器；水质自动报警控制器还具有一个与提水泵启闭控制器通讯的输出端口。
2、农田灌溉自动控制装置包括储水箱、增压机构、阀瓣和浮球引导机构；储水箱具有一个位于底部的出水口B，出水口B设置有阀座，还具有一个位于底部或侧壁的进水口B，该进水口B通过管道与支渠连通；增压机构为一内置于储水箱底部的导流增压罩，该导流增压罩罩在储水箱的出水口B上；导流增压罩的顶部具有一个位于出水口B正上方的导流增压口；所述导流增压罩内的空间中由导流增压口至出水口之间形成的区域为导流增压区，其余区域为缓冲区；阀瓣内置于导流增压罩内，并可与出水口B阀座配合实现出水口B的完全密封；浮球引导机构用于根据农田水层深度控制阀瓣动作的，包括一用于引导阀瓣动作的浮球，以及连接浮球与阀瓣的杠杆组件；该浮球设置在储水箱外，所述浮球位于下限位状态，浮球通过杠杆组件驱动阀瓣移动至导流增压口一侧；浮球位于上限位状态，浮球通过杠杆组件驱动阀瓣与出水口阀座配合封闭出水口B。
3、稻田土壤水分控制器通过无线通讯模块实现与提水泵启闭控制器的通讯。
4、稻田土壤水分控制器配备有水稻生育期各时段所需灌水量上、下限的波段开关。
5、稻田土壤水分控制器配备有水稻生育期各时段所需灌水量上、下限的可编程数据库，以及石英钟模块。
三、附图说明
图1 稻田自动化智能灌溉系统结构组成图
图2 提水泵站结构示意图
四、灌溉方法
稻田自动化智能灌溉系统进行稻田灌溉的方法，：步骤S1：首先，由稻田土壤水分监控装置检测稻田地下水埋深；并根据稻田土壤的土质、土层深度选择相应的稻田地下水埋深与土壤含水率关系曲线，进而计算出该片稻田的即时土壤含水率，记做Wa；步骤S2：将即时土壤含水率Wa与稻田的生育期对应，选择出稻田在该生育期内需要良好生长所需的土壤含水率下限W下；当即时土壤含水率低于稻田在该生育期内土壤含水率下限时，即Wa＜W下；提水泵启闭控制器根据稻田土壤水分检测装置的输出信号控制提水泵的开启，给农渠进行供水；当即时土壤含水率高于稻田在该生育期内土壤含水率上限时，即Wa＞W上；提水泵启闭控制器根据稻田土壤水分检测装置的输出信号控制提水泵的关闭，停止给农渠供水；步骤S3：农田灌溉自动控制装置根据稻田的即时水位间歇性的将支渠内灌溉水自动灌入稻田，当稻田内水位切断灌水。
优选的，稻田地下水埋深与土壤含水率关系曲线中，当土质为轻壤土时，水稻根系密集层的土壤深度在0~20cm时，Wa=26.5H-0.155；水稻根系密集层的土壤深度为0~30cm时，Wa=26.5H-0.146；当土质为砂壤土时，水稻根系密集层的土壤深度在0~20cm时，Wa=29.7H-0.067；水稻根系密集层的土壤深度为0~30cm时，Wa=27.3H-0.062；当土质为重壤土时，水稻根系密集层的土壤深度在0~20cm时，Wa=31.1H-0.067；水稻根系密集层的土壤
深度为0~30cm时，Wa=29.7H-0.063；其中，H为浅层地下水埋深，其单位为m。
五、有益效果
1、自动化智能灌溉系统运行时，首先是根据水稻控制灌溉的高产节水模式和水稻各生育期土壤水分控制指标输入至稻田土壤水分监控装置。稻田土壤水分监控装置检测的土壤含水率达到灌水下限指标时，向提水泵站发送控制信号，自动启动提水泵抽水进入水渠（干渠），为农田提供灌溉用水，灌溉水经干渠流入支渠再流入农渠由农田灌溉自动控制装置自动注入农田；农田灌溉自动控制装置则根据农田内水位间歇性启闭供水。当稻田土壤水分监控装置检测农田达到相应生育期灌水上限指标时，提水泵自动关闭，停止向水渠供水，完成一次自动化智能灌溉过程，周而复始，自动检测至下一个灌溉周期的到来。
2、智能灌溉系统能通过稻田土壤水分监控装置对稻田土壤水分的实时检测，并控制提水泵站的启闭；在一段时间内，为整个稻田区补充所有灌溉所需用水，进行供水总量的管理控制，避免不必要的水资源浪费。在对稻田土壤水分进行实时检测时，利用稻田地下水埋深与土壤含水率关系曲线，由稻田地下水埋深间接计算出该片稻田的即时土壤含水率，使得实时监测得以顺利实现。
3、农田灌溉自动控制装置设置在支渠与农田之间，用于根据农田水位将支渠内灌溉水自动灌入农田或切断灌水，进而进行局部区域稻田的间歇性灌水，实现用水终端的管理控制，既能够补充稻田生长所需水分，又避免秧苗长时间被水覆盖影响生长。灌溉时，无需人工值守进行控制，且不利用电气等监测手段进行，结构简单、维护方便。解决了水稻控制灌溉种植新技术难以推广的问题，对我国现阶段农田水利精确灌溉、节水增效有着重大的现实意义。
六、应用推广
2016年，本技术方案在常州市武进、溧阳进行试点，取得了可喜的经济效益和社会效益。得到水利及农业专家以及百姓的一致好评。
论文作者:孙雪华
论文发表刊物:《基层建设》2019年第1期
论文发表时间:2019/4/2
标签：稻田论文; 土壤论文; 水分论文; 水稻论文; 提水论文; 装置论文; 农田论文; 《基层建设》2019年第1期论文;