[發明專利]一種基于需水預測的田間一體化閘門自動灌排管理方法

有效

• 申請號: 202210801339.6
• 申請日: 2022-07-08
• 公開（公告）號: CN115125903B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發明（設計）人: 常仁凱;汪永娟;尹小文;呂海樂;陳臘武;徐于武
• 申請（專利權）人: 中水三立數據技術股份有限公司
• 主分類號: E02B1/00
• 分類號: E02B1/00;E02B13/00;G06Q10/02;G16Y10/35;G06Q10/0631
• 代理公司: 合肥天明專利事務所(普通合伙) 34115
• 代理人: 婁岳

1.一種基于需水預測的田間一體化閘門自動灌排管理方法，其特征在于，具體步驟包括：

基于水雨情、墑情、氣象監測站，以及一體化閘門的灌區范圍，構建灌溉渠道的空間拓撲關系圖，并進行灌溉渠道管網化劃分管理，基于GIS地圖進行展示；

獲取灌區范圍的灌溉面積、種植結構、采集水雨情、土壤墑情，以及氣象監測及預報的參數，輸入構建的作物需水預測模型，得到灌溉范圍內的作物需水量；

所述構建作物需水預測模型的具體步驟包括：

采用基于貝葉斯概率理論的作物需水預測方法及大數據算法，構建作物需水預測模型；

獲得參考作物蒸發蒸騰量，按照灌區氣象變化特征以及作物生長試驗數據，修正作物系數數值，計算作物需水量，計算公式為：

；

式中，ET₀為參考作物需水量，mm/d；K為轉換系數；T_max、T_min為最高和最低氣溫，℃；n為指數系數；T_mean為平均氣溫，℃；T_off為溫度偏移量；R_a為大氣頂層輻射，MJ/（m².d）；

基于水利物聯網平臺，聯動灌溉渠道的一體化閘門，得到灌溉渠道的水位流量曲線；

結合得到的作物需水量、田間水深閾值，以及灌溉渠道的水位流量曲線，分別自動生成田間灌溉方案和田間排水方案，并根據田間灌溉方案和田間排水方案進行自動執行；

所述自動生成田間灌溉方案的具體步驟包括：

基于計算得出的參考作物需水量ET₀，通過關聯渠道，計算具體渠道灌溉范圍內作物需水量得出該渠道所需灌溉水量W_n：

；

式中，分別為每個渠道灌溉范圍內作物需水量，為渠道灌溉范圍的耕地面積；

基于計算得出的渠道灌溉水量W_n，通過設定的灌溉開閘時長t計算一體化閘門流量Q，計算公式為:

；

式中，Q為一體化閘門流量，m3/s?；為流量系數，；b為閘門寬度，m；e為閘門開度，m；g為重力加速度，常數9.8m/s²；h為閘前水深，m；

由一體化閘門流量的計算公式，推導出閘門開度e，計算公式為:

；

根據閘門開度的計算公式輸入灌溉開閘時長，得到閘門開度，即得田間灌溉方案，并自動執行該灌溉方案。

2.根據權利要求1所述一種基于需水預測的田間一體化閘門自動灌排管理方法，其特征在于，所述基于水雨情、墑情、氣象監測站，以及一體化閘門的灌區范圍，構建灌溉渠道的空間拓撲關系圖，并進行灌溉渠道管網化劃分管理，基于GIS地圖進行展示的具體步驟包括：

基于GIS地圖，結合灌區范圍內灌溉渠道的設計圖，得到信息一致的實際灌溉渠道；

同時，通過水雨情、墑情、氣象監測站及一體化閘門的經緯度，建立灌區范圍內干渠、支渠、斗渠、農渠、毛渠，以及站點的空間拓撲關系圖；以及

對灌區范圍內灌溉渠道，根據水雨情、墑情、氣象監測站及一體化閘門的所屬渠道進行管網化劃分精準管理。

3.根據權利要求1所述一種基于需水預測的田間一體化閘門自動灌排管理方法，其特征在于，所述基于水利物聯網平臺，聯動灌溉渠道的一體化閘門的具體方法為：將一體化閘門運用水利物聯網平臺接入灌區應用系統，通過MQTT協議進行數據傳輸，達到一體化閘門聯動。

4.根據權利要求1所述一種基于需水預測的田間一體化閘門自動灌排管理方法，其特征在于，所述自動生成田間排水方案的具體步驟包括：

獲取田間水深閾值H₀、當前水深H，以及耕地面積S,計算出排水量W，計算公式為:

；

基于計算得出的排水量W，通過設定的排水開閘時長t計算一體化閘門流量Q，計算公式為:

；

式中，Q為一體化閘門流量，m3/s?；為流量系數，?；b為閘門寬度，m；e為閘門開度，m；g為重力加速度，常數9.8m/s²；h為閘前水深，m；

由一體化閘門流量的計算公式，推導出閘門開度e，計算公式為:

；

根據閘門開度的計算公式輸入排水開閘時長，得到閘門開度，即得田間排水方案，并自動執行該排水方案。