智能化设施农业节水灌溉控制系统研究.doc

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1、智能化设施农业节水灌溉控制系统研究1绪论1.1研究背景我国是一个农业大国，建国50年来，农业得到了很大发展，取得了以占世界7%的耕地养活了世界22%的人口的举世瞩目的成就。但也付出了巨大代价:地下水位下降、河湖干枯、季节性缺水、江河污染、水土流失和生态环境恶化等。当前，制约我国农业发展的主要因素是水资源严重不足。我国水资源总量为2、8万亿m3，人均占有量仅2200扩，不足世界人均水平的1/4，居世界第109位。而且我国水资源地区分布极不均衡，81%的水资源集中分布在长江流域及其以南地区;长江以北地区人口和耕地分别占全国的45.3%和64.1%，而水资源仅占全国的19%，人均占有

2、量为517m3;，相当于全国人均量的1/5和世界人均量的1/20，水资源拥有量与生产发展极不适应。据统计，进入20世纪90年代以来，我国农业干旱受灾面积达2300万hmZ以上，每年因缺水造成粮食减产1000亿kg左右〔l3j。许多城市供水不足、工农业用水矛盾尖锐。随着经济建设、生态环境建设步伐的加快，人们生活水平的提高，对水的需求量将更大。我国农业用水面临资源短缺的同时，农业用水浪费现象却非常严重。主要表现在:一是水的利用率低，我国灌溉系统对水资源的利用目前只能达到0.3~0.4，而发达国家可达到0.8以上。二是农业水生产率低，灌溉农业粮食作物的水生产率不足Ikg/ma，旱地农

3、业面积占60%左右，降水的生产率只有0.3kg/m3~0.4kg/时。托普物联网针对水资源的利用率一直在做深入的研究，力求研发出一种能提高水资源利用率的物联网系统。解决我国农业用水短缺问题有两种方法，一种方法是开发新的水资源以满足农业用水需求，这种方法在一定程度上可以缓解我国农业水资源严重短缺现象，但它同时也存在三个比较大的问题，一是开发水资源所需的投资非常大，而且见效慢，受地理条件和资金等限制较大，短期内不能解决大面积的农田灌溉问题;二是开发的水资源能解决农业用水短缺问题却解决不了农业用水浪费的问题，根据目前我国农业水资源利用率来看，花费了大量资金和人力去开发水资源，结果利用

4、率只有35%左右，造成大量人力、资金与水资源的浪费;三是我国水资源毕竟有限，而农业的发展是长期的，靠开发水资源来解决农业缺水问题是不现实的。另一种解决农业用水短缺问题方法是发展节水灌溉。节水灌溉是遵循作物不同生长发育阶段的需求规律而进行的适时灌溉，利用尽可能少的水取得尽可能多的农作物产出的一种灌溉模式。一般灌溉水从水源到田间要经过几个环节，每个环节中都存在水量无益损耗。凡是在这些环节中能够减少水量损失、提高灌溉水使用硕士论文智能化设施农业节水灌溉控制系统研究效率和经济效益的各种措施，均属于节水灌溉范畴。节水灌溉技术能大幅提高水资源的利用率，在水资源不变的情况下提高作物产量，能实

5、现优质高产，具有很好的经济效益、生态效益和社会效益。因此，实行节水灌溉，大力普及和应用高效节水灌溉技术是从根本上解决我国农业缺水问题的重要措施。托普物联网研发的节水灌溉技术包括两方面内容:①工程节水技术:通过对原有灌溉工程设施进行改造或使用先进的灌溉工程设施以达到减少输水损失和减少田间用水损失的方法。如渠道防渗、管道输水、喷灌、微喷灌、滴灌、渗灌等。②灌溉控制技术:通过采用自动控制技术，结合作物需水特性、地理环境、土壤特征与节水灌溉制度等实行按需的、适时的自动灌溉控制。工程节水技术主要是从两个方面来实现节水的目的，一是减少水在田间传输过程中的渗漏损失，如渠道防渗和管道输水技术;

6、二是减少灌溉过程中的无效灌溉，即均匀灌水或是只对作物根部附近的土壤进行溉，一般草地采用喷灌，作物采用微灌技术。利用工程节水技术一般可提高水资源利用率到50~70%，相对传统的灌溉方式来说已经有很大改善，但是仍存在30%以上的水资源浪费，且与优质高产仍有一段距离。这主要是因为这种灌溉模式仍然是靠人工控制，灌溉的多少全凭经验，不能实现按作物的需水特性精确、高效灌溉。这就使得人的因素成为影响水资源利用率的主要因素，当经验较丰富、较准确时，水的利用率就高，当欠缺经验时水的利用率就低。而灌溉控制技术的发展正可以弥补工程节水技术的这一缺陷，它采用先进的科学技术，检测土壤墒情，根据地理环境和

7、作物生长的需水特性按需、精确灌溉，可大大提高水资源的利用率，实现优质高产。灌溉控制技术使人们摆脱了传统的全凭经验的灌溉模式，达到了高效节水灌溉的目的，对缓解我国农业用水短缺现象具有非常重要意义。1.2国内外研究状况灌溉自动化始于20世纪30年代，二次世界大战前.法国研制了一系列用以实行渠系自动化运行的水力自动闸门，并提出了一套比较完整的自动化灌溉控制方法，开了自动化灌溉的先河。20世纪50年代以来，随着电子学和计算机技术的应用和发展，利用电子设备、计算机设备和程序控制的灌排工程自动化技术也得