[發明專利]基于干深-時域控制的智能節水灌溉系統及其方法

有效

• 申請號: 201710241525.8
• 申請日: 2017-04-13
• 公開（公告）號: CN106879434B
• 公開（公告）日: 2019-09-17
• 發明（設計）人: 劉曉初
• 申請（專利權）人: 廣州大學
• 主分類號: A01G25/00
• 分類號: A01G25/00;A01G25/16;G05D22/02
• 代理公司: 北京市盈科律師事務所 11344
• 代理人: 張瑞杰

本發明涉及一種農業灌溉系統，尤其涉及一種基于干深?時域控制的智能節水灌溉系統及其方法，通過干深度控制、時域控制的結合，形成了干深?時域控制的灌溉新方法，易于控制土壤的干濕狀態，且使用方便、成本低；能夠合理控制灌溉時間及灌溉水量，可有效防止植物、作物及果樹的爛根和病蟲害；無需布置系統間的信號線，通過針對各個子系統設定不同的閾值，即可方便實現若干個灌溉系統的輪灌；能夠結合人的經驗和專家的灌溉知識進行調虧灌溉，能夠智能化、精準化，更加節水，使灌溉更加科學化，從而實現作物、果樹等的優質增產。

技術領域

本發明涉及一種農業灌溉系統，尤其涉及一種基于干深-時域控制的智能節水灌溉系統及其方法。

背景技術

我國是世界上13個最缺水的國家之一，水資源總量約為28100億立方米，僅占世界總量的6％，人均水資源量約2200立方米，僅為世界平均值的1/4，而且水資源的時空分布極為不勻。作為用水大戶的農業，其用水量占到總水量的62％，但用水效率極低，僅為0.48，與發達國家0.7-0.8的用水效率有著較大的差距。

現有植物灌溉方法，從用管送水灌溉角度上講，通常采用兩種方法灌溉：一種是人工拿著水管接通水源對植物實施灌溉；另一種是用水管接上水源通過灌溉噴頭、滴頭等對植物進行節水灌溉。前一種灌溉方法非常麻煩是明顯的，而后一種灌溉又分為工人控制灌溉和自動控制灌溉。目前工人控制灌溉用的比較多，需要人打理，且由于人為因素往往影響節水灌溉效果，因而自動化、智能化灌溉是現代農業、園林節水灌溉主要的發展方向。

早在2001年，申請人針對植物灌溉，提出了利用太陽能為動力，對植物澆水進行自動灌溉，發明了植物澆水太陽能自動控制器(ZL01266948.2)和植物澆水用全自動控制器(ZL01266763.3)，利用太陽能為動力，借助小功率的太陽能面板，解決了自動控制的灌溉需外加市電的問題，隨后，不少學者和研究者也相繼進行了相關的研究。

然而，現有自動控制灌溉技術，包括申請者過去的專利技術，長期以來存在難以解決的問題：

(1)采用濕度傳感器進行以濕度控制為主的灌溉難以全面地反映土壤的濕度狀況并且科學合理性和經濟性差。①由于土壤濕度的分布的不均勻性，這種濕度的不均勻性不僅表現為二維平面的不均勻性，而且表現在三維土壤深度的不均勻性，因而對濕度的采集往往很難有代表性，如果在大面積土壤范圍內和不同深度范圍內，大量采用多點濕度檢測，將大大增加灌溉成本，也不利于灌溉植物的松土、栽培等打理，這無疑不現實；②不同的植物在不同的生長期對土壤濕度要求也是不一樣的，而且恒定的土壤濕度也未必對植物有利；③由于野外土壤環境對濕度傳感器性能要求較高，因而目前普遍使用的傳感器價格也很昂貴，也使灌溉成本大大增加。這樣，單純用濕度控制灌溉既不科學合理也不經濟。

(2)濕度傳感器進行以濕度控制為主的灌溉往往不一定節水。這是因為：一方面，為了防止植物、作物的旱死，通常將濕度傳感器淺埋，而淺埋的往往會導致頻繁的灌溉，這是因為土壤沒有灌溉透，灌溉的水大部分保持在土壤的表層，因而土壤表層容易干而啟動灌溉，同時一旦灌溉后土壤表面干燥層淺又很容易濕，則灌溉又會很快停止，造成土壤表層含水量較少易于干燥，尤其是在日光強度大、氣溫高、地勢較高或者風力大、氣候干燥的情況下，由于土壤的保水性差，水分是容易揮發喪失的，例如，在炎熱的夏季土壤施以噴灌，實驗表明，如果土壤表面僅噴灑少量的水，由于高溫效應，水分很快就被蒸發而導致土壤很快干燥，然后反復噴灑，水分反復蒸發喪失，表面上看每一次灌溉的用水量少了，似乎節了水，但是由于灌溉的頻繁進行，又會導致水的浪費，則達不到節水效果；另一方面，為了防止頻繁的灌溉，則需要把濕度傳感器深埋，而深埋又可能導致土壤久旱才灌溉，一旦深埋深度掌握不好，還可能導致植物、作物旱死，同時由于土壤和植物及作物的多樣性、復雜性，土壤表面的水滲透到深埋的傳感器往往需要較長的時間，其結果導致土壤層上面的水多、下面的水少，雖然土壤深層的含水率合理，可是土壤表層的含水率過多而又浪費水。